从0°到180°，STM32玩转MG996R舵机

1.MG996R舵机的性能参数

参数	数值
产品型号	MG995/MG996R
产品重量	55 g
工作扭矩	13 kg·cm
反应速度	53-62 R/M
使用温度	-30°C ~ +55°C
死区设置	4 微秒
插头类型	JR、FUTABA 通用
转动角度	180°（左90°，右90°）
舵机类型	数码舵机
使用电压	3.0 - 7.2 V
工作电流	100 mA
结构材质	部分铜齿、空心杯电机
线长	≈ 25 cm
适用范围	双足机器人、机械手、遥控船、适合 50-90 级甲醇固定翼飞机、26-50 CC 汽油固定翼飞机等模型

2.MG996R 接线方式

2.1实物图

2.2接线方式

• 橙色线------信号线

• 黑色线------GND

• 红色线------VCC(一般接5V)

3. 单片机驱动 MG996R 舵机原理

MG996R 舵机是一种常见的 数字舵机 ，它的转动角度是通过 PWM（脉宽调制信号） 来控制的。单片机（比如 STM32）只要能输出符合要求的 PWM 信号，就可以精确控制舵机转动到指定角度。

3.1 什么是 PWM 信号？

• PWM 全称 Pulse Width Modulation（脉宽调制）。

• 简单理解：就是输出一个"高低电平交替"的方波信号。

• 控制舵机的关键点在于：脉宽的长短决定舵机转的角度。

3.2 舵机对 PWM 的基本要求

MG996R 使用 标准 PWM 控制，主要参数如下：

• 周期（Period）：20 ms（也就是 50 Hz 的频率）。 👉 每隔 20 ms，舵机会"读一次"信号，更新自己要到的角度。

• 占空比（Duty Cycle）：在 20 ms 的周期里，高电平的持续时间不同，舵机角度也不同。

脉宽 (高电平持续时间)	对应角度
0.5 ms	0°
1.0 ms	45°
1.5 ms	90°
2.0 ms	135°
2.5 ms	180°

也就是说：

• 当 PWM 高电平只有 0.5ms，舵机会转到最左边（0°）；

• 当 PWM 高电平是 1.5ms，舵机会正中间（90°）；

• 当 PWM 高电平到 2.5ms，舵机会转到最右边（180°）。

3.3 STM32 控制舵机的原理

STM32 单片机内部的 定时器（Timer） 可以产生 PWM 信号。使用 HAL 库配置时，关键步骤是：

1. 设置定时器时钟 确保能产生精确的 20 ms 周期。

2. 配置 PWM 模式 把定时器的某个通道设为 PWM 输出，并把引脚映射到外部（比如 PA5、PB0 等）。

3. 改变占空比 通过修改定时器的比较寄存器（CCR 值），就能调整 PWM 脉宽，从而控制舵机角度。

举个例子：

• CCR = 500 → 脉宽约 0.5 ms → 舵机转到 0°

• CCR = 1500 → 脉宽约 1.5 ms → 舵机转到 90°

• CCR = 2500 → 脉宽约 2.5 ms → 舵机转到 180°

4.STM32 HAL库驱动MG996R舵机

4.1STM32CUBEMX初始化

HAL 库下 PWM 初始化步骤

①确定定时器时基

假设使用 84 MHz 主频，希望得到 20 ms 周期（50 Hz）：

// 84 MHz / (Prescaler+1) / (Period+1) = 50 Hz
Prescaler = 84-1;   // 72 MHz / (71+1) = 1 MHz
Period    = 20000-1; // 1 MHz / (19999+1) = 50 Hz

注：这里我用到的是 STM32F407VET6 的 TIM12、TIM13 和 TIM14。它们都挂在 APB1 总线上。在主频 168 MHz 的情况下，APB1 时钟是 84 MHz，所以定时器相关的计算就以 84 MHz 为基准。

②CubeMX 初始化定时器 打开 CubeMX → Pinout & Configuration → Timers → 选择一个支持 PWM 的定时器。

Clock Source配置为Intenal Clock
​
设定：

• Prescaler = 84-1

• Counter Period = 20000-1

• Channel 模式设为 PWM Generation CHx

• 把对应引脚设置为 PWM 输出。

4.2核心代码

1.servo_app.c代码

#include "servo_app.h"
​
// ================== 舵机参数 ==================
// MG996R 是常用的舵机，它通过 PWM 脉宽来控制角度。
// 一般来说：
//   0.5ms 脉宽 = 0°
//   1.5ms 脉宽 = 90°
//   2.5ms 脉宽 = 180°
// 所以我们先定义最小/最大脉宽值，后续角度计算会用到。
#define SERVO_DEFAULT_MIN_PULSE 500   // 对应 0° 时的脉宽 (单位: us，对应0.5ms)
#define SERVO_DEFAULT_MAX_PULSE 2500  // 对应 180° 时的脉宽 (单位: us，对应2.5ms)
​
// 定义四个舵机对象（左右两边各两个）
Servo_MG996R_t MG996R_LEFT1;
Servo_MG996R_t MG996R_LEFT2;
Servo_MG996R_t MG996R_RIGHT1;
Servo_MG996R_t MG996R_RIGHT2;
​
​
// ================== 舵机初始化 ==================
void Servo_Init(Servo_MG996R_t* servo, TIM_HandleTypeDef* htim, uint32_t channel)
{
    // 保存定时器和通道信息
    servo->htim = htim;
    servo->channel = channel;
    servo->min_pulse = SERVO_DEFAULT_MIN_PULSE;
    servo->max_pulse = SERVO_DEFAULT_MAX_PULSE;
    
