STM32学习17--定时器之舵机

舵机是一种根据输入PWM信号占空比来控制输出角度的装置。

一、舵机基本参数

舵机（Servo Motor）是一种根据输入PWM（脉冲宽度调制）信号占空比来控制输出轴角度的精密执行装置。它内部包含直流电机、减速齿轮组、位置反馈电位器和控制电路，通过闭环控制实现精确的角度定位。

1、以舵机SG90为例：

SG90是一款微型舵机，广泛应用于机器人、航模、智能小车等场景。其核心电气参数如下：

工作电压：4.8V ~ 6.0V（典型5V，3.3V无驱动力）
工作电流：100mA ~ 250mA（空载~堵转）
扭矩：1.2kg·cm ~ 1.8kg·cm（电压不同）
响应速度：0.1s/60°（4.8V）

PWM控制信号规范：

PWM周期固定：20ms（频率=50Hz，不能改变）；
高电平脉宽范围：0.5ms ~ 2.5ms（对应输出角度0° ~ 180°）；
典型对应关系 ：
- 0.5ms → 0°（最左位置）
- 1.5ms → 90°（中间位置）
- 2.5ms → 180°（最右位置）

2、参数计算（基于STM32F103C8T6，系统时钟72MHz）

目标：生成周期20ms、分辨率满足0.5ms~2.5ms可调的PWM信号。

步骤分解：

确定计数频率：系统时钟72MHz，预分频器PSC设为7200-1，则计数器时钟频率 = 72MHz / 7200 = 10kHz（即每个计数周期0.1ms）。
确定自动重装载值ARR：PWM周期 = (ARR+1) × 计数周期。周期20ms对应200个计数周期（20ms ÷ 0.1ms = 200），故ARR = 200-1 = 199。
计算CCR值（捕获/比较寄存器） ：CCR值决定高电平脉宽，与角度呈线性关系。
- 0°（0.5ms）：CCR = 0.5ms ÷ 0.1ms = 5
- 90°（1.5ms）：CCR = 1.5ms ÷ 0.1ms = 15
- 180°（2.5ms）：CCR = 2.5ms ÷ 0.1ms = 25

通用公式：CCR = (Angle / 180.0) × (25 - 5) + 5，其中Angle为0~180°。

3、接线示意图

SG90舵机通常有三根线：

棕色线（Brown）：GND（接地）
红色线（Red）：VCC（电源，+5V）
橙色线（Orange）：信号线（PWM输入）

连接STM32开发板时：

信号线 → PA1（TIM2通道2）
VCC → 5V电源（注意电流需足够）
GND → 共地

注意：若驱动多个舵机，建议使用外部独立电源供电，避免开发板LDO过载。

1、以舵机SG90为例：

PWM周期固定：20ms（频率=50Hz）；

高电平范围：0.5~2.5ms（对应0~180°）；

0.5ms→0°；1.5ms→90°（中间位置）；2.5ms→180°；

2、参数计算

系统时钟72MHz，周期20ms。

设：PSC+1 =7200，计数频率10kHz（0.1ms计数一次），ARR+1 =200；

CCR值，线性关系：

CCR=5→0.5ms（0°）；

CCR=15→1.5ms（90°）；

CCR=25→2.5ms（180°）；

3、接线

二、代码部分

练习：以TIM2为例，通道1→PA1，实现0°→180→0°，循环往复。

最经典且最简单的做法：在whiel()里放2个For循环，一个负责正转（0→180°），另一个负责反转（180→0）。

1、PWM初始化

cpp 复制代码

void PWM_Init(uint16_t ARR,uint16_t PSC)
{
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_BaseInitStructure;
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	TIM_OCInitTypeDef OC_Config;
	//开启时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2,ENABLE);
	//初始化GPIO
	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);
	//初始化时基单元
	TIM_BaseInitStructure.TIM_ClockDivision =TIM_CKD_DIV1;
	TIM_BaseInitStructure.TIM_CounterMode =TIM_CounterMode_Up;
	TIM_BaseInitStructure.TIM_Period =ARR;
	TIM_BaseInitStructure.TIM_Prescaler =PSC;
	TIM_TimeBaseInit(TIM2,&TIM_BaseInitStructure);
	//配置OC
	TIM_OCStructInit(&OC_Config);
	OC_Config.TIM_OCMode =TIM_OCMode_PWM1;
	OC_Config.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
	OC_Config.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
	OC_Config.TIM_Pulse = 15;
	TIM_OC2Init(TIM2,&OC_Config);
	
	TIM_OC1PreloadConfig(TIM2,TIM_OCPreload_Enable);
	TIM_ARRPreloadConfig(TIM2,ENABLE);
	TIM_Cmd(TIM2,ENABLE);			
}

2、舵机（Servo）初始化及设置角度函数

cpp 复制代码

#include "stm32f10x.h"                 
#include "PWM.h"

void Servo_Init()
{
	PWM_Init(200,7200-1);
}
void SetMyAngle(uint16_t Angle)
{	
	uint16_t Val;
	if(Angle>180)
	{
		Angle =180;
	}		
	Val =(uint16_t)((25.0-5.0)/180.0)*Angle+5);
	TIM_SetCompare2(TIM2,Val);
}

3、舵机（Servo）头文件

cpp 复制代码

#ifndef __SERVO_H
#define __SERVO_H

void Servo_Init();
void SetMyAngle(uint16_t Angle);

#endif

4、main函数

cpp 复制代码

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "Servo.h"

uint16_t ang;

int main()
{
	OLED_Init();
	Servo_Init();
	SetMyAngle(0);//先归零	
	Delay_ms(1000);//等待舵机物理归位
    OLED_ShowString(1,1,"Angle:");
	while(1)
	{
        //0→180
		for(ang =0;ang <=180;ang++) 
		{
			SetMyAngle(ang);
			Delay_ms(10);	//延时决定转动速度
			OLED_ShowNum(1,7,ang,3);			
		}
        Delay_ms(1000);	//到头停止1s
        //180→0
		for(ang =180;ang >0;ang--)
		{
			SetMyAngle(ang);
			Delay_ms(10);
			OLED_ShowNum(1,7,ang,3);
		}	
        Delay_ms(1000);	//到头停止1s
	}	
}

注意：

1）平滑度控制：Delay_ms(10)这个参数决定了舵机转动的丝滑程度。

如果设为Delay_ms(1)，舵机会转动非常快，会因为惯性产生抖动。如果设为10ms，转动会比较丝滑。这个过程中耗时约1.8s。可多次试验几次，调整参数。

2）数据类型：angle使用了uint16_t（无符号16位整数），在反向循环中，条件写的是angle>0，而不是angle>=0，因为无符号数减到0后再减1，会发送下溢，变成65535（一直大于条件>=0），导致死循环。

本文完！