STM32---SG90舵机控制（HAL库，含源码）

写在前面：在嵌入式的项目中，舵机是一个十分常见的元器件模块，其主要的功能是实现机械转动，实质上舵机是一个伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。例如在机器人的电控制器系统中，飞行器设计，遥控机器人等。舵机的使用需要PWM信号，所以在学习STM32控制舵机之前，必须对于STM32的定时器输出PWM波形十分熟悉。

stm32基本定时器输出PWM波形实验：CSDN

一、SG90舵机介绍

1.1舵机的基本参数

1.2舵机工作原理

二、硬件设计

2.1定时器设计

2.2 定时器参数设计

2.3硬件连接

三、软件设计

3.1 pwm.c

3.2 main.c

3.3 实验现象

一、SG90舵机介绍

1.1舵机的基本参数

本次我们使用的是SG90舵机，其电气特性为：

工作电压：4.8-6V；

操作角度：0-180度；

线序定义：VCC（红色）、GND（棕色）、SIG（橙色）；分别为：电源线、接地线、数据（信号）线；

实物图：

该舵机的使用较为简单，通电后直接由单片机驱动，通过控制单片机输出一个占空比不同的PWM波形来控制舵机转动的角度

1.2舵机工作原理

舵机的工作方式是由PWM波形控制的，在这里简单说明一下PWM波形中的主要参数：PWM波形的周期，也就是一个PWM波形的时间长短；PWM波形的占空比，即高电平占整个周期的比率；通过控制占空比来控制舵机转动的角度。

一般情况下，舵机的控制需要一个20ms左右的时基脉冲，该脉冲的高电平部分一般为0.5ms-2.5ms范围控制转动的角度。如下图所示：

20240316_210243

高电平时间	转动角度
0.5ms	0度
1.0ms	45度
1.5ms	90度
2.0ms	135度
2.5ms	180度

在调节的过程中，我遇到了一些困惑，在此与大家共享，希望能帮到大家：

1、高电平时间为小于0.5ms，舵机是个什么状态？

        在通电后，PWM波形中高电平时间小于0.5ms，舵机不转，或通电一瞬间有少许转动属于正常情况。

2、在通电后，一直输出一种占空比的PWM波形，舵机会持续转动吗？

        不会，一种PWM对应一个角度，在通电后，舵机会迅速转动到对应的角度，此后，PWM的电平不变，舵机会一直停留到对应的角度。

3、舵机转动后，还会回到初始状态吗？

        不会，一旦舵机转动到对应的角度，不会再回到0°，除非有对应的pwm波形。例如：如果要让舵机在0-90度之间来回转动，就需要在两种PWM波形之间来回变化。

4、当给转动90度指令，再迅速转动45度的指令，舵机会怎样？

        舵机转到需要一定的时间，而且转动到角度越大，所需要的时间越长，如果还没转到90度，就给了45度的指令，舵机可能直接转回到45度，所以转动角度指令给后，会有一定的延时，保证舵机能转到对应的角度。

二、硬件设计

2.1定时器设计

本次使用的开发板是STM32F103精英版，该开发板中定时器共有8个，其中定时器TIM6、7为基本定时器，TIM2-5为通用定时器，TIM1、8为高级定时器。那我们就利用通用定时器来输出PWM波形。其中对于通用定时器输出PWM的详细说明，大家可以看我之前对定时器的相关博客已经讲解的十分详细了。

本次采用的定时器为通用定时器3，其输出通道为定时器3的通道1，通过查阅开发书册CH1通道的输出IO口为PA6，所以可以使用，不需要复用与重映射。

2.2 定时器参数设计

首先我们需要控制PWM波形的周期为20ms的时基脉冲，我们之前讲过PWM的周期由预分频系数psc以及自动重装载值arr共同决定。

T=(psc+1)(arr+1)/72MHz

psc:预分频系数；arr：自动重装载值；T：周期（单位s）

故：取psc=200-1;arr=7200-1;

此时计算得到的PWM的周期为20ms;

旋转的角度由脉冲的高电平部分控制，0.5ms-2.5ms范围控制转动的角度。计数器计一个数的时间为72MHz/7200=0.1ms.则0.5ms比较捕获器CCR的值为5，1ms比较捕获器CCR的值为10，1.5ms比较捕获器CCR的值为15，2ms比较捕获器CCR的值为20,2.5ms比较捕获器CCR的值为25.分别对应的角度为0,45,90,135,180。

