stm32控制舵机旋转到不同角度

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STMCU-管管发布时间：2020-9-15 10:52

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最近学习了stm32，就想用它来控制舵机，然后写下这篇文章分享给大家，如果有理解不到位的地方欢迎大家指正。（我使用的是stm32f103ve型号的开发板，即使和你的型号不同，也有参考价值）

: n1 O3 y5 W& X1 A

想要控制舵机的转动，首先你得知道舵的工作原理。

& N! w& O! R4 I4 L3 p舵机的主要组成部分为伺服电机，所谓伺服就是服从信号的要求而动作。在信号来之前，转子停止不动；信号来到之后，转子立即运动。因此我们就可以给舵机输入不同的信号,来控制其旋转到不同的角度。

f# a) z2 y/ y7 i' r$ \舵机接收的是PWM信号，当信号进入内部电路产生一个偏置电压，触发电机通过减速齿轮带动电位器移动，使电压差为零时，电机停转，从而达到伺服的效果。简单来说就是给舵机一个特定的PWM信号，舵机就可以旋转到指定的位置。

- v0 r) v* R: v' {) t/ U2 D- G舵机上有三根线，分别是GND、VCC和SIG，也就是地线、电源线和信号线，其中的PWM波就是从信号线输入给舵机的。

: }$ g# ~+ O2 I7 `4 o- ^; ^一般来说，舵机接收的PWM信号频率为50HZ，即周期为20ms。当高电平的脉宽在0.5ms-2.5ms之间时舵机就可以对应旋转到不同的角度。如下图。

' l6 n/ _; F/ c! z3 t

7 C+ L# G3 V" [9 K

% e% t, }' K& S3 @- A4 f( M

+ D: g+ t4 e' M2 R" E那么我们如何使用stm32给舵机输入信号，让它听从我们的指挥呢？

( H7 A) M$ g6 ^+ U
想要输出PWM信号自然就得用上TIM定时器，而基本定时器没有PWM信号的输出功能，所以只能选用通用定时器和高级定时器。对于初始化这些外设无非也就是那些套路，我总结为如下几点：1、开启该外设的时钟2、配置初始化结构体（如果有对应的GPIO还需要初始化该GPIO）3、调用结构体初始化函数4、该使能的使能

8 q% p {" q. H/ R) C
对于TIM来说初始化结构体有两个，分别是时基结构体和输出比较结构体，除此之外还需要做的是先选择具体开启哪条输出通道，我选择的是TIM1（高级定时器）的CH1（通道一），对应的GPIO是PA8。我还初始化了通道一的互补通道PB13，为了更加方便测试。下面是初始化部分的代码。

