Проект: Контроллер группы сервоприводов MG996R. Выбор МК из доступных. Ограничения этих МК

Доброго времени суток.

Для DIY-проекта а-ля "робот-паук" есть необходимость управлять группой сервоприводов(12 штук).

Предполагается использование MG996R

Угол положения у сервопривода задается длительностью импульса(0.5-2.5 мсек, 50 гц).

Сейчас используется плата на PCA9685, но с ней не получается достичь плавного движения про траектории - слишком низкое разрешение на нужных длительностях импульсов.

Что я бы хотел сделать: получить специализированный контроллер для управления подобными сервоприводами.

Нужна помощь в поиске вариантов реализации на имеющихся у меня МК.

• stm32f103 / BluePill
• gd32f103 / BluePill
• stm32f411 / BlackPill
• RP2040 / RP Pico
• RP2350 / RP Pico 2
• ESP32 / ESP WROOM32

Добавлено через 19 минут
ШИМ контроллеры в чистом виде задействовать вряд ли получится:
- нужно много каналов с раздельным управлением длительностью
- длительность импульса намного меньше периода генерации импульсов.

Таймеров тоже маловато на 12 каналов

Из идей/мыслей:
- Генерация импульса в одном "канале" не обязана быть синхронизирована с другими "каналами"
- период генерации должен быть 20 мсек при макс длительности импульса в 2.5 мсек

То есть получается, что один таймер, работающий с частотой 400 герц, в теории может обслуживать восемь каналов, но понадобится дополнительный OneShot-таймер с частотой около мегагерца.

В RP есть интересная вещь - PIO, но количество их тоже ограничено и также нужно делить время между каналами.

ESP пока не смотрел особо...

Добавлено через 1 час 2 минуты

Сообщение от Max Dark То есть получается, что один таймер, работающий с частотой 400 герц, в теории

Но это только в теории...

На практике достичь мексимальной длительности импульса в 2.5 мсек не выйдет - будет чуть меньше, так как обработчик запуска ведомого таймера будет отнимать время.

Несколько ведомых таймеров по RoundRobbin? - как вариант.

"Мысли в слух"....

0

По таймингам выходить как то так:


Только нужно "размножить" - всего нужно 12 "каналов"

0

Сообщение от Eddy_Em Но вот прежде, чем разрабатывать алгоритм "хождения", ТСу стоит исследовать динамику сервиков: ведь обратной связи не планируется, поэтому нужно точно знать минимальную угловую скорость под максимальной нагрузкой

Вот это лучше делать, когда железо будет готово. А то теоретизировать можно до бесконечности, а толку не будет.

Сообщение от Max Dark На нужный диапазон длительности импульсов получается слишком грубая регулировка: счетчик 12 бит, из них на задание длины импульса остается только 1/8.

Полный диапазон 2 мс от периода 20 мс составляет 0.1.
12 бит это 4096 отсчетов. 0.1 от 4096 отсчетов это 409.6 отсчетов. 410 положений сервы, дискретность 0,44 градуса. Какое у нее там аппаратное ограничение на разрядность не знаю, но интуиция подсказывает, что у дешевых "игрушечных" серв люфты съедят больше.

Сообщение от Max Dark По таймингам выходить как то так:

Зачем? Почему вы не хотите переключать таймеры синхронно или около-синхронно? Не вижу, как разбиение интервала на 4 участка хоть на что-то положительно повлияет.

1

Сообщение от COKPOWEHEU Полный диапазон 2 мс от периода 20 мс составляет 0.1.

Значит я ошибся в расчетах и причина "дерганности" движений в чем то другом.

Сообщение от COKPOWEHEU Зачем?

Попытка обойти ограничения в количестве таймеров.
Но это навенрно больше от незнания особенностей конкретных МК.

0

Сообщение от Max Dark причина "дерганности" движений в чем то другом.

Возможно, ты выдаешь слишком большие смещения. Скажем, если нужно двигаться со скоростью 10 градусов в секунду, то за каждый такт (20мс) нужно поворачивать ротор на 0.2°. Но не факт, что серва будет за этим успевать...

