stm32控制舵机旋转到不同角度

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本文介绍如何使用STM32F103VE开发板控制舵机，并提供了一种实现PWM信号输出的方法。详细解释了舵机工作原理及STM32定时器配置过程。

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最近学习了stm32，就想用它来控制舵机，然后写下这篇文章分享给大家，如果有理解不到位的地方欢迎大家指正。（我使用的是stm32f103ve型号的开发板，即使和你的型号不同，也有参考价值）

想要控制舵机的转动，首先你得知道舵的工作原理。

舵机的主要组成部分为伺服电机，所谓伺服就是服从信号的要求而动作。在信号来之前，转子停止不动；信号来到之后，转子立即运动。因此我们就可以给舵机输入不同的信号,来控制其旋转到不同的角度。
舵机接收的是PWM信号，当信号进入内部电路产生一个偏置电压，触发电机通过减速齿轮带动电位器移动，使电压差为零时，电机停转，从而达到伺服的效果。简单来说就是给舵机一个特定的PWM信号，舵机就可以旋转到指定的位置。
舵机上有三根线，分别是GND、VCC和SIG，也就是地线、电源线和信号线，其中的PWM波就是从信号线输入给舵机的。
一般来说，舵机接收的PWM信号频率为50HZ，即周期为20ms。当高电平的脉宽在0.5ms-2.5ms之间时舵机就可以对应旋转到不同的角度。如下图。

那么我们如何使用stm32给舵机输入信号，让它听从我们的指挥呢？

想要输出PWM信号自然就得用上TIM定时器，而基本定时器没有PWM信号的输出功能，所以只能选用通用定时器和高级定时器。对于初始化这些外设无非也就是那些套路，我总结为如下几点：1、开启该外设的时钟2、配置初始化结构体（如果有对应的GPIO还需要初始化该GPIO）3、调用结构体初始化函数4、该使能的使能
对于TIM来说初始化结构体有两个，分别是时基结构体和输出比较结构体，除此之外还需要做的是先选择具体开启哪条输出通道，我选择的是TIM1（高级定时器）的CH1（通道一），对应的GPIO是PA8。我还初始化了通道一的互补通道PB13，为了更加方便测试。下面是初始化部分的代码。

static void TIM_GPIO_Config(void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

  // 输出比较通道 GPIO 初始化
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =  GPIO_Pin_8;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

  // 输出比较通道互补通道 GPIO 初始化
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =  GPIO_Pin_13;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
	
	// BKIN引脚默认先输出低电平
	GPIO_ResetBits(ADVANCE_TIM_BKIN_PORT,ADVANCE_TIM_BKIN_PIN);
}

static void Advance_TIM_Config(void)
{
	  // 开启定时器时钟,即内部时钟CK_INT=72M
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1,ENABLE);

/*--------------------时基结构体初始化-------------------------*/
	TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
	// 自动重装载寄存器的值，累计TIM_Period+1个频率后产生一个更新或者中断
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period= (200-1);	
	// 驱动CNT计数器的时钟 = Fck_int/(psc+1)
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler= (7200-1);	
	// 时钟分频因子 ，用于配置死区时间，没用到，随意
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;		
	// 计数器计数模式，设置为向上计数
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;		
	// 重复计数器的值，没用到，可以随意设置
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter=0;	
	// 初始化定时器
	TIM_TimeBaseInit(TIM1, &TIM_TimeBaseStructure);

	/*--------------------输出比较结构体初始化-------------------*/		
	TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;
	// 配置为PWM模式2
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM2;
	// 输出使能
	TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
	// 互补输出使能
	TIM_OCInitStructure.TIM_OutputNState = TIM_OutputNState_Enable; 
	// 设置占空比大小
	TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;
	// 输出通道电平极性配置
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
	// 互补输出通道电平极性配置
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCNPolarity = TIM_OCNPolarity_High;
	// 输出通道空闲电平极性配置
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleState = TIM_OCIdleState_Set;
	// 互补输出通道空闲电平极性配置
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCNIdleState = TIM_OCNIdleState_Reset;
	TIM_OC1Init(ADVANCE_TIM, &TIM_OCInitStructure);
	TIM_OC1PreloadConfig(TIM1, TIM_OCPreload_Enable);
	
	// 使能计数器
	TIM_Cmd(TIM1, ENABLE);	
	// 主输出使能，当使用的是通用定时器时，这句不需要
	TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1, ENABLE);
}

void TIM_Init(void)
{
	TIM_GPIO_Config();
	Advance_TIM_Config();
}

在代码中要特别注意的是时基结构体的TIM_Period（自动重装载寄存器值，简称arr）和TIM_Prescaler（预分频寄存器值，简称psc），因为这两个决定了输出PWM信号的周期。具体的周期计算公式为：周期=（arr+1）*（psc+1）/CLK。其中CLK为计数器的时钟频率，我的是72MHZ，也就是72000000。最后计算结果单位为秒，结果为0.02s，也就是20ms。这样的配置就是为了让输出的PWM信号达到前面说到的舵机要求的20ms周期。

在初始化完成之后，就可以在main函数中实现信号的输出了。

前面说过，在周期20ms的PWM信号中，不同的脉宽对应舵机不同的转动角度，在0.5ms-2.5ms间有效，因此我们可以在main函数中配置几个不同的脉宽。要注意的是stm32并不直接配置脉宽，而是通过配置占空比来配置脉宽的。

配置占空比有个重要的函数TIM_SetCompare1()，具体用法如果不懂可以去看手册。main函数代码如下。

#include "stm32f10x.h"
#include "bsp_Advance_tim.h"
#include "delay.h"

int main(void)
{
	int delay_time;
	delay_init(); //延时函数初始化
	TIM_Init(); //定时器初始化
	
	delay_time = 500;
	while(1)
	{
		delay_ms(delay_time);
		TIM_SetCompare1(ADVANCE_TIM, 175); //对应180度
        delay_ms(delay_time);
		TIM_SetCompare1(ADVANCE_TIM, 180); //对应135度
        delay_ms(delay_time);
		TIM_SetCompare1(ADVANCE_TIM, 185); //对应90度
        delay_ms(delay_time);
		TIM_SetCompare1(ADVANCE_TIM, 190); //对应45度
        delay_ms(delay_time);
		TIM_SetCompare1(ADVANCE_TIM, 195); //对应0度
	}
}

如果在定时器初始化时TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode配置的是PWM1模式那么main中的占空比就依次为25、20、15、10、5。在你们自己试验时，可以将占空比设置成各种不同的值，看看有什么不同的效果。