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20 分钟

使用 TLC59401 和 ATmega328 实现平稳的舵机电机运动

面向机器人与自动化应用的高精度 16 通道舵机电机控制解决方案

Servo 2 Click with Arduino UNO Rev3

已发布 7月 02, 2025

点击板

Servo 2 Click

开发板

Arduino UNO Rev3

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

ATmega328

通过高分辨率 PWM 和强大安全功能,控制多达 16 个舵机电机,完美适用于机器人和自动化系统

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Servo 2 Click 基于德州仪器(Texas Instruments)的 TLC59401,这是一款 16 通道 LED 驱动器,采用高精度恒流输出架构,专为多通道控制设计。每个通道配备独立可编程的 12 位灰度 PWM 控制,支持每通道 4096 级脉宽调节,所有通道均可通过串行接口灵活访问与配置,实现高精度、同步控制。每通道的最大输出电流由一个外部电阻设定,在 Servo 2 Click 板上,该电阻(R7)设置为 330Ω,从而每个通道可输出约 120mA 电流。除了用于精密舵机控制,该板也非常适合驱动大电流 LED,适用于单色、多色、全

彩 LED 显示、广告牌与背光系统等对亮度控制和电流调节要求较高的场景。本 Click 板通过 4 线 SPI 接口与主控 MCU 通信,最高支持 30MHz 时钟频率,确保高速可靠的数据传输。除 SPI 引脚外,板上还包含多个辅助控制与状态引脚增强其功能性。其中,BLK 引脚可同时屏蔽所有输出通道 —— 当 BLK 设为高电平时,所有输出关闭,灰度计数器重置;设为低电平时,输出通道恢复工作,由内部 PWM 引擎控制。该设计支持多个通道并联使用,以提升总输出电流能力。负载电源通过 VEXT 端子供电,所有输出通道共

享该电压,支持最高 17V,兼容多种舵机与 LED 设备。此外,ERR 引脚通过两种集成功能提供故障检测:LED 开路检测(LOD)用于标记断开或损坏的 LED;热故障标志(TEF)用于提示过温状态,增强系统安全性与稳定性。Servo 2 Click 支持 3.3V 与 5V 逻辑电压,通过 VCC SEL 跳线选择,兼容不同电压等级的主控 MCU。板载软件库提供易于使用的函数及示例代码,便于快速集成与二次开发。

Servo 2 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Arduino UNO 是围绕 ATmega328P 芯片构建的多功能微控制器板。它为各种项目提供了广泛的连接选项,具有 14 个数字输入/输出引脚,其中六个支持 PWM 输出,以及六个模拟输入。其核心组件包括一个 16MHz 的陶瓷谐振器、一个 USB 连接器、一个电

源插孔、一个 ICSP 头和一个复位按钮,提供了为板 子供电和编程所需的一切。UNO 可以通过 USB 连接到计算机,也可以通过 AC-to-DC 适配器或电池供电。作为第一个 USB Arduino 板,它成为 Arduino 平台的基准,"Uno" 符号化其作为系列首款产品的地

位。这个名称选择,意为意大利语中的 "一",是为了 纪念 Arduino Software(IDE)1.0 的推出。最初与 Arduino Software(IDE)版本1.0 同时推出,Uno 自此成为后续 Arduino 发布的基础模型,体现了该平台的演进。

Arduino UNO Rev3 double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

AVR

MCU 内存 (KB)

32

硅供应商

Microchip

引脚数

32

RAM (字节)

2048

你完善了我!

配件

Click Shield for Arduino UNO 具有两个专有的 mikroBUS™ 插座,使所有 Click board™ 设备能够轻松与 Arduino UNO 板进行接口连接。Arduino UNO 是一款基于 ATmega328P 的微控制器开发板,为用户提供了一种经济实惠且灵活的方式来测试新概念并构建基于 ATmega328P 微控制器的原型系统,结合了性能、功耗和功能的多种配置选择。Arduino UNO 具有 14 个数字输入/输出引脚(其中 6 个可用作 PWM 输出)、6 个模拟输入、16 MHz 陶瓷谐振器(CSTCE16M0V53-R0)、USB 接口、电源插座、ICSP 头和复位按钮。大多数 ATmega328P 微控制器的引脚都连接到开发板左右两侧的 IO 引脚,然后再连接到两个 mikroBUS™ 插座。这款 Click Shield 还配备了多个开关,可执行各种功能,例如选择 mikroBUS™ 插座上模拟信号的逻辑电平,以及选择 mikroBUS™ 插座本身的逻辑电压电平。此外,用户还可以通过现有的双向电平转换电压转换器使用任何 Click board™,无论 Click board™ 运行在 3.3V 还是 5V 逻辑电压电平。一旦将 Arduino UNO 板与 Click Shield for Arduino UNO 连接,用户即可访问数百种 Click board™,并兼容 3.3V 或 5V 逻辑电压电平的设备。

Click Shield for Arduino UNO accessories 1 image

TowerPro 的 SG90 数字舵机是一款紧凑轻便的 9g 舵机,以其性能、可靠性与性价比兼具而广受认可。作为经典 SG90 模拟版的升级数字版本,该舵机具备更高的精度与响应速度,深受业余爱好者与专业用户的青睐。SG90 在 4.8V 工作电压下具备 1.8kg/cm 的堵转扭矩与 0.1 秒/60 度的高响应速度,非常适用于需要快速且精准运动控制的应用场景。其内部采用坚固的 POM(聚甲醛)齿轮组,确保运行顺畅且在中等负载下具备较长寿命。舵机支持 0°C 至 55°C 的工作温度范围,能在室内及部分受控环境中保持稳定性能。SG90 的死区宽度仅为 1μs,确保其具备极高的位置精度,是机器人、遥控模型和小型自动化系统等应用的理想选择。舵机配备 25cm 长的连接线,采用 JR 接头,兼容市面上主流的遥控接收器与微控制器平台,包括 JR 和 Futaba 系统。其尺寸为 23 × 12.2 × 29mm,结构紧凑,便于集成至空间受限的设计中。

