第 18 课：舵机——让角度转起来

我是吴老师。这节课是「输出」这一侧的分界线。

你回想一下前面那些课，凡是让东西"动起来"的，全都是同一个套路：灯要么亮要么灭，蜂鸣器要么响要么不响。它们只有两种状态——你从来没办法跟板子说"亮 37%"这种话，因为做不到。

但从舵机开始，事情变了。你要说的是："转到 37 度。"

一个具体的、连续的、有零有整的角度。 这是你这门课第一次做模拟输出。第 10 课你学过模拟输入（拧旋钮读一个连续的值），今天我们在输出的方向上，把同一件事再做一遍。

一、先认识它

舵机就是一个能转到指定角度的小马达。

它长得像个蓝色的小方块，顶上伸出来一个塑料小摇臂（叫"舵盘"）。你让它转 30 度，它就转 30 度；你让它转 150 度，它就转 150 度。它不会转圈，只在一个扇形范围里来回走——普通舵机的范围是 0 ~ 180 度。

套件里这颗是 MG90S，金属齿轮的小舵机，力气不大但很耐用，做云台、做机械臂、做指针表盘都够用。

说个有意思的事：舵机怎么知道"自己转到几度了"？

它内部除了电机和齿轮，还有一个小电位器——对，就是你第 10 课拧的那个东西。电机一转，它跟着转，舵机里的电路就靠它的电压变化知道"我现在到哪了"；没到目标角度，就继续使劲。

你发现没有——这是一个做在舵机内部的、小小的闭环（第 9 课那个"传感器 → 判断 → 执行器"）。你现在不用记，知道有这回事就行。

二、它要的信号：还是"快速开关"

板子怎么表达"转到 37 度"？

它没法直接吐出一个中间值的电压。引脚只会两件事：输出高电平（3.3V）或者低电平（0V）。 没有"输出 1.2V"这个选项。

这块 C3 芯片里没有 DAC 这个部件（别的型号的 ESP32 有些带），所以它天生就不会"输出中间电压"。你可以翻一下你板子的引脚图确认——查一遍比我告诉你更牢。

那怎么办？用"快速开关"来假装。

这个比喻你一定要记住：

你家老式的水龙头，只有"全开"和"全关"，拧不到中间。 现在我需要"半桶水"，怎么办？我快速开关——开一秒、关一秒、开一秒、关一秒……接在水桶里的水，平均下来正好是一半。

我没法把水龙头定在中间，但我可以让它"一半时间开着"。

电也是一样的：让引脚快速地在 3.3V 和 0V 之间切，切得够快，后面的东西感受到的就是一个"中间值"。

这招的正式名字叫 PWM（脉冲宽度调制，Pulse Width Modulation）。那个"开的时间占整体的比例"，叫占空比（duty cycle）。

你看图上那三条波浪线：同一个开关动作，开的时间越长，平均下来就越"高"。灯是这样变亮的，舵机是这样变角度的——同一个道理。

舵机数的是"每次开多久"

不过舵机有个小脾气：它不看"平均多少"，它看"每次开的那一下有多长"。

具体是这样：

而且它要求这个开关动作每秒重复 50 次（也就是每 20 毫秒来一轮）。

你算一下：20 毫秒里开 1.5 毫秒，占空比是 7.5%。所以它说到底还是占空比，只不过数值很小，而且是固定的频率、只有"开多久"在变。

这三个数字（1ms / 1.5ms / 2ms）你不用背——库会帮你把"角度"换算成脉冲宽度，你只管写 write(90)。但你得知道底下发生了这么一回事，不然以后碰到舵机抖动、嗡嗡响，你就不知道该往哪儿想。

三、接线：橙、红、棕

舵机的线是三根并排的，颜色是固定的，认颜色就行：

顺序就是橙 / 红 / 棕，顺着线看，一根挨一根。

注意：接错是有区别的。 橙线（信号）接错一般不会烧，顶多不动；红线和棕线接反（电源接反）会烧——这是要命的那个。所以插之前先看颜色，别凭手感，舵机那个插头长得很对称，反着也能插进去。

