SG90舵机的原理和控制方式

前言

做过机器人、智能车或者玩航模的朋友应该对舵机不会陌生，这种舵机也是很常用的。

舵机只是我们通俗的叫法，它的本质是一个伺服电机，也可以叫做位置(角度)伺服驱动器。一般被应用在那些需要控制角度变化的系统中，可以方便的实现转动任意的角度，实现控制角度的变化。

sg90舵机的图示：

1、sg90舵机的应用场景

（1）航模

在很多的航模中，sg90舵机都被用于两翼的位置控制，从而实现航模的转向，倾斜之类的。因为航模本身的要求，需要尽量的控制航模的自重，而sg90舵机的重量本身就很轻，扭矩也大，所以能很好的满足要求。如下：

（2）智能小车的转向桥

因为sg90舵机的精准角度控制，所以在很多的智能小车类中被用作转向控制。如下的一个简易转向桥：

（3）云台控制

将sg90用于云台控制也是很常见，如下：

2、sg90舵机的参数

（1）sg90舵机的一些重要特性参数：

1）工作扭矩：16KG/CM

2）反应速度：0.12 - 0.13秒/60°

3）温度范围：-30° ~ +60°

4）死区设定：5微妙

5）转动角度：常见0°、90°、180°、360°

6）电压范围：3V - 5V

（2）sg90舵机的接线定义

sg90舵机的接线定义如下：

3、sg90舵机的工作原理

sg90舵机模块内是有控制电路的，控制信号通过信号线输入到内部的控制电路中，调制芯片将输入的信号进行调制，获得直流偏置电压。然后再由内部的基准电路产生周期为20ms，宽度为1.5ms的基准信号，将直流偏置电压和电位器电压进行比较，从而获得输出的电压差。由电压差控制舵机的转动，这个电压差的正负控制舵机正反转。大致原理就是这样！

4、sg90舵机的控制原理

至于如何驱动sg90电机也是比较简单的。

驱动原理：产生一个周期为20ms，高电平宽度为0.5ms-2.5ms的方波就能驱动sg90舵机。

换一种说法就是需要一个50Hz的pwm波，然后通过改变占空比来控制sg90舵机的转动角度。

下面以180°舵机为例说明，高电平宽度和sg90舵机的转动角度的关系表如下：

占空比如下：

方波示意如下：

或者看下面的演示图就更加形象：

(素材源自网络，侵删！)

按照理解的话，可以根据角度和高电平的时间推断一个公式：

PWM的高电平时间 = 0.5ms +（转动角度/180°）*2ms
注意：这是根据高电平宽度和角度推算的，不一定准确，使用中还是需要根据实际情况进行参数调整

5、180° 和 360° 的舵机

据我所知道的，sg90舵机是分为两种的，一种是转角范围180°的舵机，另外一种是360°转角的舵机。这两种是存在一定的差别的。

（1）180°舵机

180°舵机是给一个PWM信号就转动到一定的角度，然后保持在这个转动之后的位置，直到有下一个不同的PWM信号，才会转到其他的角度。

转动的角度和PWM高电平的时间关系如下：

0.5ms  ---- 0度；1ms    ---- 45度；1.5ms  ---- 90度；2ms    ---- 135度；2.5ms  ---- 180度；

（2）360°舵机

360°舵机是给一个PWM信号，就会按照一定的速度转动，这是和180°舵机不同的地方。但是按照我自己的测试中发现，其实360°舵机按照180°舵机的控制方式，每次只发一个周期的PWM的话，也是可以控制360°舵机按照一定的角度转动的。

转动的速度和PWM高电平的时间关系如下：​​​​​​​

0.5ms --- 正向最大转速；1.5ms --- 速度为0；2.5ms --- 反向最大转速；注意：其他的转速也是可以调的！

6、控制舵机的PWM的产生方式

（1）用中断的方式

中断的方式的话，大致的步骤如下：（以转动45°为例）

1）使用一个定时器，并开启中断；

2）第一次：先设置定时器的中断时间为1ms，这段时间IO输出高电平；

3）第二次：1ms时间到了，在中断里面让IO输出低电平，并同时设置下一次中断时间为19ms。就可以产生一个周期20ms，高电平时间为1ms的PWM方波控制信号。

4）一直循环上面的 2）3）的操作

（2）用MCU的PWM输出功能

这个方法比用中断的方式就容易多了，毕竟中断过于频繁的话，对于控制程序也不好，特别是有操作系统的时候，可能会影响系统的实时性能。

MCU自动生成PWM的方式就很好了，这个过程不需要MCU的参与，极大的释放了MCU的压力。有很多的MCU本身甚至可以产生很多路的PWM输出，可以用于控制很多路的舵机。