STM32第七课：PWM控制SG90舵机_舵机pwm控制算法stm32

        学习完上一课的PWM控制LED小灯实现呼吸灯的效果，我们就可以进一步学习PWM控制舵机的效果了。PWM控制舵机相信会是一个更有意思的小实验的。

一：sg90舵机简介

1.1 什么是舵机？

        舵机是一种位置（角度）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。目前在高档遥控玩具，如航模，包括飞机模型，潜艇模型；遥控机器人中已经使用得比较普遍。舵机是一种俗称，其实是一种伺服马达。

1.2 工作原理

        控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片，获得直流偏置电压。它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，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。最后，电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为0，电机停止转动。当然我们可以不用去了解它的具体工作原理，知道它的控制原理就够了。就象我们使用晶体管一样，知道可以拿它来做开关管或放大管就行了，至于管内的电子具体怎么流动是可以完全不用去考虑的。

1.3 舵机的控制

        舵机的控制一般需要一个20ms左右的时基脉冲，该脉冲的高电平部分一般为0.5ms~2.5ms范围内的角度控制脉冲部分。以180度角度伺服为例，那么对应的控制关系是这样的：

   0.5ms--------------0度；

   1.0ms------------45度；

   1.5ms------------90度；

   2.0ms-----------135度；

   2.5ms-----------180度；

        主要可以看下图：

1.4 详细信息表示

二：电路接线方法

        有关于什么是PWM波，在上一颗已经做了解释，此处就不再啰嗦。

        关于本次小实验，电路图接线方法如下：

三： 代码编写思路

        首先，需要使用STM32F103C8T6单片机生成PWM波形，所以我们创建PWM.c和PWM.h两个生成PWM波形的两个文件。这两个文件具体如何编写代码，请看上一节课程讲解，只是根据接线图的差别更改一下引脚就行。

        好吧还是说一下吧，首先是定义一个PWM初始化函数，首先开通我们要的时钟TIM2和我们舵机的引脚GPIOA的时钟，代码为 RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE)；和 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

然后定义GPIOA的各种参数，引脚模式设置为推挽输出，频率为50Hz，然后使用TIM_InternalClockConfig(TIM2);代码打开TIM2的时钟。然后再通过TIM_TimeBaseInitTypeDef函数定义结构体，填上我们所需的结构体变量。然后再通过TIM_OCInitTypeDef函数定义结构体，填上相关的时钟变量，最后将TIM2使能即可。

        其次定义PWM_SetCompare2函数，用来给PWM赋值。

        定义好了PWM的驱动文件之后，为了调用方便和方便移植，我们可以再包装一个专门针对舵机的驱动函数Servo.c和Servo.h两个函数，在函数里主要先初始化PWM，然后再设置有关于角度的代码。主要代码见下面。

        关于按键Key.c和Key.h两个文件，可以参考上一课有关于按键文件驱动代码的编写情况们只需要将引脚从GPIOA改成GPIOB就行。代码在下面会有展示。

        至于主函数main.c如何编写，一般驱动函数配置好了，主函数只需要稍微调用一下就行。

在主代码中，我们首先要对各种驱动文件进行初始化，包括

代码如下：

PWM.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
 
/**
  * 函    数：PWM初始化
  * 参    数：无
  * 返 回 值：无
  */
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
}
 
/**
  * 函    数：PWM设置CCR
  * 参    数：Compare 要写入的CCR的值，范围：0~100
  * 返 回 值：无
  * 注意事项：CCR和ARR共同决定占空比，此函数仅设置CCR的值，并不直接是占空比
  *           占空比Duty = CCR / (ARR + 1)
  */
void PWM_SetCompare2(uint16_t Compare)
{
	TIM_SetCompare2(TIM2, Compare);		//设置CCR2的值
}

PWM.h

#ifndef __PWM_H
#define __PWM_H
 
void PWM_Init(void);
void PWM_SetCompare2(uint16_t Compare);
 
#endif

 Servo.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "PWM.h"
 
/**
  * 函    数：舵机初始化
  * 参    数：无
  * 返 回 值：无
  */
void Servo_Init(void)
{
	PWM_Init();									//初始化舵机的底层PWM
}
 
/**
  * 函    数：舵机设置角度
  * 参    数：Angle 要设置的舵机角度，范围：0~180
  * 返 回 值：无
  */
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
}

Servo.h

#ifndef __SERVO_H
#define __SERVO_H
 
void Servo_Init(void);
void Servo_SetAngle(float Angle);
 
#endif

Key.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
 
/**
  * 函    数：按键初始化
  * 参    数：无
  * 返 回 值：无
  */
void Key_Init(void)
{
	/*开启时钟*/
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);		//开启GPIOB的时钟
	
	/*GPIO初始化*/
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_11;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);						//将PB1和PB11引脚初始化为上拉输入
}
 
/**
  * 函    数：按键获取键码
  * 参    数：无
  * 返 回 值：按下按键的键码值，范围：0~2，返回0代表没有按键按下
  * 注意事项：此函数是阻塞式操作，当按键按住不放时，函数会卡住，直到按键松手
  */
uint8_t Key_GetNum(void)
{
	uint8_t KeyNum = 0;		//定义变量，默认键码值为0
	
	if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_1) == 0)			//读PB1输入寄存器的状态，如果为0，则代表按键1按下
	{
		Delay_ms(20);											//延时消抖
		while (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_1) == 0);	//等待按键松手
		Delay_ms(20);											//延时消抖
		KeyNum = 1;												//置键码为1
	}
	
	if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_11) == 0)			//读PB11输入寄存器的状态，如果为0，则代表按键2按下
	{
		Delay_ms(20);											//延时消抖
		while (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_11) == 0);	//等待按键松手
		Delay_ms(20);											//延时消抖
		KeyNum = 2;												//置键码为2
	}
	
	return KeyNum;			//返回键码值，如果没有按键按下，所有if都不成立，则键码为默认值0
}

Key.h

#ifndef __KEY_H
#define __KEY_H
 
void Key_Init(void);
uint8_t Key_GetNum(void);
 
#endif

main.c

#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
	}
}

 四：实操效果展示

与君共勉 დ，关注我，持续更新中~