stm32控制舵机旋转到不同角度

[复制链接]

STMCU-管管发布时间：2020-9-15 10:52

文章
文章封面:	-
文章简介:	-

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）

5 H) }' E5 |' j1 [) ]

想要控制舵机的转动，首先你得知道舵的工作原理。

0 y* b3 E! m% t0 ?* }* ]) b: O* l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。

5 @. M3 W/ r$ y( a
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。

# @" U; m& I7 T; d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。

; X; Y' X1 z% [$ F1 j1 S/ E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。

5 t3 J1 i B8 {3 v! m

) N5 Q l' v) C4 a( |* L/ q* a

# a7 N K4 I' f2 x3 J: N0 f% z

: o. \$ `& R5 W. d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？

# y) S( L" E. F& L- @6 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

- V9 f M$ m# s& x$ c A% A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。

4 f9 _1 t: }4 O1 b& }

. L+ P7 Z3 I4 V8 {( c0 p9 R
static void TIM_GPIO_Config(void)+ v$ a1 a$ }- t, X/ y) {5 m
{
& i9 X6 w3 i, C9 C
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;" R% @+ k6 M4 a
, ^8 R% x9 Z; B! R1 J3 `3 h; d6 i
// 输出比较通道 GPIO 初始化
! X3 G' u- Q; ]: n- l2 m$ k
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
, g1 q* b* {' ]1 p% R5 X
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8;
4 m' k2 K8 O: P- G$ @5 N+ Y3 W
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
: q) i( T! X8 }
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;7 y% K. g. d( _* D8 p
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);" T& u4 C2 \& O5 f- I3 m( J
3 k& h% Q/ K: t: a$ I
// 输出比较通道互补通道 GPIO 初始化
8 D. J% f4 H6 G" `0 y
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);: v5 B# e4 G0 n. f/ B( [% _
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;
* w2 {2 [+ h# V
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
1 Z# X/ r, @ x$ \: t& h
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;1 x M; C; R* Q: u
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
5 H9 q% {1 Q8 _6 J2 x$ H" c
# p% J1 K" R8 x+ L5 @
// BKIN引脚默认先输出低电平, E: J. \: c: _% g/ U; _/ ?: ~
GPIO_ResetBits(ADVANCE_TIM_BKIN_PORT,ADVANCE_TIM_BKIN_PIN);' N. {! O3 n; k& q( }- x
}
5 T7 S$ J/ N3 Z: b7 Z* N" _/ I* P
! {4 t5 v2 a2 G
static void Advance_TIM_Config(void)* V9 w G% I0 l9 ?$ }: D
{
' ~6 k0 A: W, Q
// 开启定时器时钟,即内部时钟CK_INT=72M
, A' n$ g3 w- ~) O- y9 f' {& |
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1,ENABLE);7 @+ k/ ?( B: F
! q5 ]( ~2 ?' [7 }! G
/*--------------------时基结构体初始化-------------------------*/
& f& P4 E# U: v
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;5 K; ]9 k! @ J l! O
// 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
+ b/ |( r' C3 o4 N1 T
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period= (200-1); , ]: r k' _8 Y: h) ?
// 驱动CNT计数器的时钟 = Fck_int/(psc+1)- ?" k; `7 U x8 c! o
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler= (7200-1);
% o* z8 x1 D: e& k P
// 时钟分频因子，用于配置死区时间，没用到，随意, T, \6 _) T$ u: X0 @
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;
5 a% n* S2 m7 H" U, {" |
// 计数器计数模式，设置为向上计数
& `& p) q5 j! x/ ^/ y4 |- j
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up; 4 n! c4 \2 i' z! X) r5 I j
// 重复计数器的值，没用到，可以随意设置
" v0 D; @1 f" C# M1 W
TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter=0;
4 k) G3 N4 A1 Y0 O4 c5 N1 Z
// 初始化定时器
& a: ?! x) Q7 ]0 ^* u- d
TIM_TimeBaseInit(TIM1, &TIM_TimeBaseStructure);+ y1 O- E) u2 r6 _ e) P# f
6 r+ M# W. `( a/ I a0 m9 a& ~
/*--------------------输出比较结构体初始化-------------------*/
! ^' Q% @7 N! v" G \7 K# v; G1 _
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
# h4 @. _/ F4 S% k; @3 N) N4 o
// 配置为PWM模式2
0 ]* H1 g, }3 ?
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM2;. V7 {- c9 b0 [4 w
// 输出使能9 e4 s: i- G9 o% B6 [) H
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;. k; B" g1 m3 P4 J4 p
// 互补输出使能
- a7 y5 B/ `: V A5 y
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputNState = TIM_OutputNState_Enable; 6 k, F6 ` m8 t
// 设置占空比大小# H5 e* n' N) o
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;
6 }: |8 _5 W" @) v
// 输出通道电平极性配置
\5 Z7 r# ?0 H4 Q& m
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;/ W/ r1 ?0 z0 K' {' R5 [6 T2 n
// 互补输出通道电平极性配置" u% z" R+ Y' Y8 I
TIM_OCInitStructure.TIM_OCNPolarity = TIM_OCNPolarity_High;* P5 w! u/ \) L5 ?2 Z7 d
// 输出通道空闲电平极性配置
5 J+ s/ h3 L+ n! i; k$ W- V1 x
TIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleState = TIM_OCIdleState_Set;6 I m6 W7 I- l' I: ^. z3 ~
// 互补输出通道空闲电平极性配置
* j9 {3 i" J) x, v& J6 c
TIM_OCInitStructure.TIM_OCNIdleState = TIM_OCNIdleState_Reset;; J" y5 g/ o$ C
TIM_OC1Init(ADVANCE_TIM, &TIM_OCInitStructure);
! [8 ?) P) |" @7 ]) C
TIM_OC1PreloadConfig(TIM1, TIM_OCPreload_Enable);8 W7 b7 j2 {$ V7 h
3 U+ Z) t/ o9 i- w: p/ }$ V/ K3 f
// 使能计数器
& v: ] m U4 N, t
TIM_Cmd(TIM1, ENABLE);
: i$ y5 R6 H/ h; {) J8 @
// 主输出使能，当使用的是通用定时器时，这句不需要
/ {# l8 ^4 I* w4 c! n
TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1, ENABLE);) g8 ]0 @3 `! `+ n P5 J/ \
}
- P! ]2 ?2 y) l2 B: P. X* ]. `
. W3 _$ j+ J; a+ B/ J0 h
void TIM_Init(void)
9 i A- |2 l z3 f1 w& U+ O# {
{
/ E+ R9 y$ y. @, _& m& g9 ^* i5 |
TIM_GPIO_Config();
6 m7 [8 w! W. m/ p
Advance_TIM_Config();
1 ~" v8 J$ k7 W ]( q4 N
}

复制代码

) ]1 v4 l" A8 x8 o* p2 f z) y

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 p& ` Y) l2 Z

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。

. `% u/ l. E& l3 c0 r0 j5 M1 y5 r

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。

/ _7 t( [- m' z& }$ U