Servo motor de interface com microcontrolador AVR atmega16

Servo motores são amplamente usados onde um controle preciso é necessário, como robôs, máquinas automatizadas, braço robótico, etc. No entanto, o escopo do servo motor não se limita a isso e pode ser usado em muitas aplicações. Para saber mais sobre os fundamentos, teoria e princípio de funcionamento do servo motor, siga o link.

Anteriormente, fizemos a interface do servo motor com muitos microcontroladores:

Servo motor de interface com ARM7-LPC2148
Servo motor de interface com MSP430G2
Servo motor de interface com STM32F103C8
Interface Servo Motor com Microcontrolador PIC usando MPLAB e XC8
Interface Servo Motor com Arduino Uno
Interface Servo Motor com Microcontrolador 8051

Neste tutorial, faremos a interface do Micro Servo Motor com o Microcontrolador Atmega16 AVR usando o Atmel Studio 7.0. O servo motor é classificado para funcionar em 4,8-6V. Podemos controlar seu ângulo de rotação e direção aplicando trem de pulso ou sinais PWM. Observe que os servo motores não podem se mover para uma rotação completa de 360 graus, então eles são usados onde a rotação contínua não é necessária. O ângulo de rotação é 0 -180 graus ou (-90) - (+90) graus.

Componentes necessários

Micro servo motor SG90 Tower Pro
Atmega16 Microcontrolador IC
Oscilador de cristal de 16 MHz
Dois capacitores 100nF
Dois capacitores 22pF
Botão de apertar
Jumper Wires
Tábua de pão
USBASP v2.0
Led (qualquer cor)

Descrição do pino do servo motor

Vermelho = Fonte de alimentação positiva (4,8 V a 6 V)
Brown = Ground
Laranja = Sinal de Controle (Pino PWM)

Diagrama de circuito

Conecte todos os componentes conforme mostrado no diagrama abaixo para girar o servo motor usando o microcontrolador AVR. Existem quatro pinos PWM, podemos usar qualquer pino PWM do Atmega16. Neste tutorial, estamos usando Pin PD5 (OC1A) para gerar PWM. PD5 é conectado diretamente ao fio laranja do servo motor que é o pino do sinal de entrada. Conecte qualquer LED de cor para indicador de energia. Além disso, conecte um botão no pino de reinicialização para reiniciar o Atmega16 sempre que necessário. Conecte o Atmega16 com o circuito oscilador de cristal adequado. Todo o sistema será alimentado por alimentação de 5V.

A configuração completa terá a seguinte aparência:

Servo motor de controle com AVR ATmega16

Como o motor de passo, o servo motor não precisa de nenhum driver externo, por exemplo, driver de motor ULN2003 ou L293D. Basta PWM para acionar o servo motor e é muito fácil gerar PWM a partir de um microcontrolador. O torque deste servo motor é 2,5kg / cm, então se você precisar de um torque maior, então este servo não é adequado.

Como sabemos que o servo motor busca um pulso a cada 20ms e o comprimento do pulso positivo determinará o ângulo de rotação do servo motor.

A frequência necessária para obter o pulso de 20 ms é 50 Hz (f = 1 / T). Portanto, para este servo motor, a especificação diz que para 0 grau precisamos de 0,388ms, para 90 graus precisamos de 1,264ms e para 180 graus precisamos de 2,14ms de pulso.

Para gerar os pulsos especificados, usaremos o Timer1 do Atmega16. A frequência da CPU é de 16Mz, mas usaremos apenas 1Mhz, pois não temos muitos periféricos conectados ao microcontrolador e não há muita carga no microcontrolador, então 1Mhz fará o trabalho. O Prescaler é definido como 1. Portanto, o relógio é dividido em 1Mhz / 1 = 1Mhz (1uS), o que é ótimo. Timer1 será usado como Modo PWM Rápido, ou seja, Modo 14. Você pode usar diferentes modos de temporizadores para gerar o trem de pulso desejado. A referência é fornecida abaixo e você pode encontrar mais descrições na folha de dados oficial do Atmega16.

Para usar o Timer1 como modo PWM rápido, precisaremos do valor TOP de ICR1 (Input Capture Register1). Para encontrar o valor SUPERIOR, use a fórmula fornecida abaixo:

f pwm = f cpu / nx (1 + TOP)

Isso pode ser simplificado para, TOP = ( f cpu / ( f pwm xn)) - 1

Onde, N = valor do conjunto de pré-escala

f _cpu = CPU Frequencey

f _{pwm =} largura de pulso do servo motor que é 50 Hz

Agora calcule o valor ICR1, pois temos todos os valores necessários, N = 1, f _cpu = 1 MHz, f _pwm = 50 Hz

Basta colocar os valores na fórmula acima e obteremos

ICR1 = 1999

Isso significa que para atingir o grau máximo, ou seja, 180 ^0, o ICR1 deve ser de 1999.

Para cristal de 16 MHz e Prescaler definido como 16, teremos

ICR1 = 4999

Agora, vamos discutir o esboço.

Programando Atmega16 usando USBasp

O código AVR completo para controlar o servo motor é fornecido abaixo. O código é simples e pode ser facilmente compreendido.

Aqui codificamos o Atmega16 para girar o servo motor de 0 ⁰ a 180 ⁰ e voltando de 180 ⁰ a 0 ⁰. Esta transição será concluída em 9 etapas, ou seja, 0 - 45 - 90 - 135 - 180 - 135 - 90 - 45 - 0. Para o atraso, usaremos a biblioteca interna do Atmel Studio, ou seja,

Conecte seu USBASP v2.0 e siga as instruções neste link para programar o microcontrolador Atmega16 AVR usando USBASP e Atmel Studio 7.0. Basta construir o esboço e fazer o upload usando o conjunto de ferramentas externo.

O código completo com o vídeo de demonstração é fornecido abaixo. Também aprenda mais sobre servo motores, conhecendo sua importância na robótica.