Добавлено через 1 минуту

Сообщение от Max Dark обойти ограничения в количестве таймеров.

Там нужно или 3 (если охота заморачиваться с тем, что ноги будут "делить" между собой таймеры), или 4 таймера всего-то!

1

Сообщение от Eddy_Em или 4 таймера всего-то!

То есть на 12 серв - 12 таймеров.

Делить все равно нужно получается.

0

Сообщение от Max Dark Значит я ошибся в расчетах и причина "дерганности" движений в чем то другом.

Вот это как раз проверяется легко. Берете одну серву и крутите ее между максимумом и минимумом сначала скачком, потом плавно.
Как вариант, мог случиться рассинхрон, если 50 Гц сервы и 50 Гц таймера недостаточно совпадали. Я не знаю какой там допуск. Или, скажем, в из-за бага в коде туда писалось что-то не то или не вовремя. Или, не менее дурацкое предположение, что для угла использовался 8-битный счетчик, который регулярно сбрасывался. Ладно, что-то меня понесло...
---
В любом случае, вариант, когда интерполяцией значений занимается отдельный контроллер, все еще имеет смысл.

Сообщение от Eddy_Em Возможно, ты выдаешь слишком большие смещения.

Тогда бы серва просто прокрутилась до нужного угла и встала. А вот что возможно - если "плавное" разбиение слишком медленное. Задается очередной угол, серва быстро на него встает и замирает. Потом задается следующий угол, серва снова туда прыгает. И вот как с этим бороться, я не знаю.
Хотя ради теста можно одну серву расковырять и вывести сигнал с потенциометра на АЦП. Чтобы не на глазок оценивать, как оно там дергается, а отталкиваться от объективных данных.

Сообщение от Eddy_Em Там нужно или 3 (если охота заморачиваться с тем, что ноги будут "делить" между собой таймеры), или 4 таймера всего-то!

Я так и не понял, ТС вот этим извращением на одноплатнике занимался (там и правда каналов ШИМ может не хватить) или это только планы на МК.
Если на МК, то просто берете камень с достаточным количеством каналов ШИМ - да хоть ту же stm-ку. Или то, что я уже описывал с реализацией ШИМ через DMA. Оно посложнее, зато хватит одного таймера.

0

Что бы хоть как то ограничить догадки по характерситикам МК возьму плату "BluePill" на STM32F103C8

У самой пплаты часть ног МК уже занята и не все можно использовать.

0

Сообщение от Max Dark То есть на 12 серв - 12 таймеров.

Не 12 таймеров, а 12 каналов ШИМ. В той же stm32 у таймеров по 4 канала. У вас же период фиксированный, нет необходимости каждый канал настраивать независимо. Вам достаточно настроить все 3 таймера на период 20 мс, а дальше уже дергать только регистры сравнения.

1

Сообщение от COKPOWEHEU Я так и не понял

На SBC программа, которая по I2C отправляет в PCA9685 задание длительности импульсов.

Перенос части на МК пока только в планах.

Это больше проект "jsut for fun" - поиграться со связкой SBC <-> МК, посмотреть как одну задачу можно сделать на разных МК.

Добавлено через 8 минут

Сообщение от COKPOWEHEU Вам достаточно настроить все 3 таймера на период 20 мс, а дальше уже дергать только регистры сравнения.

Спасибо.
Попробую так сделать.

0

Сообщение от Max Dark Спасибо. Попробую так сделать.

Ждем, когда отпишетесь об успехах!

0

Сообщение от Max Dark на 12 серв - 12 таймеров.

Нет! Один таймер имеет до четырех (а в некоторых случаях даже больше) ШИМ-выходов!

Сообщение от COKPOWEHEU Тогда бы серва просто прокрутилась до нужного угла и встала.

Это если в процессе движения не дать другое смещение в обратную сторону... А еще, если требовать от нее невозможного, тоже будет дергаться. Я-то поэкспериментировал, было дело.

