STM32使用HAL库实现PWM驱动舵机教程

什么是舵机？

舵机，也叫伺服电机，在嵌入式开发中，舵机作为一种常见的运动控制组件，具有广泛的应用。

舵机型号介绍：

市面上常见的舵机型号有 SG90、MG90S、MG995、MG996R 等等，主要是扭矩大小、工作电压大小、齿轮材质塑料或金属的不同。

一般分为180度和360度：

引脚接线参考如下：

SG90原理

        舵机的控制信号是通过脉冲宽度调制（PWM）来实现的。PWM 信号的周期通常为20ms，而脉冲宽度则在 0.5ms 至 2.5ms 之间变化。这个脉冲宽度与舵盘的位置呈线性关系，范围从0度到180度。

        当给舵机提供特定宽度的脉冲信号时，输出轴会保持在相应的角度上，不受外界转矩的影响，直到接收到不同宽度的脉冲信号才会改变输出角度，使舵盘移动到新的位置。舵机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。同时，还有一个比较器，用于将外部输入信号与基准信号进行比较，以确定转动方向和幅度，并生成驱动电机转动的信号。

        为了控制舵机，需要使用单片机来生成周期为 20ms 的脉冲信号，并通过控制脉冲的高电平时间在 0.5ms 至 2.5ms 之间来控制舵机的角度。这样，我们可以通过调整 PWM 信号的脉冲宽度来精确控制舵机的位置和运动。

以 SG90，180度版为例，那么对应的控制关系是这样的：

PWM驱动舵机：

 因为：PWM 信号的周期通常为20ms，高电平宽度为0.5ms~2.5ms

代码：

TIM_HandleTypeDef tim3_handle = {0};
// init函数
void tim3_init(void)
{
    TIM_OC_InitTypeDef pwm_config = {0};
    
    tim3_handle.Instance = TIM3;
    tim3_handle.Init.Prescaler = 7200 - 1;
    tim3_handle.Init.Period = 200 - 1;
    tim3_handle.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
    HAL_TIM_PWM_Init(&tim3_handle);
    
    pwm_config.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
    pwm_config.Pulse = 100;
    pwm_config.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
    HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&tim3_handle, &pwm_config, TIM_CHANNEL_1);
    HAL_TIM_PWM_Start(&tim3_handle, TIM_CHANNEL_1);
}
//msp函数
void HAL_TIM_PWM_MspInit(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
    if(htim->Instance == TIM3)
    {
        GPIO_InitTypeDef gpio_initstruct;
        //打开时钟
        __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();                           // 使能GPIOB时钟
        __HAL_RCC_TIM3_CLK_ENABLE();
        
        //调用GPIO初始化函数
        gpio_initstruct.Pin = GPIO_PIN_6;                    // 两个LED对应的引脚
        gpio_initstruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;             // 推挽输出
        gpio_initstruct.Pull = GPIO_PULLUP;                     // 上拉
        gpio_initstruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;           // 高速
		HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio_initstruct);
		
		gpio_initstruct.Pin = GPIO_PIN_1;
		gpio_initstruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
		gpio_initstruct.Pull = GPIO_PULLUP;           // 上拉
        gpio_initstruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; // 高速（可选）
		HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio_initstruct);       // 初始化 GPIOA 引脚 1
    }
}
//修改CCR值的函数
void tim3_compare_set(uint16_t val)
{
    __HAL_TIM_SET_COMPARE(&tim3_handle, TIM_CHANNEL_1, val);
}

void sg90_init(void)
{
    tim3_init();
}

void sg90_angle_set(uint16_t angle)
{
    uint16_t CCRx = (1.0 / 9.0) * angle + 5.0;
    tim3_compare_set(CCRx);
}

uint8_t key(void)
{
    uint8_t KeyNum = 0;
   

    if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_1) == GPIO_PIN_SET)
    {
        // 按键按下，等待去抖动
        delay_ms(20);
        if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_1) == GPIO_PIN_SET)  // 确认按键仍然按下
        {
            while (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_1) == GPIO_PIN_SET);  // 等待按键释放
            delay_ms(20);  // 再次延时去抖动
            KeyNum = 1;  // 按键按下并释放，返回 1
        }
    }
	else
	{
		// PA1 是低电平
		delay_ms(20);
		if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_1) == GPIO_PIN_RESET) 
		{
		while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_1)==GPIO_PIN_RESET);
		delay_ms(20);
		KeyNum=2;
	}
}
	return KeyNum;
}

已知 PWM 信号的周期为20ms；高电平 0.5ms 指向 0° 位置，2.5ms 指向 180° 位置。如果我们要指向 angle°：

2.5-0.5=2ms，对应于180°

CCRx / (199 + 1) * 20 = 0.5 +（angle / 180）× 2

于是 CCRx =(1.0 / 9.0) * angle + 5.0

void SG_Control(uint16_t angle)
{
   float CCRx;
   CCRx =(1.0 / 9.0) * angle + 5.0;                             //占空比值 = 1/9 * 角度 + 5
   __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2, TIM_CHANNEL_1, (uint16_t )CCRx);
}

main.c

uint8_t KeyNum;			//定义用于接收键码的变量
float angle;
int main(void)
{
    HAL_Init();                         /* 初始化HAL库 */
    stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9);     /* 设置时钟, 72Mhz */
    led_init();                         /* 初始化LED灯 */
    sg90_init();

    while(1)
    { 
		KeyNum=key();
		if(KeyNum==1)
		{
			angle+=30;
			if(angle>180)
				angle=0;
		}
       sg90_angle_set(angle);
    }
}

 delay.c

/**
  * @brief  微秒级延时
  * @param  nus 延时时长，范围：0~233015
  * @retval 无
  */
void delay_us(uint32_t nus)
{
    uint32_t temp;
    SysTick->LOAD = 72 * nus;                           /* 设置定时器重装值 */
    SysTick->VAL = 0x00;                                /* 清空当前计数值 */
    SysTick->CTRL |= 1 << 2;                            /* 设置分频系数为1分频 */
    SysTick->CTRL |= 1 << 0;                            /* 启动定时器 */
    do
    {
        temp = SysTick->CTRL;
    } while ((temp & 0x01) && !(temp & (1 << 16)));     /* 等待计数到0 */
    SysTick->CTRL &= ~(1 << 0);                         /* 关闭定时器 */
}

/**
  * @brief  毫秒级延时
  * @param  nms 延时时长，范围：0~4294967295
  * @retval 无
  */
void delay_ms(uint32_t nms)
{
    while(nms--)
        delay_us(1000);
}
 
/**
  * @brief  秒级延时
  * @param  ns 延时时长，范围：0~4294967295
  * @retval 无
  */
void delay_s(uint32_t ns)
{
    while(ns--)
        delay_ms(1000);
}

/**
  * @brief  重写HAL_Delay函数
  * @param  nms 延时时长，范围：0~4294967295
  * @retval 无
  */
void HAL_Delay(uint32_t nms)
{
    delay_ms(nms);
}

作者：庆庆知识库