伺服电机和电位器的问题:程序插入板时不移动

Question

此代码的目的是利用电位器来转动伺服电机。当我试图将它插入到程序中时，伺服系统根本没有移动，我不知道这是我的电路板、我的布线还是我的代码的结果。如果有人能在这件事上提供帮助或提供一些帮助，我们将不胜感激。我使用的电路板是一个核心STM L476RG板和电机是一个微型SG90。

#include "mbed.h"
#include "Servo.h"
#include "iostream"

Servo myservo(D6);
AnalogOut MyPot(A1);


int main() {
    float PotReading;
    PotReading = MyPot.read();

    while(1) {
        for(int i=0; i<100; i++) {
            myservo.SetPosition(PotReading);
            wait(0.01);
        }
    }
}

此外，我所使用的代码在已发布的库伺服中具有以下代码: Servo.h

#ifndef MBED_SERVO_H
#define MBED_SERVO_H

#include "mbed.h"

/** Class to control a servo on any pin, without using pwm
 *
 * Example:
 * @code
 * // Keep sweeping servo from left to right
 * #include "mbed.h"
 * #include "Servo.h"
 * 
 * Servo Servo1(p20);
 *
 * Servo1.Enable(1500,20000);
 *
 * while(1) {
 *     for (int pos = 1000; pos < 2000; pos += 25) {
 *         Servo1.SetPosition(pos);  
 *         wait_ms(20);
 *     }
 *     for (int pos = 2000; pos > 1000; pos -= 25) {
 *         Servo1.SetPosition(pos); 
 *         wait_ms(20); 
 *     }
 * }
 * @endcode
 */

class Servo {

public:
    /** Create a new Servo object on any mbed pin
     *
     * @param Pin Pin on mbed to connect servo to
     */
    Servo(PinName Pin);

    /** Change the position of the servo. Position in us
     *
     * @param NewPos The new value of the servos position (us)
     */
    void SetPosition(int NewPos);

    /** Enable the servo. Without enabling the servo won't be running. Startposition and period both in us.
     *
     * @param StartPos The position of the servo to start (us) 
     * @param Period The time between every pulse. 20000 us = 50 Hz(standard) (us)
     */
    void Enable(int StartPos, int Period);

    /** Disable the servo. After disabling the servo won't get any signal anymore
     *
     */
    void Disable();

private:
    void StartPulse();
    void EndPulse();

    int Position;
    DigitalOut ServoPin;
    Ticker Pulse;
    Timeout PulseStop;
};

#endif

它还在与它相同的位置上有一个.cpp文件，所以如果有人需要它作为参考，我会把它作为编辑发布。我也会把电线放在以防万一

伺服系统是一个SG90。

电路板的接线：

​

Answer 1

首先要了解的是伺服电机是如何工作的。从数据表中需要一个脉宽为1到2ms的50 to。脉宽决定位置，因此1ms的宽度将使伺服定位在其行程的一端，2ms的脉冲将在另一端设置位置，1.5ms将设置中心位置。

其次，您需要阅读您正在使用的Servo类的文档(在注释中)。它甚至有示例代码。首先您需要实例化一个Servo对象(您已经完成了)，然后您需要通过设置它的脉冲间隔和初始脉冲宽度(或位置)来启用它：

Servo output( D6 ) ;
output.Enable( 1500, 20000 ) ; // Centre position, 50Hz

然后，如果您想读取模拟输入，显然需要一个AnalogIn对象：

AnalogOut input(A1);

然后，您需要理解的是，闭环控制系统必须不断读取其输入，以调整输出。在这里，你只读了一次电位器之前的控制回路，所以在循环中它从不改变值，所以位置不会改变。此外，您有一个完全不必要的内部循环，它来自于一个完全不同的Servo实现这里的示例代码--该示例不是一个闭环控制系统--它只是在整个范围内不停地循环伺服--这不是您在本例中试图实现的，它只是一个货物邪教编程。

