基于gt2000舵机控制系统的设计

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1、摘要：本文设计实现了基于国产CPU的舵机控制系统。提出了一种利用芯片的定时器资源和中断系统实现多路PWM信号的接收、复制、生成与输出并成功控制舵机的方法，该方法具有实现简单、成本低的优点。关键字：GT2000 舵机 定时器 中断 PWM1、引言GT2000是一种国产32位高性能、低成本、低功耗的嵌入式RISC(ReducedInstructionSetComputer)微处理器，它的CPU核心工作频率达到400MHz,具有完整的MMU功能，且芯片内部集成了串口通信控制器、中断控制器、定时器、看门狗、通用I/O端口等大量外围模块，目前正在被广泛地应用于网络终端、金融税务专用机、

2、VPN和网关等网络设备等领域。针对无人机自动驾驶仪控制核心芯片国产化这一目标，为实现无人机自动驾驶和遥控驾驶的无扰动切换，本文设计实现了基于方舟GT2000的舵机控制系统，完成了舵机遥控信息的接收与识别、舵机控制信号的产生与输出，从而正确控制舵机完成各种动作。2、舵机的基本原理及控制方法舵机是一种位置伺服的驱动器。在微机电系统和航模中,舵机是一个基本的输出执行机构，它接收PWM控制信号，根据信号的占空比输出相应的角度，从而控制角度需要不断变化或保持的外部设备。本文采用的日本FUTABAS3003型舵机的原理框图如图1所示，PWM信号经接收通道进入信号解调电路BA6688L的1

3、2脚进行解调,解调后的直流偏置电压与BA6688L内部电位器的电压比较,获得电压差由BA6688的3脚输出。该输出送入电机驱动集成电路BAL6686,以驱动电机正反转。当电机转速一定时,通过级联减速齿轮带动电位器旋转,直到电压差为0,电机停止转动。                 FUTABAS3003型舵机有电源线、地线、控制线三条外部连线。电源线和地线用于提供舵机内部的直流电机和控制线路所需的能源,电压通常介于4～6V。控制线的输入是PWM控制信号——宽度可调的周期性方波脉冲信号,要求该信号的周期为20ms。当方波的脉冲宽度改变时,舵机转轴的角度发生改变，输出角度的变化与

4、输入脉冲宽度的变化成正比,如图2所示。因此，在控制线上输入PWM控制信号即可控制舵机动作。3、控制系统的硬件结构通常无线接收模块接收遥控器传来的遥控信息，输出相应的PWM控制信号直接控制舵机转动。但根据课题实际需要，本文为实现无人机自动驾驶和遥控驾驶的无扰动切换，无线接收模块输出的PWM信号要先进入以GT2000为控制芯片的控制电路板，完成遥控指令的接收与复制，再由控制电路板生成PWM信号控制舵机。为了验证控制系统的功能，本文通过两路PWM信号控制实验小车的方向和速度，硬件连接如图3所示。图3控制系统硬件框图在进行遥控信号的接收与复制时，无线接收模块输出的两路PWM控制信号P

5、WM_CH1和PWM_CH2经电平转换模块变换为_PMW_CH1和_PWM_CH2，GT2000通过外部中断管脚IRQ0和IRQ1接收和复制这两路信号；在进行控制信号的输出时，GT2000通过通用I/O口PortA~0和PortA~1管脚输出控制信号_pwm_ch1和_pwm_ch2，这两路信号经电平变换模块变换为pwm_ch1和pwm_ch2控制遥控小车的方向和速度。无线接收模块输出的高电平为2.8V，GT2000接收与输出信号的高电平为3.3V，舵机所接收的控制信号高电平为4~6V。如果将无线接收模块输出的信号直接输入到GT2000的外部中断输入口，会导致错误地触发中断；

6、如果GT2000将控制信号直接输出控制舵机，舵机工作会发生异常。所以，增加电平变换模块可以使控制信号的高电平电压符合各模块的要求，从而正确地控制实验小车。电平转换模块可采用OC门实现。4、控制软件设计1）遥控信号的接收与复制本文使用定时器和外部中断采集PWM的脉冲宽度的时间值来实现的遥控指令的接收。当PWM波形的前沿来临时触发中断，中断服务程序中记录当前定时器的计数值为，当PWM波形的后沿来临时也触发中断，中断服务程序中记录当前定时器计数值为，假设定时器计数寄存器下溢的重新装入值为，则所复制的PWM脉冲宽度T的计算方法可由公式（1）表示。               ----

7、----------（1） GT2000提供TMU0、TMU1、和TMU2三个独立的定时单元，这里选用TMU2为信息的捕获和复制提供定时服务。由于通过电平转换PWM波形与原波形反相，所以控制信号的前沿是下降沿，后沿是上升沿。以外部中断输入口IRQ0为例，首先在打开中断前初始化中断触发方式为下降沿触发，在IRQ0的下降沿中断服务程序中记录TMU2当前的定时计数值为T11，然后设置IRQ0的中断触发方式为上升沿触发，最后中断返回；在其上升沿中断服务程序中记录TMU2当前的定时器计数值为T12，通过公式（1）