控制伺服馬達的PWM訊號量測 通三甲 B09622038 蕭惟尹.

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1 控制伺服馬達的PWM訊號量測 通三甲 B 蕭惟尹

2 實驗一 測量遙控車油門、煞車、方向盤的可變 電阻變化、對應之PPM發射與PWM接 收波型

3 一.實驗目的: 經由量測發射端搖桿與接收端伺服馬達 的信號，了解無線遙控器發射端跟接收 端的信號編碼方式。以利未來利用8051 微處理機產生發送端PPM(Pulse position modulation)，並於接收端解調成 PWM(Pulse width modulation)信號。

4 二.實驗原理: 發射端: 遙控器的發射端是利用可變電阻將搖桿的變化轉換成電壓，並 輸入至A/D轉換器將類比訊號轉換成數位訊號。再利用 8051微 處理器產生PPM的編碼(encoded)信號，最後經由VCO(Voltage controlled oscillator)做FM調變 (modulation)。 接收端: 遙控器的接收端是將接收端發射的信號降頻(down convert)及 FM解調後得到PPM的信號。再由8051微處理器進行解(decode)， 解碼後的信號為B，再利用此信號控制伺服馬達。

5 三、實驗步驟: 搖控車控制模組，可分為三個控制信號: 油門、煞車、方向盤，每一個信號都對 應一個可變電阻，電壓經由可變電阻分 壓後輸入到A/D，不同的電壓會反應出 不同的10Bits數位碼，利用程式依據不 同的數位碼，形成不同的脈波位置，達 到PPM的效果。

6 利用三用電表測量每一個控制動作的可 變電阻值的變化量，將電阻量測結果填 入下列表格。

7 此量測的目的為利用量測的電壓，可得到A/D轉換的 曲線，再利用程式的設計便能得到PPM的控制訊號。
註解:A/D是由Vo的數值變化換算出來的數值。 電壓，數位與PPM的轉換 GND ( V ) Vcc ( V ) 1023 T1 min (μs ) T1 max (μs ) Vo : 5 = X : 1023

8 T(μs) 22000μs T0(μs) 400μs 由示波器圖得知T=22ms 由示波器圖得知T0=400μs

9 方向盤向右轉 方向 0° 90° 180° 270° 360° 450° R1 (Ω) 2.41 2.01 1.58 1.17 0.74 0.49 R2 (Ω) 2.59 3.10 3.39 3.82 4.19 4.5 Vo (V) 1.709 2.001 2.250 2.496 2.804 2.975 A/D( 0~1023 ) 529.9 620.3 697.5 773.7 869.2 922.2 PPM(μs ) 1480 1400 12400 1120 1040 960 Rt=R1+R2 (Ω) 4.998 Vcc (V) 3.3 Rt 經由測量R1 R2相加 Vo=Vcc(R2/Rt) PPM由示波器圖得知 A/D由比例算出 => Vo : 3.3 = X : 1023

10 方向盤向右轉0° PPM為1.48ms CH2 CH2 方向盤向右轉90° PPM為1.4ms

11 方向盤向右轉180° PPM為1.24ms CH2 CH2 方向盤向右轉270° PPM為1.12ms

12 方向盤向右轉360° PPM為1.04ms CH2 CH2 方向盤向右轉450° PPM為0.96ms

13 方向盤向左轉 方向 0° ﹣90° ﹣180° ﹣270° ﹣360° ﹣450° R1 (Ω) 2.41 2.88 3.28 3.72
4.11 4.54 R2 (Ω) 2.59 2.07 1.67 1.21 0.88 0.43 Vo (V) 1.709 1.38 1.113 0.809 0.581 0.285 A/D( 0~1023 ) 529.9 427.8 345 251 180.3 88.5 PPM(μs ) 1480 1640 1720 1800 1920 2040 Rt 經由測量R1 R2相加 Vo=Vcc(R2/Rt) PPM由示波器圖得知 A/D由比例算出 => Vo : 3.3 = X : 1023

14 方向盤向左轉0° PPM為1.48ms CH2 CH2 方向盤向左轉90° PPM為1.64ms

15 方向盤向左轉180° PPM為1.72ms CH2 CH2 方向盤向左轉270° PPM為1.8ms

16 方向盤向左轉360° PPM為1.92ms CH2 CH2 方向盤向左轉450° PPM為2.04ms

17 油門(前進) 油門(前進) 不踩 踩1/3 踩2/3 全踩 R1 (Ω) 2.96 2.82 2.68 2.55 R2 (Ω) 2.79
2.98 3.17 3.36 Vo (V) 1.68 1.69 1.78 1.87 A/D( 0~1023 ) 520.8 525.1 553.6 581.5 PPM(μs ) 1520 1480 1440 1400 Rt=R1+R2 (Ω) 5.76 Vcc (V) 3.3 Rt 經由測量R1 R2相加 Vo=Vcc(R2/Rt) PPM由示波器圖得知 A/D由比例算出 => Vo : 3.3 = X : 1023

18 油門(前進)不採 PPM為1.48ms CH3 CH3 油門(前進)採 1/3 PPM為1.44ms

19 油門(前進)採 2/3 PPM為1.36ms CH3 CH3 油門(前進)全採 PPM為1.36ms

20 油門(後退) 油門(後退) 不踩 踩1/3 踩2/3 全踩 R1 (Ω) 3.07 2.87 2.67 2.48 R2 (Ω) 3.55
R1 (Ω) 3.07 2.87 2.67 2.48 R2 (Ω) 3.55 3.66 3.77 3.88 Vo (V) 1.53 1.45 1.37 1.28 A/D( 0~1023 ) 474.3 449.9 424.7 398.8 PPM(μs ) 1560 1600 1640 1680 Rt=R1+R2 (Ω) 6.49 Vcc (V) 3.3 Rt 經由測量R1 R2相加 Vo=Vcc(R1/Rt) PPM由示波器圖得知 A/D由比例算出 => Vo : 3.3 = X : 1023

