STM32舵机控制详解

STM32是一款广泛应用于嵌入式系统开发的单片机，舵机是一种常见的机电传动装置，用于控制角度的精确位置。在本文中，我将为你详细介绍如何使用STM32来控制舵机，包括硬件连接和编程实现。我将使用STM32CubeIDE作为开发环境，并在NUCLEO-F446RE开发板上进行演示。

第一部分：硬件准备

在开始之前，我们需要准备以下硬件设备：

1. STM32开发板（NUCLEO-F446RE）
2. 舵机
3. 杜邦线

接下来，我们需要将舵机与STM32开发板连接起来。舵机通常有三个线，包括电源线（红色）、地线（黑色）和信号线（白色、黄色等）。在本例中，我们将使用直流电源为舵机供电。将舵机的电源线连接到STM32开发板的5V引脚，将地线连接到开发板的GND引脚，将信号线连接到开发板的任意GPIO引脚。

第二部分：软件准备

在开始编程之前，我们需要安装STM32CubeIDE，并配置好开发环境。你可以从STMicroelectronics的官方网站上下载并安装最新版本的STM32CubeIDE。

安装完成后，打开STM32CubeIDE，并按照以下步骤进行配置：

1. 创建一个新的STM32项目。选择File -> New -> STM32 Project。在弹出的对话框中，选择“NUCLEO-F446RE”作为目标板，输入项目名称，并选择合适的工程路径。点击“Next”进入下一步。

2. 选择合适的MCU系列和型号。在弹出的对话框中，选择“STM32F4 Series”和“STM32F446xx”。点击“Next”进入下一步。

3. 配置项目设置。在弹出的对话框中，选择相应的时钟配置，并勾选“RTE”选项。点击“Finish”完成项目配置。

4. 配置引脚。在CubeMX视图中，选择“Pinout & Configuration”选项卡，然后按照舵机信号线连接到的GPIO引脚配置对应的引脚模式和输出类型。

5. 生成代码。点击CubeMX视图左上角的“Project”按钮，选择“Generate Code”选项。这将生成初始化代码和驱动文件，并将其添加到项目中。

现在，我们已经完成了软件环境的配置，可以开始编写舵机控制的代码了。

第三部分：舵机控制代码实现

在本部分，我将为你提供一个简单的代码示例，来控制舵机的角度。

首先，我们需要引入相应的头文件和库文件，并定义一些常量和变量：

#include "stm32f4xx_hal.h"
#include "main.h"

#define SERVO_GPIO_PORT GPIOA
#define SERVO_GPIO_PIN GPIO_PIN_0

TIM_HandleTypeDef htim2;

接下来，我们需要进行一些初始化配置。在MX_TIM2_Init()函数中，我们将设置定时器的参数和通道的参数：

void MX_TIM2_Init(void)
{
  TIM_ClockConfigTypeDef sClockSourceConfig = {0};
  TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0};
  TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {0};

  htim2.Instance = TIM2;
  htim2.Init.Prescaler = 83;  // 设置预分频器，将定时器时钟设置为1 MHz
  htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
  htim2.Init.Period = 19999;  // 设置自动重装值，将周期设置为20ms，对应50 Hz的PWM信号
  htim2.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
  if (HAL_TIM_Base_Init(&htim2) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  if (HAL_TIM_PWM_Init(&htim2) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  sClockSourceConfig.ClockSource = TIM_CLOCKSOURCE_INTERNAL;
  if (HAL_TIM_ConfigClockSource(&htim2, &sClockSourceConfig) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_RESET;
  sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;
  if (HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim2, &sMasterConfig) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM2;
  sConfigOC.Pulse = 1500;  // 设置初始占空比，对应1.5 ms的脉宽
  sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
  sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE;
  if (HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim2, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

在SystemClock_Config()函数中，我们需要配置系统时钟：

void SystemClock_Config(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

  /** Configure the main internal regulator output voltage 
  */
  __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();
  __HAL_PWR_VOLTAGESCALING_CONFIG(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1);
  /** Initializes the RCC Oscillators according to the specified parameters
  * in the RCC_OscInitTypeDef structure.
  */
  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSI;
  RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
  RCC_OscInitStruct.HSICalibrationValue = RCC_HSICALIBRATION_DEFAULT;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_NONE;
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  /** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks 
  */
  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK | RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
    | RCC_CLOCKTYPE_PCLK1 | RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_HSI;
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
  
  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_0) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

接下来，我们需要实现主函数main()。在函数中，我们将初始化GPIO引脚和定时器，并控制舵机的角度。

int main(void)
{
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  MX_GPIO_Init();
  MX_TIM2_Init();
  
  HAL_TIM_PWM_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_1);  // 启动定时器2的通道1的PWM输出
  
  while (1)
  {
    for (int angle = 0; angle < 180; angle += 10)
    {
      int pulse = angle_to_pulse(angle);  // 将角度转换为对应的脉宽
      
      __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2, TIM_CHANNEL_1, pulse);  // 设置脉宽
      
      HAL_Delay(500);  // 延时500ms
    }
  }
}

在上述代码中，我们使用了一个名为angle_to_pulse()的自定义函数来将角度转换为对应的PWM脉宽。函数的实现如下：

int angle_to_pulse(int angle)
{
  int pulse = (angle * 10) + 500;
  
  return pulse;
}

通过上述代码，我们已经完成了舵机控制的代码实现。在主函数中，我们通过循环将舵机的角度从0度逐渐增加到180度，并通过PWM输出来控制舵机的角度。

第四部分：编译和下载

编译代码时，你可以点击STM32CubeIDE顶部菜单的“Project”按钮，选择“Build Project”选项。编译成功后，你可以通过链接器按钮

作者：大黄鸭duck.