3.1 硬件電路設計

　　本系統電路可以基于單片機的最小系統設計，單片機最小系統通常包括電源、晶振和復位電路。系統要實現對舵機輸出轉角的控制，必須首先產生基本的PWM周期信號，即產生20 ms的周期信號，其次要調整脈寬，即調節單片機輸出PWM信號的占空比。單片機能使PWM信號的脈沖寬度實現微秒級的變化，因而具有較高的控制精度，單片機可以通過控制算法將計算結果轉化為PWM信號輸出到舵機信號線上。但由于單片機系統是數字系統，其工作方式由程序決定，而控制信號的變化完全依靠硬件計數，所以受外界干擾小，系統可靠程度高。

　　在用單片機驅動舵機之前，要先確定舵機的功率，然后選擇足夠功率的電源為舵機供電，而舵機信號控制端則只需要直接接在單片機I/O口上即可。一個多路舵機電路的設計圖如圖2所示。

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　　3.2 軟件設計

　　本系統使用的是單片機的定時器方式2，方式2又被稱為8位初值自動重裝定時器/計數器，THX被作為常數緩沖器，當TLX計數溢出時，在溢出標志TFX置1的同時，還會自動將THX中的常數重新裝入TLX中，使TLX從初值開始重新計數，這樣就避免了人為軟件重裝初值所帶來的時間誤差，從而提高了定時器的計數精度，因此，方式2特別適合用做對精度要求較高的脈沖信號發生器的設計。因為其計數器只有8位，故最多能裝載的計數個數為28=256個，在12 MHz的晶振頻率下，單次最多可計時256μs。系統軟件可以基于Keil編寫，Proteus可直接調用Keil編譯生成的.HEX(16進制)文件進行仿真，當Keil程序修改重新編譯后，Proteus不用做任何改動，直接運行便可看到修改后的程序運行效果。

　　現以四路舵機控制為例來定義五個變量count，servo1，servo2，servo3，servo4。變量count用于對中斷計數，servo1～4用于存儲四個PWM信號的脈寬值，程序中使用0.05 ms的定時器周期，定時器每0.05 ms產生一次中斷，同時變量count加1，當count加到400時，表示20 ms時間到，count歸零重新計數，在每一次重新計數開始時，單片機的所有舵機控制I/O口置高，當count加到等于servo1時，控制舵機1的I/O口置低，這樣就會產生一個周期為20 ms，脈沖寬度等于servo1×0.05 ms的PWM脈沖，其他三路與之類似。servo1～4的值可通過按鍵輸入改變，因定時器周期為0.05 ms，故PWM可控脈寬步進值為0.05 ms，對應被控舵機的輸出角度步進4.5°。如果需要更小的步進值，只需改變定時器周期和幾個變量的值即可，如果需要更多路的PWM波輸出，也僅需相應增加幾個變量即可;如果需要更多按鍵來控制舵機輸出轉角，最好將按鍵接稱陣列式，這樣比較節省I/O口。經計算，當需要0.05 ms的計數周期時，應將THX和TLX都寫入0xCE。設4個舵機的信號端口分別為IO1～IO4，其中斷程序流程圖如圖3所示。

　　系統中的主程序包含定時器的設置與使能、按鍵檢測、變量賦值等，在此不再贅述。

　　4 系統仿真

　　在Proteus中繪制好電路，同時設置好相關參數，然后運行程序，即可直觀地看到程序執行結果，通過按鍵還可改變舵機的輸出角度。舵機輸出角度執行結果如圖4所示。

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　　通過系統中連接的示波器可以顯示多路PWM波輸出結果。其PWM波形如圖5所示，圖中的方格橫向每格代表0.2 ms，縱向每格代表5 V。從示波器仿真結果來看，輸出的四路PWM波與四個舵機輸出轉角相對應，其波形都非常好。

　　5 結語

　　本文通過在Proteus中對電路的設計和Keil中對軟件的編寫，用51單片機實現了多路PWM脈沖的輸出，該系統具有硬件電路簡單、軟件可靠、資源節省等特點。可用于航模、機器人等設計制作過程中的舵機控制和輔助系統調試，也可以用于其他需要多路PWM脈沖的系統。