Сообщение от COKPOWEHEU И вот как с этим бороться, я не знаю.

Давать достаточно малые смещения, сравнимые с люфтом - это если надо двигаться медленно и равномерно.

1

Сообщение от Max Dark По сути нужно что то похожее на генератор импульсов с частотой 50 Hz и длительностью 0.5-2.5 милисекунд.

С этого надо было начинать. Для таких длительностей никакие таймеры не нужны: можно всё программно в обработчике прерываний сгенерить. И МК подойдёт любой, лишь бы ног хватило.

Ещё нужно указывать: С какой дискретностью эти 0.5 мсек нужно формировать? Если не нужно с дискретностью до такта CPU, то всё можно сделать в ISR. И почти на любой из ваших плат.

0

Сообщение от jcxz С какой дискретностью эти 0.5 мсек нужно формировать?

Судя по документации сервоприводы различают длительность с шагом 5 наносек.

Но скорее всего такая точность не нужна.

1 мсек примерно равно 90º угла поворота, то есть 1º ~= 0.011 мсек.

Центр диапазона - 1.5 мсек.

±90º == ±1 мсек

0

С "BluePill" выходит как то так:





Осталось "начать и закончить":
- разобаться с рассчетом периода таймеров и длительности импульсов
- придумать как данные запихнуть

"Мысли в слух"
USB - сложновато, но более универсально выйдет(тем более пины под него заняты уже).
SPI - не пробовал на стороне Линукса заводить.
I2C - говорили про какие то проблемы в самом чипе есть...
UART - Если задействовать ModBus RTU то может интересно получиться, но на имеючемся у меня SBC он уже занят под другое - нужно смотреть есть ли еще.

Вложения

stm32_pwm_x12.7z (2.0 Кб, 3 просмотров)

0

Сообщение от Max Dark Предполагается использование MG996R Угол положения у сервопривода задается длительностью импульса(0.5-2.5 мсек, 50 гц). ... - период генерации должен быть 20 мсек при макс длительности импульса в 2.5 мсек

Сообщение от jcxz С этого надо было начинать.

Цитата из первого поста темы, если что. Куда там еще более "с этого начинать"?!

Сообщение от jcxz С какой дискретностью эти 0.5 мсек нужно формировать?

Открываем первую попавшуюся документацию на сервомоторчики. Там пишут, что импульсу 0.5 мс соответствует -90, а 2.5 - +90. Регулятор линейный. Соотношение времени и угла хоть теперь посчитать сможете?
Добавляем сюда, что сервы, скорее всего, "игрушечные", не рассчитанные под серьезное применение. То есть неизбежно будут люфтить. Собственно, рассчитывать больше чем на градус точности я бы не стал.

Сообщение от jcxz Если не нужно с дискретностью до такта CPU, то всё можно сделать в ISR.

Вот в ISR как раз худшее решение. Уж больно много накладных расходов на вход - выход в прерывание. И точность потеряем, и производительность. Которую можно потратить с большей пользой. Например, на интерполяцию значений.
Когда такое делают на Ардуине - понятно, там других вариантов нет. Но в случае ТС любое использование аппаратных средств будет лучше. Хоть таймеров, хоть DMA. Правда, использование DMA в таком режиме не слишком очевидно, если у ТС недостаточно опыта, это займет время. Да и смысла сейчас нет, раз нашлись нормальные таймеры.

Сообщение от Max Dark - разобаться с рассчетом периода таймеров и длительности импульсов

Раз уж "мысли вслух", давайте сначала выслушаем ваши соображения.

Сообщение от Max Dark - придумать как данные запихнуть

А тут-то в чем вопрос? Пишем в регистры сравнения, да и все. При такой низкой частоте можно даже не заморачиваться с синхронизацией. Вот что важно - это убедиться, что используются теневые регистры. То есть что записанные вами данные применяются не сразу при записи, а в начале периода.

Сообщение от Max Dark USB - сложновато, но более универсально выйдет(тем более пины под него заняты уже).