在闭环控制中，您可以连续地控制

         _______
        |       |
        V       |
    get-input   | <repeat>
    set-output  |
        |_______|

最后，您需要理解，在这种情况下，输入度量的单位与输出设置的单位不相同--它们需要缩放，以便将整个输入范围映射到全尺度输出范围。mbed AnalogIn类有两个读取函数；AnalogIn::read()在0.0-1.0范围内返回一个float，AnalogIn::read_u16返回一个uint16_t值0到65535。就我个人而言，我会使用整数版本，但是STM32F4部件只有一个精度FPU，因此在这种情况下，缺少硬件浮点并不是一个问题--尽管还有其他避免浮点的原因。然后，Servo::setPosition()函数根据脉冲宽度接受位置参数，并且如上所述，这与给定所建议的初始化的位置标度0到20000有关。所以你要么需要：

float set_point = input.read() ;
output.SetPosition( (int)( (set_point * 1000) + 1000 ) ; // Scale to 1 to 2ms

或

uint16_t set_point = input.read_u16() ;
output.SetPosition( ((set_point * 1000) >> 16) + 1000 ) ;

把所有这些加在一起(加上一些其他的改进)：

#include "mbed.h"
#include "Servo.h"

int main() 
{
    // Hardware parameters
    static const int SERVO_FREQ = 50 ;                        // Hz
    static const int SERVO_PERIOD = 1000000 / SERVO_FREQ ;    // microseconds
    static const int SERVO_MIN = 1000 ;                       // 1ms in microseconds
    static const int SERVO_MAX = 2000 ;                       // 2ms in microseconds
    static const int SERVO_RANGE = SERVO_MAX  - SERVO_MIN ;

    // I/O configuration
    AnalogIn input( A1 ) ;
    Servo output( D6 ) ;
    output.Enable( SERVO_MIN, SERVO_PERIOD ) ;

    // Control loop
    for(;;)
    {
        float set_point = input.read() ;                            // 0.0 to 1.0
        output.SetPosition( set_point * SERVO_RANGE + SERVO_MIN ) ; // 1 to 2ms

        wait_us( SERVO_PERIOD ) ; // wait for one complete PWM cycle.
    }
}

定点版本将包括：

        uint16_t set_point = input.read_u16() ;                 // 0 to 2^16
        output.SetPosition( ((set_point * SERVO_RANGE) >> 16)   // 1 to 2ms
                            + SERVO_MIN ) ;

在循环中。

请注意，这不是最优雅的Servo类实现。它只不过是一个PWM类。如果将最小/最大脉冲宽度与周期一起传递给构造函数，这样您就可以给它一个零到n个设置点，而不是绝对脉冲宽度，这样会更好。这样，就可以简化一些神秘的产值计算，因为Servo类将通过适当的范围检查为您完成这一任务。实际上，如果位置参数是uint16_t，范围为0到65535，那么所有可能的输入值都是有效的，您可以直接将AnalogIn::read_u16()的输出传递给它，这样您的循环就可以包含：

output.SetPosition_u16( input.read_u16() ) ;
wait_us( SERVO_PERIOD ) ;

