STC12单片机设置50Hz的PWM波驱动舵机
一、引言
在机器人控制、航模制作以及各种自动化设备领域，舵机作为一种关键的执行元件，能够精准地控制角度，实现诸如机械臂关节运动、模型转向等功能。而使用STC12单片机来产生50Hz的PWM波驱动舵机，是一种经济高效且灵活的方案。STC12系列单片机凭借其丰富的资源、较高的性价比，在爱好者与工业级小型项目中广泛应用。本文将详细阐述如何利用STC12单片机的定时器资源，通过合理编程设置，生成精确频率为50Hz的PWM波，进而精准驱动舵机，实现期望的角度控制效果。
二、STC12单片机与舵机基础认知
（一）STC12单片机概述
STC12系列单片机是国产高性能单片机，具有增强型8051内核，指令执行速度相比传统8051大幅提升。它集成了丰富的外设，如定时器、串口、ADC等，内部Flash存储空间可满足一般小型项目代码存储需求，并且支持在线编程，方便调试与程序更新。在生成PWM波驱动舵机应用中，其定时器模块起着核心作用，不同型号的STC12单片机定时器数量与功能细节略有差异，但基本原理相通。
（二）舵机工作原理
舵机内部包含电机、减速齿轮组、电位器以及控制电路。它接收外部PWM信号，通过控制电路解析PWM波的占空比，进而驱动电机转动，电机经减速齿轮组带动输出轴旋转，同时电位器实时反馈当前轴角度位置信息，与输入PWM信号期望角度对比，形成闭环控制，确保舵机精准定位。一般常见舵机工作电压为4.8V - 6V，在50Hz的PWM信号驱动下，占空比与角度呈线性关系，典型的如1.5ms占空比对应中立位置（90°，不同舵机中立位置占空比可能稍有偏差），1ms对应0°，2ms对应180°。
三、硬件连接要点
（一）单片机与舵机引脚连接
将STC12单片机的某一通用I/O引脚（如P1.0）连接到舵机的控制信号线。此引脚将作为PWM波输出端口，输出高低电平变化以驱动舵机。确保连接线路稳固，减少接触电阻，避免信号干扰，可采用杜邦线或焊接方式连接，焊接时注意焊点质量，防止虚焊。
（二）电源供应
舵机需要独立的电源供电，由于工作电流较大，尤其是在启动瞬间，不能直接由单片机电源引脚供电，否则易造成单片机工作不稳定甚至损坏。通常选用4节碱性电池串联组成6V电源，或使用专门的5V直流稳压电源模块，为舵机单独供电。同时，电源地与单片机电源地需共地连接，保障信号参考电位一致，确保电气兼容性。
四、软件编程实现（基于Keil C51）
（一）定时器初始化配置
- 选择合适的定时器：STC12单片机一般有多个定时器，如T0、T1等，以T0为例。首先需开启定时器0中断，在头文件中包含相关寄存器定义（如<reg52.h>），在主函数中设置中断允许寄存器IE，使能定时器0中断（EA = 1; ET0 = 1;）。
- 配置定时器工作模式：将定时器0设置为16位自动重装载模式，通过对TMOD寄存器赋值0x01来实现，此模式下定时器能自动重装初始值，方便产生稳定频率的定时中断，用于PWM波周期控制。
- 确定定时初值：已知要产生50Hz的PWM波，其周期T = 1 / 50 = 20ms，对于12MHz晶振的STC12单片机，机器周期为1us。若采用定时器中断方式，每进入一次中断产生PWM波的一个电平跳变，假设高电平时间由另一个变量控制，定时器定时时长控制低电平时间，则定时器定时时长为半个PWM周期减去高电平最大可能时长（如2ms对应最大占空比情况），即(20000 - 2000) / 2 = 9000us，根据定时器初值计算公式 X = 65536 - 定时时长/机器周期，可得初值为 65536 - 9000 = 56536，转换为十六进制为0xDCB0，将其分别装入TH0和TL0寄存器（TH0 = 0xDC; TL0 = 0xB0;）。
（二）PWM波生成函数
- 在定时器0中断服务函数中编写PWM波生成逻辑。定义一个全局变量pwm_duty用于控制占空比，取值范围根据定时器定时精度与PWM周期确定，例如0 - 100对应0% - 100%占空比。
void timer0() interrupt 1
{
static bit pwm_flag = 0; // 用于标记PWM电平状态
if (pwm_flag == 0)
{
P1_0 = 1; // 输出高电平开始
// 根据占空比设置高电平时间，假设以100us为单位调整
TH0 = (65536 - (pwm_duty * 100 / 1000000) * 12) / 256;
TL0 = (65536 - (pwm_duty * 100 / 1000000) * 12) % 256;
pwm_flag = 1;
}
else
{
P1_0 = 0; // 输出低电平
// 恢复定时器初值，用于下一次周期控制
TH0 = 0xDC;
TL0 = 0xB0;
pwm_flag = 0;
}
}
- 在主函数中初始化定时器后，通过修改pwm_duty变量值来控制舵机角度，如设置pwm_duty = 150（对应1.5ms占空比，舵机中立位置），实现舵机初始化到中间角度。
（三）角度控制函数
编写一个函数，根据期望的舵机角度计算对应的占空比，实现角度与PWM占空比的映射转换。已知舵机角度范围如0° - 180°，占空比范围1ms - 2ms对应0% - 100%，可通过简单线性计算实现。
void set_servo_angle(unsigned char angle)
{
// 限制角度范围
if (angle > 180) angle = 180;
if (angle < 0) angle = 0;
// 计算占空比，假设线性关系准确
pwm_duty = (angle * 10 + 500) / 10;
}
五、调试与优化
（一）示波器监测
连接示波器到单片机输出PWM引脚，观察波形频率、占空比是否符合预期。若频率偏差，检查定时器初值设置；若占空比不准确，排查占空比计算函数以及定时器中断内高电平定时设置逻辑，确保PWM波精确稳定，以精准驱动舵机。
（二）舵机抖动优化
有时舵机在运行过程中可能出现抖动现象，一方面可能是电源供电不稳定，可增加滤波电容改善；另一方面，PWM波的细微干扰也会引发，适当优化软件延时，确保定时器中断响应及时，减少因中断延迟造成的占空比波动，使舵机运行平稳。
（三）角度精度提升
实际应用中，若发现舵机角度控制精度不足，可进一步细分占空比调整步长，如从以100us为单位改为50us甚至更小，同时优化角度与占空比的换算关系，通过实验校准不同舵机个体差异，实现更高精度的角度定位。
六、总结
利用STC12单片机生成50Hz的PWM波驱动舵机，涵盖了从硬件选型搭建到软件精细编程以及后期调试优化的全过程。通过深入理解单片机定时器原理、舵机工作机制，开发人员能够灵活运用这一组合实现多样化的运动控制需求。无论是简单的模型制作还是复杂的自动化设备原型开发，这一技术方案都将为精准控制提供有力支撑，助力创新项目的落地实施，随着技术迭代，其应用场景有望进一步拓展，持续为智能控制领域添砖加瓦。
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