舵机菜单

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在 STC8051 单片机控制舵机的项目中，一套直观的菜单系统能让调试和操作效率翻倍 —— 无论是机械臂关节角度校准、云台转向控制，还是自动化设备的行程设定，都需要通过菜单实现参数可视化与交互。但 STC8051 的资源限制（如定时器数量少、RAM 有限）对菜单与舵机控制的兼容性提出了挑战。以下从硬件适配、菜单逻辑到代码实现，拆解关键技术点。
一、硬件选型：舵机与交互部件的匹配原则
舵机类型与驱动方式
小型舵机（如 SG90）：扭矩 1.8kg・cm，工作电压 4.8-6V，适合轻量负载，直接用 STC8051 的 IO 口通过三极管（如 8050）驱动即可（IO 口输出电流不足 10mA，需放大至 50-100mA）。
中型舵机（如 MG90S）：扭矩 2.2kg・cm，建议用 ULN2003 达林顿管阵列驱动，避免 IO 口过载。
驱动核心：舵机需 PWM 信号控制（周期 20ms，高电平 0.5-2.5ms 对应 0-180°），STC8051 需用定时器生成 PWM（如定时器 0 输出 PWM，定时器 1 用于菜单扫描）。
交互硬件推荐
屏幕：优先选 0.96 寸 I2C OLED（2 线通信省 IO），其次 LCD1602（4 位模式用 7 个 IO），显示菜单层级和舵机角度。
按键：3 个独立按键（上 / 下 / 确认），接带内部上拉的 IO 口（如 P3.0-P3.2），省去外部上拉电阻。
避坑点：舵机电源需独立供电（与单片机共地但分开供电），否则舵机启动时的电流冲击会导致单片机复位。
二、菜单架构设计：轻量化与功能优先级
STC8051 的 RAM 通常仅 512B，菜单系统需以功能为核心，避免冗余设计：
菜单层级设计
采用二级结构即可满足多数场景，示例：
主菜单
├─1. 手动控制 → 直接输入角度（0-180°）
├─2. 预设位置 → 子菜单（位置1/位置2/位置3）
├─3. 速度调节 → 设定转动时间（1-5秒）
└─4. 校准设置 → 子菜单（最小角度/最大角度校准）

数据结构定义
用结构体数组存储菜单，所有字符串存于 ROM（code 区）节省 RAM：
// 菜单函数指针
typedef void (*MenuFunc)(void);

// 菜单项结构体（code区存储）
const struct MenuItem {
    unsigned char code *name;  // 菜单项名称
    unsigned char child;      // 子菜单起始索引（0xFF表示无）
    MenuFunc func;            // 选中执行的函数
} code menuList[] = {
    {"1. 手动控制", 0xFF, ManualControl},
    {"2. 预设位置", 3, NULL},       // 子菜单从索引3开始
    {"3. 速度调节", 0xFF, SetSpeed},
    {"4. 校准设置", 5, NULL},       // 子菜单从索引5开始
    {"  位置1", 0xFF, GoPos1},      // 子菜单1
    {"  位置2", 0xFF, GoPos2},      // 子菜单2
    {"  最小角度", 0xFF, CalibMin}, // 子菜单3
    {"  最大角度", 0xFF, CalibMax}  // 子菜单4
};

三、舵机控制核心：PWM 生成与角度映射
PWM 信号实现
STC8051 无硬件 PWM 模块，需用定时器中断模拟：
sbit SERVO = P1^0;  // 舵机控制引脚
unsigned int servoHighTime = 1500;  // 高电平时间（单位μs，1500对应90°）

// 定时器0初始化（用于PWM生成，20ms周期）
void Timer0Init() {
    TMOD &= 0xF0;
    TMOD |= 0x01;  // 16位定时模式
    TH0 = (65536 - 100) / 256;  // 定时100μs
    TL0 = (65536 - 100) % 256;
    ET0 = 1;       // 允许中断
    EA = 1;
    TR0 = 1;       // 启动定时器
}