顺带说一句：GPIO7 只是我给你的建议（图形化平台里舵机的默认脚也是它）。信号线接哪个 GPIO 都行，只有电源那两根不能乱接。

四、最大的坑：电不能从板子上取

这是这节课最重要的内容。

先把现象告诉你，你等下会亲眼看到：你把舵机的红线接到板子的 3.3V 上，一上电——舵机抖一下，然后串口监视器里又打印了一遍启动信息。

板子重启了。

我知道你在想什么："是不是我程序写错了？是不是板子坏了？" 都不是。

为什么

舵机里面是个电机。电机的脾气是——不转的时候不太耗电，一启动那一下特别费电。 那一下能有多大？几百毫安；要是被东西挡住转不动，一安培都打不住。 没概念的话这么比：手机充电器一般也就输出 1~2 安培。

而板子上那个 3.3V 是从哪来的？USB 的 5V 经过一颗很小的稳压芯片变出来的。 那颗芯片设计上只够给主控、传感器、LED 这些"细活"用，就是几十毫安的量级。

你让舵机从这儿取电，等于让一根台灯的电线去带一台空调。

还记得吗——夏天一开空调，家里的灯会闪一下。 那就是大功率电器启动的瞬间把电压拉下去了。板子这儿发生的是同一件事，只是它更脆弱：电压一被拉低，欠压保护就动作，直接重启。

配张图看得更清楚：

图里那根灰色的、从电池盒一路绕到板子上的线，就是"共地"——下一段专门讲它。

正确做法

舵机的电，单独给它。

按推荐顺序，你有这几个选择：

1. 一个 5 号电池盒（4 节 = 6V）。MG90S 的标称工作电压是 4.8~6V，6V 完全没问题，而且电池的电流能力远比板子强
2. 一个 5V 电源适配器 / 充电宝，能引出正负极的那种
3. 手头什么都没有、只想先看一眼效果：临时从拓展板上的 5V 脚取电——那个脚是从 USB 直接过来的，比 3.3V 强不少，做做演示可以

但第 3 条是权宜之计。 一旦舵机被挡住（比如做机械臂时顶到桌子了），电流一冲上去，USB 供电照样会垮。想做得像样，就上独立电源——这是后面 12 个实战课题里反复出现的一件事。

注意：不要接 3.3V，一定不行。 就算电流够，电压也不够——MG90S 要 4.8V 以上才有力气，你给它 3.3V，它会转得软绵绵、抖个不停。

共地：那根不能省的线

独立供电之后，还有一步绝对不能忘：把电池盒的负极，和板子的 GND 用一根线连起来。 这叫共地。

为什么？因为电压是"相对于地"的一个差值。板子说"我在信号线上输出 3.3V"，它真正的意思是"比我这边这个地，高 3.3V"。如果舵机那边用的是另一个地（电池负极），两边没有共同的零点，那板子说的"3.3V"，在舵机眼里可能是 8V，也可能是 0.5V。

打个比方：两个人量身高，得背靠背站在同一个地面上。 一个站一楼、一个站三楼，报出来的数根本没法比。

这个坑特别阴。 因为不共地的时候，线看起来全都接对了——电源给了，信号接了，可舵机就是乱转、发抖，或者干脆一动不动。这时候别猜，用第 5 课那套顺序查：电 → 信号 → 代码。

1. 电压档量舵机的电源脚：转的时候有没有 5V？（没有 → 电源的问题）
2. 通断档量电池负极和板子 GND 之间：通不通？（不通 → 就是共地没接）

五、动手，分四步

第一步：装库（代码路线）

舵机不是"读一个引脚"那么简单，得装个库。先搜一下：

arduino-cli lib search servo

然后装那个给 ESP32 用的舵机库（通常叫 ESP32Servo）：

arduino-cli lib install "ESP32Servo"

搜出来的名字可能和我写的不完全一样，以你搜到的为准。装不上也别卡在这儿——先走图形化路线，平台里有现成的"舵机"积木，拖出来写上角度就行。你是来学"舵机需要什么"的，不是来跟库管理器较劲的。

第二步：让它转到三个角度

#include <ESP32Servo.h>

Servo myServo;          // 给这个舵机起个名字

void setup() {
  myServo.attach(7);    // 信号线接在 GPIO7
}

void loop() {
  myServo.write(0);     // 转到 0 度
  delay(1000);
  myServo.write(90);    // 转到 90 度
  delay(1000);
  myServo.write(180);   // 转到 180 度
  delay(1000);
}

