STM32-PWM驱动舵机——HAL库

什么是舵机？

舵机，也叫伺服电机，在嵌入式开发中，舵机作为一种常见的运动控制组件，具有广泛的应用。

舵机型号介绍：

市面上常见的舵机型号有 SG90、MG90S、MG995、MG996R 等等，主要是扭矩大小、工作电压大小、齿轮材质塑料或金属的不同。

一般分为180度和360度：

• 180度：可以控制旋转角度、有角度定位。上电后舵机自动复位到0度，通过一定参数的脉冲信号控制它的角度。
• 360°舵机版本不可控制角度，只能控制顺时针旋转、逆时针旋转、停止和调节转速。

引脚接线参考如下：

SG90	STM32
PWM 信号线（橙色线）	任意GPIO
VCC（红线）	3.3/5V
GND（棕色线）	GND

SG90原理

        舵机的控制信号是通过脉冲宽度调制（PWM）来实现的。PWM 信号的周期通常为20ms，而脉冲宽度则在 0.5ms 至 2.5ms 之间变化。这个脉冲宽度与舵盘的位置呈线性关系，范围从0度到180度。

        当给舵机提供特定宽度的脉冲信号时，输出轴会保持在相应的角度上，不受外界转矩的影响，直到接收到不同宽度的脉冲信号才会改变输出角度，使舵盘移动到新的位置。舵机内部有一个基准电路，产生周期为 20ms、宽度为 1.5ms 的基准信号。同时，还有一个比较器，用于将外部输入信号与基准信号进行比较，以确定转动方向和幅度，并生成驱动电机转动的信号。

        为了控制舵机，需要使用单片机来生成周期为 20ms 的脉冲信号，并通过控制脉冲的高电平时间在 0.5ms 至 2.5ms 之间来控制舵机的角度。这样，我们可以通过调整 PWM 信号的脉冲宽度来精确控制舵机的位置和运动。

以 SG90，180度版为例，那么对应的控制关系是这样的：

脉冲高电平	角度	占空比
0.5ms	0°	2.5%
1.0ms	45°	5.0%
1.5ms	90°	7.5%
2.0ms	135°	10.0%
2.5ms	180°	12.5%

PWM驱动舵机：

 因为：PWM 信号的周期通常为20ms，高电平宽度为0.5ms~2.5ms

代码：

TIM_HandleTypeDef tim3_handle = {0};
// init函数
void tim3_init(void)
{TIM_OC_InitTypeDef pwm_config = {0};tim3_handle.Instance = TIM3;tim3_handle.Init.Prescaler = 7200 - 1;tim3_handle.Init.Period = 200 - 1;tim3_handle.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;HAL_TIM_PWM_Init(&tim3_handle);pwm_config.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;pwm_config.Pulse = 100;pwm_config.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&tim3_handle, &pwm_config, TIM_CHANNEL_1);HAL_TIM_PWM_Start(&tim3_handle, TIM_CHANNEL_1);
}
//msp函数
void HAL_TIM_PWM_MspInit(TIM_HandleTypeDef *htim)
{if(htim->Instance == TIM3){GPIO_InitTypeDef gpio_initstruct;//打开时钟__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();                           // 使能GPIOB时钟__HAL_RCC_TIM3_CLK_ENABLE();//调用GPIO初始化函数gpio_initstruct.Pin = GPIO_PIN_6;                    // 两个LED对应的引脚gpio_initstruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;             // 推挽输出gpio_initstruct.Pull = GPIO_PULLUP;                     // 上拉gpio_initstruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;           // 高速HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio_initstruct);gpio_initstruct.Pin = GPIO_PIN_1;gpio_initstruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;gpio_initstruct.Pull = GPIO_PULLUP;           // 上拉gpio_initstruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; // 高速（可选）HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio_initstruct);       // 初始化 GPIOA 引脚 1}
}
//修改CCR值的函数
void tim3_compare_set(uint16_t val)
{__HAL_TIM_SET_COMPARE(&tim3_handle, TIM_CHANNEL_1, val);
}void sg90_init(void)
{tim3_init();
}void sg90_angle_set(uint16_t angle)
{uint16_t CCRx = (1.0 / 9.0) * angle + 5.0;tim3_compare_set(CCRx);
}uint8_t key(void)
{uint8_t KeyNum = 0;if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_1) == GPIO_PIN_SET){// 按键按下，等待去抖动delay_ms(20);if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_1) == GPIO_PIN_SET)  // 确认按键仍然按下{while (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_1) == GPIO_PIN_SET);  // 等待按键释放delay_ms(20);  // 再次延时去抖动KeyNum = 1;  // 按键按下并释放，返回 1}}else{// PA1 是低电平delay_ms(20);if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_1) == GPIO_PIN_RESET) {while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_1)==GPIO_PIN_RESET);delay_ms(20);KeyNum=2;}
}return KeyNum;
}

已知 PWM 信号的周期为20ms；高电平 0.5ms 指向 0° 位置，2.5ms 指向 180° 位置。如果我们要指向 angle°：

2.5-0.5=2ms，对应于180°

CCRx / (199 + 1) * 20 = 0.5 +（angle / 180）× 2

于是 CCRx =(1.0 / 9.0) * angle + 5.0

void SG_Control(uint16_t angle)
{float CCRx;CCRx =(1.0 / 9.0) * angle + 5.0;                             //占空比值 = 1/9 * 角度 + 5__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2, TIM_CHANNEL_1, (uint16_t )CCRx);
}

 

main.c

uint8_t KeyNum;			//定义用于接收键码的变量
float angle;
int main(void)
{HAL_Init();                         /* 初始化HAL库 */stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9);     /* 设置时钟, 72Mhz */led_init();                         /* 初始化LED灯 */sg90_init();while(1){ KeyNum=key();if(KeyNum==1){angle+=30;if(angle>180)angle=0;}sg90_angle_set(angle);}
}

 delay.c

/*** @brief  微秒级延时* @param  nus 延时时长，范围：0~233015* @retval 无*/
void delay_us(uint32_t nus)
{uint32_t temp;SysTick->LOAD = 72 * nus;                           /* 设置定时器重装值 */SysTick->VAL = 0x00;                                /* 清空当前计数值 */SysTick->CTRL |= 1 << 2;                            /* 设置分频系数为1分频 */SysTick->CTRL |= 1 << 0;                            /* 启动定时器 */do{temp = SysTick->CTRL;} while ((temp & 0x01) && !(temp & (1 << 16)));     /* 等待计数到0 */SysTick->CTRL &= ~(1 << 0);                         /* 关闭定时器 */
}/*** @brief  毫秒级延时* @param  nms 延时时长，范围：0~4294967295* @retval 无*/
void delay_ms(uint32_t nms)
{while(nms--)delay_us(1000);
}/*** @brief  秒级延时* @param  ns 延时时长，范围：0~4294967295* @retval 无*/
void delay_s(uint32_t ns)
{while(ns--)delay_ms(1000);
}/*** @brief  重写HAL_Delay函数* @param  nms 延时时长，范围：0~4294967295* @retval 无*/
void HAL_Delay(uint32_t nms)
{delay_ms(nms);
}