换句话说--获得一个更好的Servo类或者编写自己的类--在封装伺服控制专业知识方面，这对你没什么好处。

Answer 2

即时观察

我现在看到了五个问题，从“可能的问题”到“可能的问题”。我能辨认出你照片上的别针标签，你的引脚分配似乎是正确的。假设没有奇怪的电线或电压问题：

1. 你的模拟引脚应该是AnalogIn，而不是AnalogOut。虽然AnalogOut具有read的能力，但它用于反馈，以确保您的输出符合您的预期。现在，作为一个AnalogOut，你实际上是作为一个电压源在这个引脚上设置电压，而不是测量电压。
2. 你不能给Servo::Enable打电话。文档告诉您如何调用Servo::Enable。一定要叫它。您甚至需要指定伺服的起始位置，这将允许您对输出和伺服进行故障排除(请参阅稍后的故障排除)。
3. AnalogIn::read返回[0.0, 1.0]之间的float，以表示输入线路上读取的电压与系统电压(通常为5V或3.3V )之间的比率。然而，Servo::SetPosition需要一个整数来表示脉冲信号的正向部分的长度(以微秒为单位--在0到20,000之间)。如果您试图将AnalogIn::read的结果传递给Servo::SetPosition，那么您的float将被转换为0(除了只有一个罕见的情况是1)。您需要将模拟输入转换为整数输出。
4. 现在，在您的代码中，您只在程序开始时读取模拟输入引脚的状态。您进入一个无限循环，再也不会读取这个模拟输入。你可以把那个旋钮拧到心满意足，但它永远不会影响你的节目。您需要多次阅读模拟输入。把这个移到你的循环里。
5. 只是一个风格的东西，但你不需要内部的for循环。它除了乱七八糟的代码之外，什么也不做。如果您希望在将来的某个时候使用i的值，那么就把它留在这里，否则就放弃它。

故障排除

幸运的是，许多系统可以被认为是许多盒子(子系统)之间画出箭头。如果所有的框都正确地完成了它们的工作，并且插入了正确的下一个框，那么整个系统作为一个整体就可以工作了。您的系统如下所示：

+-----+   +-----+   +----------------+   +-------------+   +--------------------+   +-----+   +-------+
| Pot |-->| ADC |-->| AnalogIn::read |-->| Float-to-us |-->| Servo::SetPosition |-->| PWM |-->| Servo |
+-----+   +-----+   +----------------+   +-------------+   +--------------------+   +-----+   +-------+

所有这些子系统构成了整个系统。如果其中一个链接不能正常工作，那么整个链接就不能正常工作了。通常(或者至少当我们有时间时我们会这样想)，我们将测试应用于系统和子系统，以确保它们根据输入产生预期的输出。如果您将输入应用到其中一个框中，并且输出是您所期望的，则该框是好的。给它一个绿色的检查标记，然后移到下一个。

对每一种情况的测试可能如下所示：

1. Potentiometer:输入:扭转旋钮，输出:中间引脚处的电压接近系统电压(5V或3.3V)，单向旋转时接近0，两端之间近似线性级数。你需要一个万用表来测量这个。
2. 模数转换器：输入:输入引脚上的一些电压.你可以通过扭转电位器来改变这一点，一旦你确认它是有效的。输出:这有点困难，因为输出是微控制器中的寄存器。我不知道您的硬件调试环境是什么样子，所以我不能告诉您如何测量这个输出。如果您不知道如何使用调试器(但您确实应该学习如何使用硬件调试器)，您可以假设这是可行的，并转移到下一个调试器。
3. AnalogIn::read**:**输入: ADC的寄存器值。输出:有些浮动在0.0到1.0之间。我们可以同时测试模数转换器和AnalogIn::read功能，将它们作为一个子系统，以引脚电压为输入，以浮点值作为输出。同样，对于这一点，您需要一些调试功能。要么打印语句，要么是串行连接，要么是开发环境之类的。
4. 浮点到我们的转换：输入: 0.0到1.0之间的浮点数。输出:一个介于0到20,000之间的整数，与浮点输入成比例(或反比，取决于所需的功能)。同样，由于我们正在查看变量，因此需要使用您的调试环境。
5. Servo::SetPosition输入:一个0到20,000之间的整数，表示输出脉宽调制(PWM)信号的占空比(高周期)。产出:增加这一数字会增加观察到的占空比。减少会减少。在我们中，占空比的长度大约等于代码中的设定长度。你需要一个示波器来观察任务周期。或者，如果您的伺服工作，那么您应该看到它移动时，这一变化。
6. 伺服：输入:脉宽调制信号。输出:一个角度的位置。一个0%的占空比应该一直到一个极端，而一个100%的占空比应该旋转到另一个极端。

结论

将您的系统视为一系列子系统。独立测试每一个。您不能期望下一个子系统“弥补”前面子系统的不足。他们都需要工作。