【Servo】常用参数类型讲解，及联系伺服系统

C++ 中的数据类型主要包括 整数类型、浮点类型和字符类型，它们在表示范围和存储大小方面有所不同。了解这些数据类型对于开发伺服驱动器控制程序至关重要，因为发送指令时需要确保数据格式与设备协议兼容，否则会导致通信错误或指令执行异常。

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1. 整数类型及范围

数据类型	字节大小	位宽	表示范围（有符号）	表示范围（无符号）
short	2 字节	16	-32,768 到 32,767	0 到 65,535
int	4 字节	32	-2,147,483,648 到 2,147,483,647	0 到 4,294,967,295
long	4 或 8 字节	32/64	-2,147,483,648 到 2,147,483,647（32位）	0 到 4,294,967,295（32位）
long long	8 字节	64	-9,223,372,036,854,775,808 到 9,223,372,036,854,775,807	0 到 18,446,744,073,709,551,615
unsigned short	2 字节	16	0 到 65,535	同上
unsigned int	4 字节	32	0 到 4,294,967,295	同上
unsigned long	4 或 8 字节	32/64	0 到 4,294,967,295	更大范围根据平台变化
unsigned long long	8 字节	64	0 到 18,446,744,073,709,551,615	同上

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2. 类型的具体区别分析

1. 有符号和无符号区别：

   • 有符号类型（signed）：可以存储负数和正数。
   • 无符号类型（unsigned）：只能存储正数，因此它的上限是有符号类型的两倍。
   • 伺服控制应用场景：
     • 用于存储位置、速度、扭矩等数值时，如果值不会为负（如位置偏移或增量），可以使用 无符号类型。
     • 用于表示可能有负值的参数（如速度指令正负方向或误差偏差）时，需要使用 有符号类型。

2. 大小与范围的选择：

   • 在嵌入式和设备通信中（如伺服控制器），设备通常要求固定大小的整数类型，如 16位 或 32位。
   • short（2字节） 常用于小范围参数，例如速度设置。
   • int 或 long（4字节） 常用于较大范围，如绝对位置坐标或计数器。
   • long long（8字节） 可用于时间戳或极大范围的数据记录。

3. 跨平台兼容性：

   • 数据类型的大小在不同平台上可能存在差异。例如：
     • Windows 上的 long 是 4 字节（32 位）。
     • Linux 上的 long 是 8 字节（64 位）。
   • 因此，对于伺服控制协议和嵌入式设备通信，通常使用 stdint.h 提供的固定宽度整数类型，例如：
     • int16_t（2字节，有符号）
     • uint16_t（2字节，无符号）
     • int32_t（4字节，有符号）
     • uint32_t（4字节，无符号）

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3. 数据类型在伺服驱动器指令中的应用

(1) 控制指令协议中的数据格式

伺服驱动器一般采用固定字节长度的数据包格式进行通信，比如 Modbus、CANOpen 或自定义协议。不同类型的控制指令使用不同的字节长度存储参数：

• 位置控制：

  • 设置目标位置：通常用 32位整数（int32_t） 表示绝对位置，范围较大。
  • 增量位置：使用 16位整数（int16_t） 表示相对移动的偏移值，可能为负。

• 速度控制：

  • 设置速度：使用 16位有符号整数（int16_t），正负表示不同方向。
  • 最大速度限制：使用 16位无符号整数（uint16_t） 表示上限。

• 扭矩控制：

  • 扭矩设置：需要更高精度时可能使用 浮点数（float） 或 32位整数（int32_t）。

(2) 数据长度和字节序的影响

伺服驱动器通常要求发送的数据按特定的字节序排列：

• 大端序（Big-endian）：最高字节在前。例如：0x12345678 存储为 [12][34][56][78]。
• 小端序（Little-endian）：最低字节在前。例如：0x12345678 存储为 [78][56][34][12]。

示例：将整数转换为字节数组（小端序）发送指令

#include <iostream>
#include <cstdint>
#include <vector>
using namespace std;

// 将 32 位整数按小端序转换为字节数组
vector<uint8_t> int32ToBytes(int32_t value) {
    vector<uint8_t> bytes(4);
    bytes[0] = value & 0xFF;           // 低8位
    bytes[1] = (value >> 8) & 0xFF;   // 第二个字节
    bytes[2] = (value >> 16) & 0xFF;  // 第三个字节
    bytes[3] = (value >> 24) & 0xFF;  // 高8位
    return bytes;
}

int main() {
    int32_t position = -100;  // 目标位置
    auto bytes = int32ToBytes(position);

    cout << "Bytes: ";
    for (auto b : bytes) {
        cout << hex << int(b) << " ";  // 打印字节值
    }
    cout << endl;
    return 0;
}

输出：

Bytes: 9c ff ff ff  // 小端序 (-100)

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4. 使用浮点型（float 和 double）时的注意事项

数据类型	字节大小	精度范围
float	4 字节	±3.4E−38 到 ±3.4E+38
double	8 字节	±1.7E−308 到 ±1.7E+308

伺服驱动器注意事项：

• 浮点型一般用于高精度控制，如 PID 调节参数（比例、积分、微分系数）。
• 在协议传输时，浮点数会被转换为 IEEE 754 格式，因此必须确保设备两端对浮点编码格式的兼容性。
• 如果使用浮点型控制参数（如速度比例因子 1.23），需要避免精度损失，并尽量采用定点数（scaled integer）替代。

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5. 总结

1. 整数类型选择：

   • 使用 int16_t 或 uint16_t 表示小范围值，如速度、偏移。
   • 使用 int32_t 或 uint32_t 表示大范围值，如绝对位置和计数器。
   • 根据有无负数要求选择有符号或无符号类型。

2. 浮点类型选择：

   • 控制精度高时使用 float 或 double，注意跨平台兼容性。

3. 协议兼容性：

   • 检查字节序要求（大端或小端）。
   • 确保数据长度与设备协议一致，避免因长度不足或超出导致通信失败。

4. 示例场景：

   • 位置控制：int32_t（有符号，支持负方向偏移）。
   • 速度控制：uint16_t（无符号，表示最大速度）。
   • 扭矩控制：float（高精度比例因子控制）。