烧进去。你会看到摇臂一格一格地跳过去。

现在注意那几个 delay(1000)——它们不是可有可无的。

第三步：为什么必须有 delay

这是舵机的一个关键脾气：

write(90) 不是"把它掰到 90 度"，而是"告诉它：请去 90 度"。

说完这句话，程序立刻就往下走了，可舵机还在慢慢转。它转过去是要花时间的——MG90S 空载大概 0.1 秒转 60 度。

你要是说完立刻说下一句"去 180 度"，它转了一半就被喊回来，表现就是抖、顿、嗡嗡响，看着像坏了。

给够时间，它就顺了。 试试这个扫动的程序：

void loop() {
  for (int a = 0; a <= 180; a++) {   // 从 0 扫到 180
    myServo.write(a);
    delay(15);
  }
  for (int a = 180; a >= 0; a--) {   // 再扫回来
    myServo.write(a);
    delay(15);
  }
}

你看，就是"反复做一件小事"而已——for 循环干的就是这个。换个零件，骨架还是那个骨架。

delay(15) 是怎么来的？ 上面说了，它每度大概要 1.7 毫秒，给 15 毫秒是留了余量的。这就是第 11 课那个"先测，再定"——你可以自己试：改成 delay(5) 会顿，改成 delay(50) 会很慢但特别顺。自己试出来的数，比抄来的数记得牢。

第四步：故意踩一次坑

这一步是这节课的重点，别跳过。

把舵机的红线从独立电源上拔下来，插到板子的 3.3V 上（或者拓展板那个 5V 也行，效果弱一点）。串口监视器保持打开，跑上面那个扫动程序。

看着。

你会看到其中一种：舵机抖两下就不动了、板子上的电源灯暗了一下、串口里又打印一遍启动信息、扫到一半突然从头开始。

这就是"舵机一转，板子就重启"。

恭喜你，你把本套课最有名的一个坑亲脚踩了一遍。

为什么我要你故意踩？ 因为做第 31 课"追光小雷达"时，你会同时接光敏、舵机、OLED。那个现象会在你最没防备的时候出现，如果你没提前认识它，你一定会怀疑程序写错了、模块坏了、板子烧了——然后花一晚上改代码，而代码一个字都没错。

现在你认识它了。这就是"出错是教学内容，不是事故"。

顺便记一件事：改回独立供电以后，现象是不是立刻消失了？ 这就是证据——故障不是猜没的，是被排除掉的。

自测

本节你要动手做的事

• [ ] 认清三根线：橙=信号、红=电源、棕=地。插之前看颜色，别凭手感（红棕接反会烧）
• [ ] 接对信号和地：橙线→GPIO7，棕线→板子 GND
• [ ] 给舵机独立 5V：电池盒或 5V 电源，并且把电源负极和板子 GND 连起来（共地）
• [ ] 转三个角度：0、90、180，每一步之间给够 delay
• [ ] 扫过去再扫回来：用 for 循环，再自己调调 delay 的大小，看手感有什么不同
• [ ] 故意踩坑：把红线接到板子的 3.3V，亲眼看板子重启——然后再改回来
• [ ] 用万用表量一次：舵机电源脚在"不动"和"正在转"的时候，电压一样吗？（转的时候会掉一点，那就是"电流大"的证据）

这节课你做了一件前面十几节课都没做过的事：让板子输出了一个"既不是开、也不是关"的东西。

从今天起，"让它到 90 度""让它亮三成""让它慢一点"这类话，你都有办法表达了——方法就是那一个：快到人感觉不出来，平均下来就是中间值。

还有那个坑。 你今天是故意踩的，踩完还知道为什么。但很多人是在做实战课题的时候第一次撞上它——正调着机械臂，板子突然重启，然后开始怀疑人生。你现在比那时候的他们，多知道一件事。

下一节课我们学 OLED 显示屏——套件里唯一一个能显示信息的模块。前面所有模块要么"读"、要么"动"，从下一课开始，你的作品能说话了。

顺带一提，它也是唯一一个用 I²C 的模块——两根信号线，而不是一根。这里面有个特别省引脚的思路，下一课讲。