PWM信号是如何控制舵机的？

PWM（脉冲宽度调制）信号控制舵机的核心原理是通过固定周期内高电平的持续时间（脉宽）对应舵机的旋转角度，舵机内部电路根据检测到的脉宽驱动电机转动到目标位置并保持。以下是具体实现过程：

一、核心控制逻辑

舵机的控制依赖于特定频率和脉宽的 PWM 信号，关键参数如下：

PWM 信号频率：固定为 50Hz（周期 20ms），这是舵机的标准接收频率，频率过高或过低会导致舵机无响应或角度偏差。

高电平脉宽与角度对应关系：舵机通过检测一个周期内高电平的时长来确定目标角度，典型对应关系为：

0.5ms 脉宽 → 0°（占空比 2.5%，即 0.5ms/20ms）

1.0ms 脉宽 → 45°（占空比 5.0%）

1.5ms 脉宽 → 90°（占空比 7.5%，中位角度）

2.0ms 脉宽 → 135°（占空比 10.0%）

2.5ms 脉宽 → 180°（占空比 12.5%）

二、舵机内部工作流程

当 PWM 信号通过信号线输入舵机后，内部电路会执行以下步骤：

信号检测：舵机内部的控制电路接收 PWM 信号，解析高电平持续时间，确定目标角度。

电压比较：将检测到的脉宽转换为对应的偏置电压，与舵机内部电位器（随输出轴同步转动）的电压进行比较，产生电压差。

电机驱动：电压差触发电机转动，通过减速齿轮组带动输出轴旋转，同时电位器也随之转动，改变自身电压。

位置锁定：当电位器电压与目标偏置电压相等（电压差为 0）时，电机停止转动，舵机保持在目标角度。

三、硬件连接与实现步骤

以 Arduino 控制器为例，具体操作如下：

硬件准备：

控制器：Arduino UNO（需支持 PWM 输出，引脚标有 “~”）。

舵机：如 SG90（3 线制：红色 VCC、棕色 GND、黄色信号线）。

电源：小舵机可直接接 Arduino 的 5V 电源，大扭矩舵机需外接独立电源（避免烧毁控制器）。

接线方式：

舵机 VCC → Arduino 5V（或外接电源正极）。

舵机 GND → Arduino GND（必须共地，否则信号紊乱）。

舵机信号线 → Arduino PWM 引脚（如～9）。

软件编程：

使用 Arduino 自带的Servo.h库简化控制，示例代码如下：

若需更精准控制，可使用writeMicroseconds()直接指定脉宽：

四、关键注意事项

共地原则：控制器、舵机、电源的 GND 必须连接在一起，否则 PWM 信号无法正常传输。

电源匹配：大扭矩舵机（如 MG996R）需外接 6V/12V 电源，避免直接使用控制器 5V 供电导致过载。

角度校准：不同舵机的脉宽 - 角度对应关系可能存在差异，需通过实际测试微调（如某些舵机 180° 需 2.2ms 脉宽）。

机械保护：避免强行让舵机转动超过物理极限角度（如部分舵机最大角度为 120°），防止齿轮损坏。

审核编辑 黄宇