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【N32G457 】16路舵机控制板

发布于 2022-03-16 20:14:41 浏览：991 订阅该版

#一 应用背景
##1 基本介绍
舵机控制在我们嵌入式开发过程中是经常能够用到的，舵机是执行机构里面又可控，精度又较高而且协议简单的一种。非常多的机器人、机械臂使用的舵机来进行执行功能。笔者在过去使用舵机时候，如果舵机比较少，可能会直接选Arduino使用舵机库或者在控制器上直接定时器输出一个波形控制。这样做方便快捷，但是具有两个痛点：一是能够控制的舵机数量比较少，二是如果舵机多了（甚至两个mg90）就必须使用外部供电，MCU不能负载舵机的工作电流。

##2 目前研究及解决方案现状
针对于这种情况，目前市面上常见的解决方式有两种，一种是使用某包常见舵机控制板，
这种舵机控制板加个很贵，且资料不开源，（图1.1）最多支持你根据他的协议自己写串口控制程序。另一种是基于IIC协议的PCA9685芯片的舵机控制板（图1.2）。该控制板价格不算太贵，但是并没有控制芯片，所有的控制逻辑都需要在自己再写，集成度不高。针对这种情况，笔者设计了一款可以自行控制舵机按照既定时间，既定角度执行命令的舵机控制板。采用国民技术N32G457芯片为核心的舵机控制板，既可以二次开发，也可以链接最多16个舵机控制。
#二 实现功能
本作品可以完成从串口读取文件名；搜索sd卡对应文件，逐条读取动作命令line，控制16个舵机的保持角度和该line的持续时间的功能。可以支持脱机存储的动作命令文件1000个；每个动作文件最多支持65535个line；单个line最多支持10s保持时间。但目前只是实现了信号的输出，实际带16个舵机是带不起来的，需要自己设计一个可以给舵机供电的电源。
##三 开发板和RT-Thread使用情况概述
本作品使用国民技术N32G457开发板，使用开发工具为RT-T Studio 2.1.5 使用rt-thread v4.0.2版本进行开发。

#四 硬件框架
本设计硬件架构比较简单，主要涉及到tf卡模块和额外的16个舵机，以及开启了一个用于上层控制的uart3，具体的连线方式可以从参考《N32G457VE_Pinmap.xlsx》，本次设计并没有改动，全部使用了开发板默认复用功能

#五 软件框架
本在软件架构上，实际使用了三个线程，PWM线程负责配置定时器，控制16个通道的PWM波。FILE线程负责访问tf卡，读取动作line。串口线程负责收集需要调用的动作组文件名。空闲线程和主线程在初始化完成后没有实际工作。
在内核间通信方面，使用了消息队列来进行线程间的通信
 
以调用编号002;txt的动作组文件为例，整个系统的工作过程如下：

首先在内存卡按照既定格式准备好002.txt文件。然后插好内存卡，开启我们的开发板，利用串口调试助手，发送命令5F5FAA002 其中后三位代表动作组文件名，所以这也代表着最多能调用1000个动作组文件，完全够用了。前面六位是私有命令格式，目前没有开发其他，仅仅写了完全相同才会认可这一条消息。串口接收到消息以后进行验证，符合命令格式把文件名传递给文件线程去进行读取。文件线程会首先读取该文件的第一行，第一行的最后会约定好要读取的line数目，如图要去读6条line。之后把每一个line中的70字节数据发送给pwm线程。Owm线程接到一个消息后进行转换和执行，每个line末尾的四位数是延迟时间，一般来说，读取是一定比执行要快的，所以文件线程可能已经读完了所有的line，并把它们发送出来的。Pwm线程就逐个line执行延时，然后再去读下一个消息块。这就是大概的工作流程

#六 整体图片
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[视频演示b站链接](https://b23.tv/HmaVsPi)
[开源仓库地址](https://gitee.com/ohk1565494473/pwm16ctrl)