Таймери Arduino UNO — Частина 4. Використання таймерів для керування сервоприводами

Теорія

Чому сервоприводи потребують ШІМ 50 Гц

Стандартні сервоприводи для моделювання керуються імпульсами тривалістю від 1 мс до 2 мс, що повторюються кожні 20 мс (частота 50 Гц). Тривалість імпульсу визначає кут повороту:

1 мс — мінімальне положення (приблизно 0°).
1,5 мс — середнє положення (90°).
2 мс — максимальне положення (180°).

Таймери мікроконтролера дозволяють генерувати такі імпульси з високою точністю, що особливо важливо під час керування декількома сервоприводами одночасно.

Використання Timer1 для генерації сигналу

На Arduino UNO (ATmega328P) Timer1 — це 16-бітний таймер, який ідеально підходить для генерації низькочастотного точного сигналу. У режимі Fast PWM або Phase Correct PWM можна встановити частоту 50 Гц і регулювати тривалість імпульсу через регістри OCR1A або OCR1B.

Відмінність Servo.h від ручного налаштування таймера

Бібліотека Servo.h спрощує роботу з сервоприводами, автоматично налаштовуючи таймер і забезпечуючи підтримку декількох каналів. Однак:

Вона займає частину ресурсів таймера (зазвичай Timer1).
Має фіксовану частоту оновлення.
Може конфліктувати з іншими задачами, що використовують той самий таймер.

Ручне налаштування дає повну свободу, дозволяє оптимізувати код і використовувати лише потрібні ресурси.

Практика

Рух сервопривода без бібліотеки Servo.h


void setup() {
  pinMode(9, OUTPUT); // OC1A

  // Налаштування Timer1 для Fast PWM, частота 50 Гц
  TCCR1A = (1 << COM1A1) | (1 << WGM11); // Вивід на OC1A, режим Fast PWM (ICR1 — TOP)
  TCCR1B = (1 << WGM13) | (1 << WGM12) | (1 << CS11); // Дільник 8
  ICR1 = 39999; // 16 МГц / 8 / 50 Гц - 1 = 39999

  OCR1A = 3000; // ~1.5 мс (середнє положення)
}

void loop() {
  OCR1A = 2000; // Поворот в один бік (~1 мс)
  delay(1000);
  OCR1A = 4000; // Поворот в інший бік (~2 мс)
  delay(1000);
}

Проєкт: Двовісний поворотний модуль камери

У цьому проєкті ми керуємо двома сервоприводами — по осях X та Y, створюючи поворотний механізм для камери.


void setup() {
  pinMode(9, OUTPUT); // OC1A — вісь X
  pinMode(10, OUTPUT); // OC1B — вісь Y

  // Налаштування Timer1 для Fast PWM, 50 Гц
  TCCR1A = (1 << COM1A1) | (1 << COM1B1) | (1 << WGM11);
  TCCR1B = (1 << WGM13) | (1 << WGM12) | (1 << CS11);
  ICR1 = 39999;

  OCR1A = 3000; // X у центр
  OCR1B = 3000; // Y у центр
}

void loop() {
  // Панорамування
  for (int pos = 2000; pos <= 4000; pos += 50) {
    OCR1A = pos;
    delay(20);
  }
  for (int pos = 4000; pos >= 2000; pos -= 50) {
    OCR1A = pos;
    delay(20);
  }

  // Нахил
  for (int pos = 2000; pos <= 4000; pos += 50) {
    OCR1B = pos;
    delay(20);
  }
  for (int pos = 4000; pos >= 2000; pos -= 50) {
    OCR1B = pos;
    delay(20);
  }
}

Таким чином, ми отримуємо плавний і точний контроль над положенням камери без використання додаткових бібліотек, що зменшує навантаження на мікроконтролер та покращує сумісність з іншими модулями.

<< Проекти << Усі товари >> Статті, уроки >>