    // 启动对应定时器通道的 PWM 输出
    HAL_TIM_PWM_Start(servo->htim, servo->channel);
}
​
​
// ================== 设置舵机角度 ==================
void Servo_SetAngle(Servo_MG996R_t* servo, float angle)
{
    // 1. 限制角度范围在 [0°, 180°] 之间
    if (angle < 0) angle = 0;
    if (angle > 180) angle = 180;
    
    // 2. 根据角度 -> 换算为脉宽
    //   角度 0° = min_pulse
    //   角度 180° = max_pulse
    uint16_t pulse = servo->min_pulse + (uint16_t)((servo->max_pulse - servo->min_pulse) * angle / 180.0f);
    
    // 3. 把换算出来的脉宽值，交给 PWM 输出
    Servo_SetPulse(servo, pulse);
}
​
​
// ================== 设置舵机 PWM 脉宽 ==================
void Servo_SetPulse(Servo_MG996R_t* servo, uint16_t pulse)
{
    // 1. 限制脉宽在 [min_pulse, max_pulse] 范围
    if (pulse < servo->min_pulse) pulse = servo->min_pulse;
    if (pulse > servo->max_pulse) pulse = servo->max_pulse;
    
    // 2. 直接写入定时器的比较寄存器 (CCR)
    //    这会改变 PWM 占空比，从而改变舵机角度
    __HAL_TIM_SET_COMPARE(servo->htim, servo->channel, pulse);
}
​
​
// ================== 校准舵机脉宽范围 ==================
void Servo_Calibrate(Servo_MG996R_t* servo, uint16_t min_pulse, uint16_t max_pulse)
{
    // 用户可以根据自己舵机的实际情况调整
    servo->min_pulse = min_pulse;
    servo->max_pulse = max_pulse;
}
​
​
// ================== 初始化所有舵机 ==================
void Servo_Init_All(void)
{
    // 左边两个舵机挂在 TIM12 (CH1, CH2)
    Servo_Init(&MG996R_LEFT1, &htim12, TIM_CHANNEL_1);
    Servo_Init(&MG996R_LEFT2, &htim12, TIM_CHANNEL_2);
    
    // 右边两个舵机挂在 TIM13 (CH1) 和 TIM14 (CH1)
    Servo_Init(&MG996R_RIGHT1, &htim13, TIM_CHANNEL_1);
    Servo_Init(&MG996R_RIGHT2, &htim14, TIM_CHANNEL_1);
}
​
​
// ================== 演示任务：让舵机转到不同角度 ==================
void Servo_Task(void)
{
    // 左1 = 0°
    Servo_SetAngle(&MG996R_LEFT1, 0);
    
    // 左2 = 45°
    Servo_SetAngle(&MG996R_LEFT2, 45);
    
    // 右1 = 90°
    Servo_SetAngle(&MG996R_RIGHT1, 90);
    
    // 右2 = 135°
    Servo_SetAngle(&MG996R_RIGHT2, 135);
}
​

2.servo_app.h代码

#ifndef __SERVO_APP_H__
#define __SERVO_APP_H__
​
#include "MyDefine.h"
typedef struct {
    TIM_HandleTypeDef* htim;  // 定时器句柄
    uint32_t channel;         // 定时器通道
    uint16_t min_pulse;       // 最小脉宽(0度位置)
    uint16_t max_pulse;       // 最大脉宽(180度位置)
} Servo_MG996R_t;
​
// 初始化舵机
void Servo_Init(Servo_MG996R_t* servo, TIM_HandleTypeDef* htim, uint32_t channel);
​
// 设置舵机角度 (0-180度)
void Servo_SetAngle(Servo_MG996R_t* servo, float angle);
​
// 设置舵机原始脉宽值
void Servo_SetPulse(Servo_MG996R_t* servo, uint16_t pulse);
​
// 校准舵机最小和最大脉宽
void Servo_Calibrate(Servo_MG996R_t* servo, uint16_t min_pulse, uint16_t max_pulse);
​
void Servo_Init_All(void);
void Servo_Task(void);
​
​
#endif
​

3.main.c 示例代码

/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "servo_app.h"   // 引入你写的舵机驱动头文件
/* USER CODE END Includes */
​
int main(void)
{
  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/
​
  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();
​
  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();
​
  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_TIM12_Init();   // 配置 TIM12
  MX_TIM13_Init();   // 配置 TIM13
  MX_TIM14_Init();   // 配置 TIM14
​
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  // === 初始化所有舵机 ===
  Servo_Init_All();
  /* USER CODE END 2 */
​
  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    // === 演示舵机动作 ===
    Servo_Task();   // 设置 0°、45°、90°、135°
    HAL_Delay(2000); // 停 2 秒，方便观察动作
    
    // 也可以手动设置某个舵机的角度，例如：
    Servo_SetAngle(&MG996R_LEFT1, 180);  // 左1转到 180°
    HAL_Delay(1000);
​
    Servo_SetAngle(&MG996R_LEFT1, 90);   // 左1转回 90°
    HAL_Delay(1000);
    
  }
  /* USER CODE END WHILE */
}
​