STM32基础知识：PWM控制舵机

PWM控制舵机

1 舵机简介

伺服电机通常被称为舵机，它是一种带有输出轴的小装置。当我们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。只要控制信号持续不变，伺服机构就会保持轴的角度位置不改变。如果控制信号发生变化，输出轴的位置也会相应发生变化。日常生活中，舵机常被用于遥控飞机、遥控汽车、机器人等领域。

舵机在机器人领域非常有用。因为舵机有内置的控制电路，它们的尺寸虽然很小，但输出力够大。像Futaba S-148这样的标准舵机能提供 0.3牛/米的扭矩，相对于它的外形大小来说这已经足够强大了。同时，舵机消耗的能量与机械负荷成正比。因此，一个轻载的舵机系统不会消耗太多的能量。

2 舵机结构

舵机主要由以下几个部分组成：外壳、舵盘、直流电机、减速齿轮组、角度传感器、控制驱动电路和接口线缆等。常见的舵机内部结构如下图所示。

舵机的输入有三根线，一般的中间的红色线为电源正极，咖啡色线的为电源负极，黄色色线为控制线号线。

3 舵机控制

控制线用于传输角度控制信号。这个角度是由控制信号脉冲的持续时间决定的，这叫做脉冲编码调制（PCM）。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，总间隔为2ms。脉冲的宽度将决定马达转动的距离。

例如：1.5毫秒的脉冲，电机将转向90度的位置（通常称为中立位置，对于180°舵机来说，就是90°位置）。如果脉冲宽度小于1.5毫秒，那么电机轴向朝向0度方向。如果脉冲宽度大于1.5毫秒，轴向就朝向180度方向。以180度舵机为例，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

4 任务实践

通过按键控制舵机角度，当KEY1按下后， 减少占空比，当KEY2按下后，增加占空比，并在串口输出此时的角度。

1. PWM参数计算
   PWM信号周期Period=20ms，采用STM32内部8MHz的时钟，计算可得(ARR+1)*(PSC+1)=160000，故可取ARR=199，PSC=799。舵机为0度时，高电平持续时间为0.5ms，即占空比Duty=0.025，则CCR初始值可以设为5.

PWM参数计算在STM32基础：定时器的PWM输出功能中有详细讲解。

1. 在CubeMX中配置PWM(采用定时器3通道1)、串口以及按键1和按键2对应GPIO为中断模式并使能.
   
   

在CubeMX中配置串口，在Keil中使用“Use MicroLIB”并在代码中重定向printf函数的方法在STM32基础：定时器的定时计数功能有详细讲解。

在CubeMX中配置GPIO中断并使能的方法已经按键的相关操作在STM32基础：中断系统中有详细讲解。

3. 编写代码

/* USER CODE BEGIN PD */
#define CCR_MAX 25  // CCR最大值
/* USER CODE END PD */

/* USER CODE BEGIN PV */
uint16_t CCR = 5;   // CCR初始值
uint16_t Step = 5;  // CCR步进值
/* USER CODE END PV */

/* USER CODE BEGIN 4 */
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
  if(GPIO_Pin == KEY1_Pin)
  {
    (CCR >= CCR_MAX) ? (CCR = 5) : (CCR += Step);
    __HAL_TIM_SetCompare(&htim3, TIM_CHANNEL_1, CCR);
    printf("Sigle = %d", (CCR/5 - 1)*45);
    HAL_Delay(200);
  }
  else if (GPIO_Pin == KEY2_Pin)
  {
    (CCR <= 5) ? (CCR = CCR_MAX) : (CCR -= Step);
    __HAL_TIM_SetCompare(&htim3, TIM_CHANNEL_1, CCR);
    printf("Sigle = %d", (CCR/5 - 1)*45);
    HAL_Delay(200);
  }
}

/* USER CODE END 4 */