2.3硬件连接

三、软件设计

链接：https://pan.baidu.com/s/1XRcyXjD2FSD1ZA_odJbkuA
提取码：1022

3.1 pwm.c

#include "./BSP/PWM/pwm.h"
/**
 * @brief     定时器TIM3的初始化函数
 * @param     arr：自动重装载值；psc：预分频系数；
 * @retval    无
 */
TIM_HandleTypeDef btim_pwm_handle; /* 定时器句柄 */ 
 
 void btim_pwm_init(uint16_t arr,uint16_t psc)
 {
   
   btim_pwm_handle.Instance=TIM3;/* 定时器基地址 */ 
   btim_pwm_handle.Init.Period=arr;  /* 设置预自动重装载值 */ 
   btim_pwm_handle.Init.Prescaler=psc; /* 设置预分频系数 */ 
   btim_pwm_handle.Init.CounterMode=TIM_COUNTERMODE_UP;   /* 设置计数模式向上计数 */ 
    HAL_TIM_PWM_Init(&btim_pwm_handle);
     
     TIM_OC_InitTypeDef timx_oc_pwm_struct;
     timx_oc_pwm_struct.OCMode=TIM_OCMODE_PWM1; /* 设置比较输出模式PWM1 */ 
     timx_oc_pwm_struct.Pulse=0;/* 设置捕获/比较寄存器的值，后面还会根据角度重新设置*/
     timx_oc_pwm_struct.OCPolarity=TIM_OCPOLARITY_LOW;/* 输出比较极性为低 */
     HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&btim_pwm_handle,&timx_oc_pwm_struct,TIM_CHANNEL_1);/* 定时器的 PWM 通道设置初始化函数 */
     HAL_TIM_PWM_Start(&btim_pwm_handle, TIM_CHANNEL_1);/* 定时器的 PWM 输出启动函数，参数1为句柄，参数2为通道数 */
 
 }
 

/**
* @brief定时器底层驱动，时钟使能，引脚配置此函数会被 HAL_TIM_PWM_Init()调用
* @param       htim:定时器句柄
* @retval无
*/ 
 void HAL_TIM_PWM_MspInit(TIM_HandleTypeDef *htim)
 {
     if(htim->Instance==TIM3)/* 判断是否为定时器3 */
     {
      __HAL_RCC_TIM3_CLK_ENABLE();/* 使能定时器时钟 */
      __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();/* 使能输出io时钟 */
        GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;
        gpio_init_struct.Mode= GPIO_MODE_AF_PP;
        gpio_init_struct.Pin=GPIO_PIN_6;
        gpio_init_struct.Speed=GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
        HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio_init_struct);
     }

 }

3.2 main.c

#include "./SYSTEM/sys/sys.h"
#include "./SYSTEM/usart/usart.h"
#include "./SYSTEM/delay/delay.h"
#include "./BSP/LED/led.h"
#include "./BSP/PWM/pwm.h"

/************************************************************************************/
/*以下函数为0-180度舵机角度控制测试函数
	*	PWM 信号与0-180舵机的关系：
	*	0.5ms ---------------- 0度
	*	1ms   ---------------- 45度
	*	1.5ms ---------------- 90度
	*	2ms   ---------------- 135度
	*	2.5ms ---------------- 180度
 
	*	舵机频率与占空比的计算：
	*	设舵机的频率为50HZ，则PWM周期为20ms，0度对应的占空比为2.5%，即0.05ms的高电平输出。
 */
int main(void)
{
    HAL_Init();                              /* 初始化HAL库 */
    sys_stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9);      /* 设置时钟, 72Mhz */
    delay_init(72);                          /* 延时初始化 */
    led_init();                              /* LED初始化 */
    btim_pwm_init(200-1,7200-1);
    while(1)
    { 
      __HAL_TIM_SET_COMPARE(&btim_pwm_handle,TIM_CHANNEL_1,5); /* 0°*/
       delay_ms(1000);/* 延时一定时间，保证能够转动到一定的角度 */
      __HAL_TIM_SET_COMPARE(&btim_pwm_handle,TIM_CHANNEL_1,25); /*180°*/
       delay_ms(1000);
       __HAL_TIM_SET_COMPARE(&btim_pwm_handle,TIM_CHANNEL_1,15); /* 90°*/
        delay_ms(1000);  /* 最后就会停到90°位置 */   
    }
}