C++编程控制舵机的实现与应用

在嵌入式编程和物联网应用中，舵机是一种非常重要的执行器，广泛应用于机器人、遥控玩具、机械臂、摄像头云台等多个领域。舵机不仅能够精准地控制角度位置，还能在一定的工作范围内持续保持该位置。在本篇文章中，我们将站在 C++ 编程教学 的角度，讲解如何通过 树莓派 Pico 控制舵机旋转，实现一个简单的 舵机控制项目。

1. 项目介绍

舵机（Servo Motor）是一种广泛应用于多种场景的 伺服电机，其工作原理是通过接收外部的控制信号（通常是脉冲宽度调制信号，PWM）来调整其转动角度。我们将通过 树莓派 Pico 控制舵机的角度，完成一个从 0° 到 180° 来回旋转的简单任务。该项目的目标是让学员了解舵机的基本控制原理，掌握如何通过 C++ 编程实现舵机的精确控制。

2. 项目元件

本项目所需的硬件包括：

树莓派 Pico 开发板 *1
舵机 *1
USB 线 *1

连线图

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舵机是一种带有反馈控制系统的电动机，它能通过 PWM 信号来控制角度，常用于那些需要精确角度调节的控制系统。

3. 舵机工作原理与控制

舵机的基本结构包括 电动机、减速器、电位器（用于位置反馈） 和控制电路。舵机的转动是由 PWM 信号驱动的，通过控制信号的 脉冲宽度 来改变其旋转角度。

PWM 信号：控制舵机转动的核心信号是 脉宽调制（PWM） 信号。PWM 信号的周期通常为 20ms，其中 脉冲宽度（占空比）决定了舵机的角度位置。一般情况下，PWM 信号的占空比范围从 0.5ms 到 2.5ms，对应舵机的转动角度范围为 0° 到 180°。
- 0.5ms：对应 0°。
- 1.5ms：对应 90°。
- 2.5ms：对应 180°。

4. 控制舵机的 C++ 编程实现

在 C++ 编程中，我们可以通过 Servo 库来控制舵机。这个库简化了 PWM 信号的生成过程，使得控制舵机变得更加容易。

步骤 1：添加 Servo 库

为了控制舵机，我们需要使用 Servo 库。这个库是 Arduino 官方库之一，提供了简单的接口来控制舵机。

在 Arduino IDE 中，我们可以通过以下两种方法来添加该库：

方法一：通过库管理器安装
1. 打开 Arduino IDE。
2. 选择项目 -> 加载库 -> 管理库。
3. 在搜索栏输入 "Servo"，点击安装。
方法二：手动添加库文件
1. 下载 Servo.ZIP 文件。
2. 在 Arduino IDE 中选择项目 -> 加载库 -> 添加 .ZIP 库，然后选择下载的 Servo.ZIP 文件进行安装。

步骤 2：编写舵机控制代码

在 Arduino 中，通过 Servo 类，我们可以方便地控制舵机的角度。以下是一个简单的 C++ 程序，用于控制舵机从 0° 到 180°，然后再从 180° 回转到 0°，并重复这个过程：

#include <Servo.h>  // 包含 Servo 库#define servoPin 16  // 设置舵机控制引脚为 GPIO 16Servo myServo;  // 创建舵机对象
int pos = 0;    // 用于存储舵机的位置void setup() {myServo.attach(servoPin);  // 将舵机连接到 GPIO 16 引脚
}void loop() {// 从 0° 转到 180°for (pos = 0; pos <= 180; pos += 1) {  // 增加步长myServo.write(pos);  // 设置舵机位置delay(15);            // 等待 15 毫秒，确保舵机到达目标位置}// 从 180° 回转到 0°for (pos = 180; pos >= 0; pos -= 1) {  // 减小步长myServo.write(pos);  // 设置舵机位置delay(15);            // 等待 15 毫秒，确保舵机到达目标位置}
}