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PWM和OC输出详解:
STM32定时器的OC比较和PWM
舵机是一种位置伺服驱动器器,并且是一种根据输入PWM信号占空比来控制输出角度的装置。通过PWM向伺服器发送一个控制信号时,输出轴就可以转到特定的位置。只在控制信号持续不变,伺服机构就会保持相对的角度位置不变。如果控制信号发生变化,输出轴的位置也会相应发生变化。
图片中的舵机型号为SG90,具有三根输入线:电源线,地线和信号线,PWM就是输入到信号线来控制舵机。控制信号进入内部驱动电路以后,获得直流偏置电压,从而产生周期为20ms,宽度为1.5ms的基准信号,将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较,获得电压差输出。电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转,并且内部有一个电位器,用来检测当前舵机的角度。
输入PWM信号要求为:周期为20ms,高电平宽度为0.5ms - 2.5ms,也就是说周期是20ms,如果高电平时0.5ms,那么舵机输出轴转角为 -90°。
本文是以STM32F103C8T6作为主控芯片,通过PA0端口输出PWM,实现控制180°舵机。
实际应用时,电源线连接5V,GND连接单片机的GND,PWM只是一个通信线,不需要大功率,所以PWM信号线连接单片机的一个引脚。
STM32 | 舵机 |
5V | +5V |
GND | GND |
PA0 | PWM |
这里实现的功能为:按键控制舵机角度,每次按下舵机的角度增加30°,并且通过oled显示。要使用的库函数文件依然为:stm32f10x_tim.h,拖到最下面,在这里可以找到定时器TIM需要使用到的函数。
- #include "stm32f10x.h"
-
- //PWM初始化
- void PWM_Init(void)
- {
- //开启时钟
- RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE); //开启TIM2的时钟
- RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //开启GPIOA的时钟
-
- //GPIO初始化
- GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
- GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
- GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;
- GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
- GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //将PA1引脚初始化为复用推挽输出
- //受外设控制的引脚,均需要配置为复用模式
-
- //配置时钟源
- TIM_InternalClockConfig(TIM2); //选择TIM2为内部时钟,若不调用此函数,TIM默认也为内部时钟
-
- //时基单元初始化
- TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure; //定义结构体变量
- TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //时钟分频,选择不分频,此参数用于配置滤波器时钟,不影响时基单元功能
- TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //计数器模式,选择向上计数
- TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 20000 - 1; //计数周期,即ARR的值
- TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1; //预分频器,即PSC的值
- TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0; //重复计数器,高级定时器才会用到
- TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure); //将结构体变量交给TIM_TimeBaseInit,配置TIM2的时基单元
-
- //输出比较初始化
- TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure; //定义结构体变量
- TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStructure); //结构体初始化,若结构体没有完整赋值
- //则最好执行此函数,给结构体所有成员都赋一个默认值
- //避免结构体初值不确定的问题
- TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; //输出比较模式,选择PWM模式1
- TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; //输出极性,选择为高,若选择极性为低,则输出高低电平取反
- TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //输出使能
- TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0; //初始的CCR值
- TIM_OC2Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure); //将结构体变量交给TIM_OC2Init,配置TIM2的输出比较通道2
-
- //TIM使能
- TIM_Cmd(TIM2, ENABLE); //使能TIM2,定时器开始运行
- }
-
- //PWM设置CCR
- void PWM_SetCompare2(uint16_t Compare)
- {
- TIM_SetCompare2(TIM2, Compare); //设置CCR2的值
- }
RCC_APB1PeriphClockCmd
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
时基单元中的数值设置:
代入公式为:
接着是PWM.h文件,这部分引用声明一下即可
- #ifndef __PWM_H
- #define __PWM_H
-
- void PWM_Init(void);
- void PWM_SetCompare2(uint16_t Compare);
-
- #endif
这部分是舵机的角度参数设置代码:
- #include "stm32f10x.h" // Device header
- #include "PWM.h"
-
- //函 数:舵机初始化
- void Servo_Init(void)
- {
- PWM_Init(); //初始化舵机的底层PWM
- }
-
- //舵机设置角度
- void Servo_SetAngle(float Angle)
- {
- PWM_SetCompare2(Angle / 180 * 2000 + 500); //设置占空比
- //将角度线性变换,对应到舵机要求的占空比范围上
- }
0°代表500,180°代表2500,角度相差180,CCR相差2000,所以角度除以180再乘以2000,加上偏移500。例如角度为180,180/180*2000 + 500 = 2500,对应180°
同样进行声明
- #ifndef __SERVO_H
- #define __SERVO_H
-
- void Servo_Init(void);
- void Servo_SetAngle(float Angle);
-
- #endif
使用刚刚编写的PWM和舵机代码函数来实现功能:
- #include "stm32f10x.h" // Device header
- #include "Delay.h"
- #include "OLED.h"
- #include "Servo.h"
- #include "Key.h"
-
- uint8_t KeyNum; //定义用于接收键码的变量
- float Angle; //定义角度变量
-
- int main(void)
- {
- //模块初始化
- OLED_Init(); //OLED初始化
- Servo_Init(); //舵机初始化
- Key_Init(); //按键初始化
-
- //显示静态字符串
- OLED_ShowString(1, 1, "Angle:"); //1行1列显示字符串Angle:
-
- while (1)
- {
- KeyNum = Key_GetNum(); //获取按键键码
- if (KeyNum == 1) //按键1按下
- {
- Angle += 30; //角度变量自增30
- if (Angle > 180) //角度变量超过180后
- {
- Angle = 0; //角度变量归零
- }
- }
- Servo_SetAngle(Angle); //设置舵机的角度为角度变量
- OLED_ShowNum(1, 7, Angle, 3); //OLED显示角度变量
- }
- }
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