Это да. USB довольно сложный интерфейс. Плюс вам, возможно, пригодятся USB на одноплатнике под что-нибудь другое.

Сообщение от Max Dark I2C - говорили про какие то проблемы в самом чипе есть...

Да, I2C тоже довольно сложный. И в f103 с багами. Обойти их, конечно, можно, но, как по мне, оно того не стоит.

Сообщение от Max Dark UART - Если задействовать ModBus RTU

При таких скоростях UART можно задействовать просто как текстовый командный интерфейс без всей этой возни со специальными протоколами.
Хотя я тут посмотрел распиновку одноплатника. А там всего полтора UART выведено. UART2 (отладочный?) и UART4. Зато вот I2C куча...
---
В общем, лично я бы воспользовался USB. Если чего-то будет не хватать, на том же контроллере можно будет реализовать переходник. Но я-то с USB довольно много разбирался. Впрочем, вдруг вы готовы тоже потратить время на изучение USB, мало ли...

1

Сообщение от Max Dark Судя по документации сервоприводы различают длительность с шагом 5 наносек. Но скорее всего такая точность не нужна.

Здесь уже нужно вам как разработчику решать - нужна или нет.

Если "нужна": Тогда берём МК, у которого таймеры работают на частоте >=200МГц и выделяем по таймеру на каждый ШИМ. Никакие колхозы на прерываниях или даже DMA+ногодрыге требуемой точности не обеспечат даже близко.
Но 200МГц тут даже XMC4xxx не хватит, надо искать что-то серьёзнее.

Если "не нужна": Тогда всё решается элементарно на любом МК (из вашего списка я бы разве что ESP в этом случае выкинул, остальные должны справиться легко). Скажем - требуемая дискретность == 100мкс. Тогда запускаем периодическое прерывание с частотой 10кГц и в нём программно рулим всеми ШИМами. Да - джиттер каждого ШИМ будет приличный (может даже сотни тактов), но он будет заведомо кратно ниже дискретности.

1

Сообщение от Max Dark Судя по документации сервоприводы различают длительность с шагом 5 наносек.

При максимальном диапазоне 2 мс шаг 5 нс составляет 400 000 отсчетов. 19 бит точности или 0,00045 градусов. Вообще не верю, вот никак.
Для наглядности: если привязать к такой серве палку длиной километр и повернуть на один шаг, конец палки сдвинется на 8мм.
Вот в 5 мкс поверить еще можно. Это 9 бит точности или пол-градуса.
Еще раз говорю: у вас точность определяется не дискретностью мозгов сервы, а механикой. Какие люфты у нее, какие люфты у вас.

1

Сообщение от COKPOWEHEU Вот в 5 мкс поверить еще можно.

Тут скорее всего я ошибся - постоянно путаюсь с порядком...

Сообщение от COKPOWEHEU Какие люфты у нее, какие люфты у вас.

3D печать на бюджетном принтере с доработкой напильником - так что точность деталек так себе..

Сообщение от COKPOWEHEU Раз уж "мысли вслух", давайте сначала выслушаем ваши соображения.

С доступом к документации сейчас "403 forbidden" - st.com на VPN тоже ругается...

Если примерно:
- определить на какой частоте работают таймеры(TIM[2..4] вроде бы на APB1 сидят... Нужно уточнять, а с доступом к докам проблемы)
- посчитать делители для частоты == 50Hz
- сами таймеры имеют счетчики 16 бит - длительность импульса рассчитывается примерно так же как и для PCA9685

0

Сообщение от Max Dark С доступом к документации сейчас "403 forbidden"

Вот уж reference manual на f103 скачать вообще никакой проблемы. Он где только не выложен. Вот, например, с первой страницы выдачи.

1

По таймерам нашел документ "AN4776 - General-purpose timer cookbook for STM32 microcontrollers"

Сижу, изучаю...

Нашел datasheet на MCU, в нем "Clock tree", но пока что не понял какая же частота у таймера выходит при моих настройках.

0