// 定时器0中断（每100μs触发一次）
void Timer0_ISR() interrupt 1 {
    static unsigned int cnt = 0;  // 计数到200次为20ms（200×100μs）
    TH0 = (65536 - 100) / 256;
    TL0 = (65536 - 100) % 256;

    cnt++;
    if (cnt <= servoHighTime / 100) {  // 高电平时间
        SERVO = 1;
    } else {
        SERVO = 0;
    }
    if (cnt >= 200) {  // 周期20ms重置
        cnt = 0;
    }
}

角度与 PWM 的映射公式
0° 对应 0.5ms（500μs），180° 对应 2.5ms（2500μs），线性映射公式：
// 角度转高电平时间（μs）
unsigned int AngleToTime(unsigned char angle) {
    if (angle > 180) angle = 180;
    return 500 + (angle * 2000) / 180;  // 500 + (angle×100/9)
}

// 设置舵机角度
void SetServoAngle(unsigned char angle) {
    servoHighTime = AngleToTime(angle);
}

四、菜单交互核心功能实现
菜单显示与导航
在 OLED 上显示当前菜单，用反白高亮选中项：
unsigned char currentSel = 0;  // 当前选中项索引
unsigned char currentPage = 0; // 当前页起始索引

void ShowMenu() {
    OLED_Clear();
    unsigned char i, y = 0;
    // 每页显示4项（OLED高度64像素，每项占16像素）
    for (i = currentPage; i < currentPage + 4 && i < MENU_COUNT; i++) {
        OLED_ShowString(0, y, menuList[i].name);
        if (i == currentSel) {
            // 反白显示选中项（填充背景）
            OLED_Fill(0, y, 127, y + 15, 1);
            OLED_ShowString(0, y, menuList[i].name, 0);  // 白色文字
        }
        y += 16;
    }
}

// 按键处理（上选/下选/确认）
void KeyHandle(unsigned char key) {
    switch (key) {
        case 1:  // 上选
            if (currentSel > 0) currentSel--;
            else currentSel = MENU_COUNT - 1;
            break;
        case 2:  // 下选
            if (currentSel < MENU_COUNT - 1) currentSel++;
            else currentSel = 0;
            break;
        case 3:  // 确认
            if (menuList[currentSel].func != NULL) {
                menuList[currentSel].func();  // 执行函数
            } else {
                currentPage = menuList[currentSel].child;  // 进入子菜单
                currentSel = currentPage;
            }
            break;
    }
    ShowMenu();  // 刷新显示
}

手动控制功能（核心交互）
在 “手动控制” 菜单中，通过上下键增减角度，确认键执行：
unsigned char manualAngle = 90;  // 当前手动设置角度

void ManualControl() {
    unsigned char key;
    while (1) {
        OLED_Clear();
        OLED_ShowString(0, 0, "Set Angle:");
        OLED_ShowNum(80, 0, manualAngle, 3);  // 显示角度
        OLED_ShowString(104, 0, "°");
        OLED_ShowString(0, 32, "OK:Confirm  ESC:Back");

        key = GetKey();  // 等待按键
        if (key == 3) {  // 确认
            SetServoAngle(manualAngle);
            break;
        } else if (key == 4) {  // 退出（复用某个按键）
            break;
        } else if (key == 1) {  // 上键加5°
            if (manualAngle + 5 <= 180) manualAngle += 5;
        } else if (key == 2) {  // 下键减5°
            if (manualAngle - 5 >= 0) manualAngle -= 5;
        }
    }
    ShowMenu();  // 返回菜单
}

预设位置与速度控制
存储 3 个常用位置，支持设置转动时间（通过分步延迟实现速度调节）：
// 预设位置（存于EEPROM）
unsigned char code pos1 = 30, pos2 = 90, pos3 = 150;
unsigned char moveSpeed = 2;  // 速度等级（1-5，数值越大越快）

// 前往预设位置1
void GoPos1() {
    MoveToAngle(pos1);
}

// 带速度控制的转动（分步移动）
void MoveToAngle(unsigned char target) {
    unsigned char current = GetCurrentAngle();  // 需实现当前角度读取
    signed char step = (target > current) ? 1 : -1;
    unsigned int delay = 50 / moveSpeed;  // 延迟时间（ms）

    while (current != target) {
        current += step;
        SetServoAngle(current);
        DelayMs(delay);  // 控制速度
    }
}

