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180°舵机角度控制（mg996 + stm32F1）
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一 、舵机概述
方案中所测试两款180°舵机：MG996R 和 MG995 。
1、舵机的分类 按旋转角度180°舵机：能给定角度、固定转速。 只能在0度到180度之间运动，超过范围，舵机轻则齿轮打坏，重则烧坏内部电路. 360°舵机：能360度转动, 能控制转速。但不能调节转动的角度。 按控制信号模拟舵机：要持续提供PWM信号才能固定角度。优点：便宜。 数字舵机：只要给一次PWM信号就能固定角度。优点：高精度，响就快，抖动小，更大的角度固定力。 2、几个重要参数 最大扭矩：如上面的MG996, 最大扭矩: 13KG/cm. 这个是在舵机堵转时测得的, 其时距离轴中心1cm处能挂起的重量.工作电压：如常用的3.0V~7.2V, 接入电压不同, 所能产生的工作扭矩自然不同. 直接影响角度固定力。3、引脚接线说明 红色：供电；电流比较大，除非测试, 真不建议在开发板上取电； 粽色：地线；必须与控制器, 如SMT32芯片共地； 橙色：PWM信号线；接芯片的TIMx外设的CHx脚；
以本次测试的180度模拟舵机为例进行笔记讲解。 1、原理简述 舵机接收的是PWM信号，能使舵机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，当电压差为零时，电机停转，从而达到伺服的效果。 即，给舵机提供一个特定的PWM信号，舵机就可以旋转到指定的位置。 2、PWM信号、角度 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。 为了更好地理解其信号，和编写代码，把PWM关键点转换如下： PWM信号周期： 20000us 0度时，高电平时长： 500us180度时, 高电平时长：2500us每增加1 °，需增加高电平时长：(2500-500)÷180 = 11.1us某角度值A，需要的总高电平时长：(A x11.1 +500)us特别地说明: 把所有ms值, 转换为us值, 是为了方便代码的编写和理解. 三、STM32代码实现工程代码: STM32F103RC + 标准库函数v3.5; 1、所用引脚的宏定义 /***************************************************************************** ** 移植配置 ****************************************************************************/ // 舵机_1 #define SERVO_1_GPIO GPIOB // GPIO #define SERVO_1_PIN GPIO_Pin_8 // PIN #define SERVO_1_TIM_PORT TIM4 // 定时器: TIMx #define SERVO_1_TIM_CH 3 // 通道: CHx #define SERVO_1_ANGLE_RESET 90 // 上电复位后的角度 // 时基配置, 适用20ms周期的舵机 #define SERVO_TIM_PSC 72 // 计数器时钟=72000000/72=1000000次/秒=1us/次 #define SERVO_TIM_ARR 20000 // 周期=20000*1us=20ms为了加大代码移植的方便，取消时钟的宏定义，在初始化函数里根据所用端口做判断后使能各时钟. 2、GPIO初始化 // GPIO配置 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = PINx; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOx, &GPIO_InitStructure);引脚配置要点：复用推挽模式(GPIO_Mode_AF_PP); 2、TIM初始化 void TIM_PwmInit(GPIO_TypeDef* GPIOx, u16 PINx, TIM_TypeDef* TIMx, u8 CHx, u16 PSC, u16 ARR, u16 CCR) { TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure; TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure; // TIM时基配置 TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler= (psc-1); // 驱动CNT计数器的时钟 = Fck_int/(psc+1) TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period= (arr-1); // 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_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1; // 时钟分频因子 ，用于配置死区时间，没用到，随意 TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up; // 计数器计数模式，设置为向上计数 TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter=0; // 重复计数器的值，没用到，可以随意设置 TIM_TimeBaseInit(TIMx, &TIM_TimeBaseStructure); // 初始化定时器 // 输出比较模式 TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM2; // 配置为PWM模式2 TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; // 输出使能 TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = ccr; // 设置占空比大小 TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_Low; // 输出通道电平极性配置 if(CHx==1) TIM_OC1Init(TIMx, &TIM_OCInitStructure); if(CHx==2) TIM_OC2Init(TIMx, &TIM_OCInitStructure); if(CHx==3) TIM_OC3Init(TIMx, &TIM_OCInitStructure); if(CHx==4) TIM_OC4Init(TIMx, &TIM_OCInitStructure); // CCR预装载 if(CHx==1) TIM_OC1PreloadConfig(TIMx, TIM_OCPreload_Enable); if(CHx==2) TIM_OC1PreloadConfig(TIMx, TIM_OCPreload_Enable); if(CHx==3) TIM_OC1PreloadConfig(TIMx, TIM_OCPreload_Enable); if(CHx==4) TIM_OC1PreloadConfig(TIMx, TIM_OCPreload_Enable); TIM_Cmd(TIMx, ENABLE); // 使能计数器 //TIM_CtrlPWMOutputs(TIMx, ENABLE); // 主输出使能，当使用的是通用定时器时，这句不需要 }如果没有这几行 if 语句，代码简洁。 使用这些 if 进行判断的原因, 是因为我想把PWM的初始化函数, 做成更容易复用的代码, 这样以后要初始化某个TIM做PWM输出, 那只要传入相应的参数即可: void TIM_PwmInit(GPIO_TypeDef* GPIOx, u16 PINx, TIM_TypeDef* TIMx, u8 CHx, u16 PSC, u16 ARR, u16 CCR);上面的TIM初始化，是经这个函数传入参数的。 重点解释一下：PSC, ARR, CCR, CNT PSC：TIM时钟的分频系数：72；内部时钟经PSC值分频后, 传给CNT计数器使用；CNT：计数器，CNT每计数一次的脉冲时长为：1÷（CLK÷PSC) = 1÷（72000000÷72) = 0.000001s/次 = 1us/次；ARR：自动重装载值：20000，CNT计数器经过多少次脉冲就重新开始计数。用这个值可控制需要的PWM信号周期：1us x 20000次 = 20 000us = 20msCCR：用于控制周期内高电平时长, 当CNT180) xServo.angleNow_1 =180; // 限制最大值, 防止出错 if(xServo.angleNow_1< 0) xServo.angleNow_1 =2; // 限制最小值, 防止出错 ccr_1 = xServo.angleNow_1*11.11 +500; // 把角度值, 换算成CCR值 TIM_SetCCR(SERVO_1_TIM_PORT, SERVO_1_TIM_CH, ccr_1); // 配置TIMx的CCR寄存器值 } // 控制TIMx的CCRx的值;【可选参数】 [TIMx]TIM1~8, [CHx]1~4, [CCR]0~65535; void TIM_SetCCR(TIM_TypeDef* TIMx, u8 CHx, u16 CCR) { if(CHx==1) TIMx->CCR1 = CCR; if(CHx==2) TIMx->CCR2 = CCR; if(CHx==3) TIMx->CCR3 = CCR; if(CHx==4) TIMx->CCR4 = CCR; }哈，自己有个死穴，不管学习某个方面的知识时，理解得有多深刻，过一段时间后，总是会淡忘得一干二净的。 所以，这个代码做成调用时，直接传入角度即可，以后就不用回忆高电平与角度的关系了。 四、完整代码下载工程所用STM32F103RC的核心版，完整代码，已分到CSDN的资料库。 完整代码下载: STM32_舵机PWM控制代码.zip 同时也分享了一份Q群 887199504 的文件夹，可自由下载的。 |
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