# {: p% V8 X0 r$ Z4 J8 l

: o$ A; `2 U: K9 p
static void TIM_GPIO_Config(void)
+ K' ^$ Q' z* B* z0 q: w
{! Z9 v3 S9 C1 x% T
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;% L! q1 t" R8 O1 ~3 [% Z% ]
: Y8 q4 Y u9 s( `7 k5 k' J
// 输出比较通道 GPIO 初始化
M/ N& W9 D+ p. Z1 K1 @
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
. j5 U5 z R- p- F/ `
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8;; H) i. S0 h* Q P* u7 E# u
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;) [% Z$ W, G) E# S5 H7 P
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
; q9 m9 Q1 T ], Z6 I4 O! F9 P/ T
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);0 }6 C+ c) o: q# P' D/ d7 b
8 n6 g; |+ e8 l% X1 f
// 输出比较通道互补通道 GPIO 初始化- L( D. ]! Q+ z2 W8 v8 D
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
9 U" `% B! f3 ?/ o' I. i; [
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;
8 Y; W& d% ~- ~& p; g$ c6 |/ ^3 I
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
5 O: D8 J9 O+ }6 n
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
7 g4 A5 z8 b3 N$ C
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);, D: y; u- e/ K" h0 \7 f
, J: e% S/ S9 D& o
// BKIN引脚默认先输出低电平* m5 U$ k+ R' G; u) D
GPIO_ResetBits(ADVANCE_TIM_BKIN_PORT,ADVANCE_TIM_BKIN_PIN);/ i' b6 f; @$ N+ ]' g" N" |0 c
}. u3 r k7 w, h- R4 K
) N& K3 A/ a2 a7 V+ ^5 `
static void Advance_TIM_Config(void)
% Z" q+ K1 N1 `; ^8 C
{
, D1 d6 a2 @: Y! r3 J( D3 @- g
// 开启定时器时钟,即内部时钟CK_INT=72M
; n8 [* Q7 I$ Z8 E+ }6 ~
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1,ENABLE);
4 S/ R/ _0 |, b+ C4 k
/*--------------------时基结构体初始化-------------------------*/& ?& d% j+ r: [/ v- O" O# ]3 n
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
% F& Z5 h9 L C, g( g
// 自动重装载寄存器的值，累计TIM_Period+1个频率后产生一个更新或者中断. o+ s2 E3 ^* L4 l% G* ]
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period= (200-1);
: O+ `; q U7 Y/ C* x$ J x' g. s
// 驱动CNT计数器的时钟 = Fck_int/(psc+1)
+ D$ `& n2 c) z5 y8 S
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler= (7200-1); 1 I$ L' M2 b& e) H
// 时钟分频因子，用于配置死区时间，没用到，随意; j5 b: e& Z) R
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1; 0 v8 k) R, ?# f
// 计数器计数模式，设置为向上计数& B- L' O3 H$ ?
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;
3 ^% I& a& r d2 T( d$ p
// 重复计数器的值，没用到，可以随意设置. i* x7 `( R; H$ S* n, C8 ~
TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter=0;
* U7 h& Z3 W" E0 }( y
// 初始化定时器6 o7 U) ~3 Q$ ] t8 K6 m+ Y' v- r' o
TIM_TimeBaseInit(TIM1, &TIM_TimeBaseStructure);1 n2 m0 Y+ e( @( x
/ j9 d* O/ J K, ?' q3 v
/*--------------------输出比较结构体初始化-------------------*/
$ p1 T. v7 T. H4 [
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;0 t0 A$ [( d7 D- Y* T6 S6 a: J
// 配置为PWM模式2
& C9 {! ?" p+ g" M3 |5 d6 S
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM2;
7 m6 j3 r' Q/ D5 J1 N
// 输出使能4 o4 J( b$ V7 a6 v6 K
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;4 T) u/ P' Z; ] Z6 L+ o/ U
// 互补输出使能
5 |3 d: p% c7 Q* A
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputNState = TIM_OutputNState_Enable;
; u/ L2 C( S, X
// 设置占空比大小
$ l( @' b3 X7 p) ?2 r
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;" ?' B. ]9 f" J/ U
// 输出通道电平极性配置7 v7 x( g% A8 V( a3 [3 d
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;# @5 Q" V+ D1 [* m8 d3 e9 ~% _
// 互补输出通道电平极性配置$ m) s# G) W6 x, x3 O* n
TIM_OCInitStructure.TIM_OCNPolarity = TIM_OCNPolarity_High;
( c1 l# I% ]5 H
// 输出通道空闲电平极性配置
2 `5 }# C! s0 ?( F: A; D1 [7 c: |
TIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleState = TIM_OCIdleState_Set;
+ [% {& f% p* E
// 互补输出通道空闲电平极性配置8 I* ]' e5 ^4 H# U! w
TIM_OCInitStructure.TIM_OCNIdleState = TIM_OCNIdleState_Reset;- c3 E1 x. l2 m1 P
TIM_OC1Init(ADVANCE_TIM, &TIM_OCInitStructure);, p' w( j% N% w: ^1 V
TIM_OC1PreloadConfig(TIM1, TIM_OCPreload_Enable);
' x: w5 G" \ x. b. T+ X+ `
' M( l5 K0 y" h0 u$ A1 l: i- x- y
// 使能计数器
6 g& M: [3 M: A* u0 N9 i) ?
TIM_Cmd(TIM1, ENABLE); - n8 i4 T: f# _( [ e' S$ g
// 主输出使能，当使用的是通用定时器时，这句不需要0 s3 n$ H# r+ G% d
TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1, ENABLE);: H4 C& f% h. S' Q
}
2 z6 E) G& R; c
. f3 h! B" z4 ~% r" }* F# j
void TIM_Init(void)
5 i) N: X; }8 p$ c2 |4 ?
{" m, R6 u* q, D/ Z" T( z. k
TIM_GPIO_Config();7 ~/ a9 Y: K3 j9 B6 D% _. J
Advance_TIM_Config();4 |/ n' a8 S' ^) Z0 y" Q0 {
}

复制代码

. d$ g, t. y$ N8 O+ o

在代码中要特别注意的是时基结构体的TIM_Period（自动重装载寄存器值，简称arr）和TIM_Prescaler（预分频寄存器值，简称psc），因为这两个决定了输出PWM信号的周期。具体的周期计算公式为：周期=（arr+1）*（psc+1）/CLK。其中CLK为计数器的时钟频率，我的是72MHZ，也就是72000000。最后计算结果单位为秒，结果为0.02s，也就是20ms。这样的配置就是为了让输出的PWM信号达到前面说到的舵机要求的20ms周期。

5 ?- b2 r' D U$ }

在初始化完成之后，就可以在main函数中实现信号的输出了。

前面说过，在周期20ms的PWM信号中，不同的脉宽对应舵机不同的转动角度，在0.5ms-2.5ms间有效，因此我们可以在main函数中配置几个不同的脉宽。要注意的是stm32并不直接配置脉宽，而是通过配置占空比来配置脉宽的。

/ ]7 B7 X1 K, ~* f& Q

配置占空比有个重要的函数TIM_SetCompare1()，具体用法如果不懂可以去看手册。main函数代码如下。

+ d7 z/ c! y9 B8 t