Servo 2 Click accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Output Channel Control
PC0
AN
ID SEL
PD2
RST
SPI Select / ID COMM
PB2
CS
SPI Clock
PB5
SCK
SPI Data OUT
PB4
MISO
SPI Data IN
PB3
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Grayscale PWM control
PD6
PWM
Error Detection
PC3
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
NC
NC
SCL
NC
NC
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

Servo 2 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Click Shield for Arduino UNO front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Arduino UNO Rev3作为您的开发板开始。

Click Shield for Arduino UNO front image hardware assembly
Arduino UNO Rev3 front image hardware assembly
Charger 27 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
Charger 27 Click complete accessories setup image hardware assembly
Board mapper by product8 hardware assembly
Necto image step 2 hardware assembly
Necto image step 3 hardware assembly
Necto image step 4 hardware assembly
Necto image step 5 hardware assembly
Necto image step 6 hardware assembly
Arduino UNO MCU Step hardware assembly
Necto No Display image step 8 hardware assembly
Necto image step 9 hardware assembly
Necto image step 10 hardware assembly
Debug Image Necto Step hardware assembly

软件支持

库描述

Servo 2 Click 演示应用程序使用 NECTO Studio开发,确保与 mikroSDK 的开源库和工具兼容。该演示设计为即插即用,可与所有具有 mikroBUS™ 插座的 开发板、入门板和 mikromedia 板完全兼容,用于快速实现和测试。

示例描述
本示例演示如何使用 Servo 2 Click 板控制舵机电机的转角。该板可驱动多个舵机,本示例展示如何在预定义角度范围内同时调节所有连接舵机的角度。

关键功能:

  • servo2_cfg_setup - 配置对象初始化函数。

  • servo2_init - 初始化函数。

  • servo2_set_angle - 设置指定通道或全部通道的舵机角度。

  • servo2_update_output - 通过写入设备,更新所有通道的 PWM 输出值。

  • servo2_set_channel_pwm - 设置指定通道或全部通道的 PWM 输出。

应用初始化
初始化日志模块并配置 Servo 2 Click 板,建立 PWM 通信,设备准备就绪以控制舵机。

应用任务
将所有连接的舵机电机角度从最小值逐步增加到最大值,再逐步返回最小值,形成往复摆动动作。每次更新时都会记录当前角度。

开源

代码示例

完整的应用程序代码和一个现成的项目可以通过NECTO Studio包管理器直接安装到NECTO Studio 应用程序代码也可以在MIKROE的GitHub账户中找到。

/*!
 * @file main.c
 * @brief Servo 2 Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of the Servo 2 Click board for controlling the angle of servo motors. 
 * The board is capable of driving multiple servos, and the example illustrates how to change the angle 
 * of all connected servos simultaneously within a defined range.
 *
 * The demo application is composed of two sections:
 *
 * ## Application Init
 * Initializes the logger module and configures the Servo 2 Click board. The PWM communication is 
 * established, and the device is prepared for controlling the servos.
 *
 * ## Application Task
 * Gradually changes the angle of all connected servo motors from a minimum to a maximum value, and 
 * then back to the minimum, creating a sweeping motion. The current angle is logged during each update.
 *
 * @note
 * Ensure that the servo motors are properly connected to the Servo 2 Click board and are compatible 
 * with the specified angle range such as the SG90 Micro Servo motors.
 *
 * @author Stefan Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "servo2.h"

static servo2_t servo2;
static log_t logger;

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    servo2_cfg_t servo2_cfg;  /**< Click config object. */

    /** 
     * Logger initialization.
     * Default baud rate: 115200
     * Default log level: LOG_LEVEL_DEBUG
     * @note If USB_UART_RX and USB_UART_TX 
     * are defined as HAL_PIN_NC, you will 
     * need to define them manually for log to work. 
     * See @b LOG_MAP_USB_UART macro definition for detailed explanation.
     */
    LOG_MAP_USB_UART( log_cfg );
    log_init( &logger, &log_cfg );
    log_info( &logger, " Application Init " );

    // Click initialization.
    servo2_cfg_setup( &servo2_cfg );
    SERVO2_MAP_MIKROBUS( servo2_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( PWM_ERROR == servo2_init( &servo2, &servo2_cfg ) )
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void ) 
{
    static uint8_t angle = SERVO2_ANGLE_MIN;
    static int8_t step = 1;
    log_printf( &logger, "All channels angle: %u\r\n\n", angle );
    servo2_set_angle ( &servo2, SERVO2_CHANNEL_ALL, angle );
    servo2_update_output ( &servo2 );
    angle += step;
    if ( angle > SERVO2_ANGLE_MAX )
    {
        step = -step;
        angle += step;
    }
    else if ( angle < SERVO2_ANGLE_MIN )
    {
        step = -step;
        angle += step;
    }
}

int main ( void ) 
{
    /* Do not remove this line or clock might not be set correctly. */
    #ifdef PREINIT_SUPPORTED
    preinit();
    #endif
    
    application_init( );
    
    for ( ; ; ) 
    {
        application_task( );
    }

    return 0;
}

// ------------------------------------------------------------------------ END

额外支持

资源

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