21 油門(後退)不採 PPM為1.48ms CH3 CH3 油門(後退)採 1/3 PPM為1.56ms

22 油門(後退)採 2/3 PPM為1.56ms CH3 CH3 油門(後退)全採 PPM為1.6ms

23 煞車 煞車 不踩 踩1/3 踩2/3 全踩 R1 (Ω) 1.75 1.6 1.45 1.3 R2 (Ω) 3.68 3.95 4.22
R1 (Ω) 1.75 1.6 1.45 1.3 R2 (Ω) 3.68 3.95 4.22 4.5 Vo (V) 2.23 2.3 2.45 2.56 A/D( 0~1023 ) 693.1 715.1 761.6 793.6 PPM(μs ) 1800 1920 1960 2000 Rt=R1+R2 (Ω) 5.63 Vcc (V) 3.3 Rt 經由測量R1 R2相加 Vo=Vcc(R2/Rt) PPM由示波器圖得知 A/D由比例算出 => Vo : 3.3 = X : 1023

24 煞車不採 PPM為1.8ms CH1 CH1 煞車採1/3 PPM為1.92ms

25 煞車採 2/3 PPM為1.96ms CH1 CH1 煞車全採 PPM為2ms

26 測量遙控器動作時PPM的變化與接收端的轉動

27 一、實驗步驟: 搖控器控制模組，可分為四個控制信號，每一個信 號都對應一個PPM的Channel送出後，接收端將其轉 成PWM使接收端動作。
PPM：每個Channel對應到的PPM最大值約為2ms，最 小值約為1ms。 T0 約為400~500μs。

28 PPM： 傳送ㄧ次PPM所需要的時間為一個週期 T，裡面包含了4個可控制的Channel， 分別為搖控器上的A，B，C，D。 A控制CH2，B控制CH4，C控制CH3， D控制CH1。

29 PPM：發送端 PWM：接收端

30 T(μs) 18000μs T0(μs) 400μs 由示波器圖得知T=18ms 由示波器圖得知T0=400μs

31 Α遙控 Α遙控 向下到底 向下一半 中間值 向上一半 向上到底 PPM(CH2) 1.96ms 1.72ms 1.48ms 1.28ms
PWM 伺服馬達轉動角度 逆45 逆22 順22 順45 Duty Cycle 10.8% 9.5% 8.2% 7.1% 6% 接收端 2 PPM PWM 由示波器圖得知 伺服馬達轉動角度 用量角器手動測量 Duty Cycle (工作週期)= (PWM/T)100% 接收端由示波器得知

32 Α遙控 中間值 PPM為1.48ms

33 A遙控 向下到底 PPM為1.96ms A遙控 向下一半 PPM為1.72ms

34 A控 向上到底 PPM為1.08ms A遙控 向上一半 PPM為1.28ms

35 B遙控 B遙控 向左到底 向左一半 中間值 向右一半 向右到底 PPM(CH4) 1.08ms 1.28ms 1.52ms 1.76ms
PWM 伺服馬達轉動角度 順48 順24 逆24 逆47 Duty Cycle 6% 7.1% 8.4% 9.7% 11.1% 接收端 4 PPM PWM 由示波器圖得知 伺服馬達轉動角度 用量角器手動測量 Duty Cycle (工作週期)= (PWM/T)100% 接收端由示波器得知

36 B遙控 中間值 PPM為1.52ms

37 B遙控 向左到底 PPM為1.08ms B遙控 向左一半 PPM為1.28ms

38 B遙控 向右到底 PPM為2ms B遙控 向右一半 PPM為1.76ms

39 C遙控 C遙控 向下到底 向下一半 中間值 向上一半 向上到底 PPM(CH3) 1.16ms 1.32ms 1.48ms 1.68ms
PWM 伺服馬達轉動角度 順35 順17 逆20 逆40 Duty Cycle 6.4% 7.3% 8.2% 9.3% 10.2% 接收端 3 PPM PWM 由示波器圖得知 伺服馬達轉動角度 用量角器手動測量 Duty Cycle = (PWM/T)100% 接收端由示波器得知

40 C遙控 中間值 PPM為1.48ms

41 C遙控 向下到底 PPM為1.16ms C遙控 向下一半 PPM為1.32ms

42 C遙控 向上到底 PPM為1.84ms C遙控 向上一半 PPM為1.68ms

43 D遙控 D遙控 向左到底 向左一半 中間值 向右一半 向右到底 PPM(CH1) 1ms 1.24ms 1.44ms 1.72ms
PWM 伺服馬達轉動角度 順45 順22 逆22 逆45 Duty Cycle 5.5% 6.8% 8% 9.5% 10.6% 接收端 1 PPM PWM 由示波器圖得知 伺服馬達轉動角度 用量角器手動測量 Duty Cycle = (PWM/T)100% 接收端由示波器得知

44 D遙控 中間值 PPM為1.48ms

45 D遙控 向左到底 PPM為1ms D遙控 向左一半 PPM為1.24ms

46 D遙控 向右到底 PPM為1.92ms D遙控 向右一半 PPM為1.72ms

47 參考資料 講義 同學,助教指導