五、常见问题与优化方案
PWM 与菜单冲突
现象：舵机抖动，菜单响应慢。
原因：定时器 0 生成 PWM 时，中断频繁（每 100μs 一次），阻塞按键扫描。
解决：
提高定时器中断优先级，确保 PWM 稳定。
按键扫描用独立定时器（如定时器 1，10ms 中断一次），避免主循环阻塞。
舵机角度不准
校准方案：在菜单中添加 “最小 / 最大角度校准”，存储实际 0° 和 180° 对应的 PWM 时间：
void CalibMin() {
    // 手动调节至实际0°，存储当前PWM时间
    minTime = servoHighTime;
    EEPROM_Write(0, minTime);
}

映射修正：用校准后的 minTime 和 maxTime 重新计算映射公式。
多舵机扩展
若控制多个舵机，用 IO 口扩展芯片（如 74HC164）扩展 PWM 输出，菜单中添加 “舵机选择” 项：
unsigned char currentServo = 0;  // 当前选中舵机（0-2）

void SelectServo() {
    // 切换currentServo，后续操作仅影响选中舵机
}

六、资源与拓展建议
调试工具：用逻辑分析仪测 PWM 波形（确保周期 20ms，高电平时间准确），用串口助手打印角度值辅助校准。
代码优化：将常用函数（如角度转换）用汇编实现，减少执行时间；菜单字符串用自定义字模（仅保留数字和必要字符）节省 ROM。
进阶功能：添加舵机限位保护（通过霍尔传感器检测极限位置）、断电记忆预设位置（用 EEPROM 存储）。
欢迎分享你的 STC8051 舵机菜单项目经验 —— 比如如何在单定时器下驱动 3 个舵机，或如何解决舵机启动时的电源干扰问题，共同完善 8 位机的舵机控制方案！

国芯人***

舵机菜单系统在 STC8051 单片机中的实现，是提升控制精度与操作效率的关键环节。由于 STC8051 资源有限（如 RAM 仅 512B、定时器资源紧张），设计一个高效、稳定的菜单系统需兼顾硬件适配、逻辑优化与代码精简。

一、硬件选型与接口配置  
舵机驱动方面，SG90 等小型舵机可通过 IO 口加三极管（如 8050）直接驱动，而 MG90S 等中型舵机建议使用 ULN2003 阵列以保护单片机。PWM 控制需由定时器生成，通常采用定时器 0 输出 PWM 信号，定时器 1 用于按键扫描与菜单刷新。交互设备推荐 I2C OLED 显示器，节省 IO 口资源；按键采用三个独立键（上/下/确认），并利用内部上拉功能降低外围电路复杂度。此外，舵机电源必须独立供电，确保共地但避免电流冲击导致复位。

二、菜单架构设计与功能优先级  
考虑到 RAM 限制，菜单应采用轻量化结构，以功能为核心，避免冗余。主菜单可设为二级结构，例如：  
主菜单  
  ├─1 手动控制 → 输入角度（0-180°）  
  ├─2 预设模式 → 选择预设路径或角度序列  
  ├─3 参数设置 → 调整 PWM 周期、延时等  
  └─4 系统信息 → 显示当前状态、电压等  

每一项菜单均通过按键导航，并结合 OLED 实时反馈参数变化，增强交互性。

三、软件实现与优化策略  
1. PWM 生成：利用定时器 0 产生标准 20ms 周期的 PWM 信号，高电平时间根据目标角度动态调整。  
2. 菜单扫描：定时器 1 或软件延时实现按键检测，防止抖动干扰。  
3. 数据存储：使用 EEPROM 或静态变量保存用户设定值，避免频繁读写 RAM。  
4. 代码优化：采用宏定义减少函数调用开销，合理分配变量空间，确保程序运行流畅。

四、总结  
STC8051 上的舵机菜单系统需在资源约束下实现功能与效率的平衡。通过合理的硬件选型、轻量化的菜单结构及高效的代码实现，可显著提升调试与操作体验，适用于机械臂、云台等嵌入式控制场景。

[本文内容由国芯人工智能辅助生成，仅供参考]