背景：

我准备用一些零件实现一个写字机器人，因此我开始思考如何去控制它。我准备用一个舵机来控制笔的抬笔、落笔动作，舵机很擅长处理这些因为它很容易集成，它带有反馈功能，总是能知道自己转过的角度。

我也许可以使用grbl，它可以输出步进脉冲和方向信号实现移动，舵机需要一个PWM信号驱动，主轴电机也是用pwm来控制速度的，这或许是个不错的开始。一个PWM信号包含频率和占空比，频率表示信号重复的频繁程度，占空比表示一个周期内逻辑高电平的时长(其余时间低电平)。舵机需要信号周期是20ms(50hz)，占空比是1ms的时候在一端点，占空比是2ms的时候转到另一个端点。总结一下就是：

• 0°对应占空比是1ms
• 180°对应占空比是2ms
• 频率是50hz,周期是2ms

PWM被大部分包括arduino在内的微控制器使用，用来控制外围设备，它使用内置的定时器和CPU周期来生成，你只需要设置几个寄存器，并且不依赖代码。主轴使用的是timer2，所有其他定时器已经被grbl的其他功能使用了(在uno版本上)，所以其他的是不能再重新定义的。timer2是一个8位的定时器，因此它最高能数到255，然后继续下一个循环。我们不得不面对两个问题：

• 分辨率：舵机的占空比(1ms~2ms)只是周期的一小部分(1ms/20ms)，这使得我们只能使用256的1/20，这会限制分辨率，但在这个应用中我们只关心抬笔落笔动作也足够了。
• 频率：在arduino中你不能使用任意的频率，你只能使用一小部分频率，允许使用的频率分别是1/1, 1/8, 1/64, 1/256 & 1/1024，我们只能使用最接近50hz的那个频率。

设置频率：

设置频率的公式为：

Freq = F_CPU / (Prescaler * TimerResolution)    Eq #1

• Freq：我们预期的频率50hz
• F_CPU：CPU时钟频率，大部分arduino是16M的
• Prescaler：预分频
• TimerResolution：定时器分辨率

我们可以把上面公式改写为：

Prescaler = F_CPU / Freq / TimerResolution Eq #2

Prescaler = 16 000 000 / 50 / 256 = 1250

1250这是我们期望的，但是没有可以选择的，我们只能选一个最接近的1024，如果我们带入公式1，就得到Freq=61hz，已经足够接近了。

判定占空比：

我们需要知道寄存器比较值，当舵机从一端到另一端时，一个单位的比较值被称为tick，每一个tick的计时器为：

Tick = 1 / (F_CPU / Prescaler) Eq#3

Tick = 1 / (16000000 / 1024) = 0.000064s

这时候我们就可以计算出从一端到另一端的tick数了：

• 0° = 0.001 / 0.000064 = 15.6向上取整得16
• 180° = 0.02 / 0.000064 = 31.25向下取整得31

设置寄存器：

这一部分需要你深入了解arduino的芯片(atmega328p)手册，不过我会做一些简短解释。

TCCR2A = (1<

1. 第一行：TCCR2A(timer2的定时器/计数器控制寄存器A)，WGM20&WGM21(Waveform Generation Modes)设置模式为Fast PWM模式，COM2A告诉CPU清除compare value当计数器满时。
2. 第二行：TCCR2B(timer2的定时器/计数器控制寄存器B)，CS22&CS21&CS20,时钟选择位，选择Prescaler为1024.
3. 第三行：OCR2A(timer2的输出比较寄存器A)，设置为31，控制timer2的占空比。

grbl使用一些别名让代码变得更清晰简单，使用的时候按照实际代码修改即可。

测试：

使用逻辑分析仪，看到结果是：

落笔

落笔时的占空比1.087ms 在61hz下

抬笔

抬笔是占空比为2.047ms 在61hz下