STM32嵌入式开发PWM波控制舵机

STM32嵌入式开发PWM波控制舵机

掌握STM32嵌入式开发和PWM技术，可以为各种项目和应用提供精准控制外设的能力。无论是机器人控制、四轴飞行器、智能家居等领域，都可以运用PWM技术实现对各种外设的控制。通过本文的学习，您将能够掌握使用STM32进行PWM波控制舵机的方法，从而为您的嵌入式开发项目增加更多的功能和灵活性。

一、PWM波是什么？

PWM（Pulse Width Modulation，脉宽调制）波是一种电子信号调制技术，用于控制电路的输出功率。它通过改变信号的脉冲宽度，来调节电路的平均输出电压或电流。

舵机

二、使用步骤

1. PWM.C

代码如下（示例）：

#include "stm32f10x.h" // Device header

/**
* 函数名称：PWM_Init
* 功能描述：初始化PWM输出配置
* 输入参数：无
* 返回值：无
*/
void PWM_Init(void)
{
    /* 开启定时器TIM2和GPIOA端口的时钟 */
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE); // 开启TIM2定时器的时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); // 开启GPIOA端口的时钟

    /* GPIO初始化 */
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    // 配置PA1为复用推挽输出模式（AF_PP），用于PWM信号输出
    // 设置最大速率为50MHz
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1; //可增加引脚控制多个舵机
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); // 应用上述配置到GPIOA

    /* 配置定时器时钟源 */
    TIM_InternalClockConfig(TIM2); // 选择TIM2使用内部时钟作为计数时钟，默认即为此选项

    /* 时基单元初始化 */
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
    // 定义并配置定时器的基本参数
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; // 不分频
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; // 向上计数模式
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 20000 - 1; // 计数周期（ARR）设为19999，即每计数20000次溢出一次
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1; // 预分频系数设为71，使定时器频率为系统时钟频率除以72
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0; // 重复计数器，仅对高级定时器有效
    TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure); // 应用上述配置到TIM2

    /* 输出比较通道初始化 */
    TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
    TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStructure); // 初始化结构体变量为默认值
    // 配置PWM输出特性
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; // 使用PWM模式1
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; // 高电平有效
    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; // 输出使能
    TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0; // 初始脉冲宽度为0，即占空比为0%
    //TIM_OC2Init，这个通道也要更改
    TIM_OC2Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure); // 应用上述配置到TIM2的通道2

    /* 使能定时器 */
    TIM_Cmd(TIM2, ENABLE); // 使能TIM2，开始PWM波形生成
}

/**
* 函数名称：PWM_SetCompare2
* 功能描述：设置PWM的CCR2寄存器值，从而调整PWM波形的占空比
* 输入参数：Compare - 要写入CCR2寄存器的值，范围是0到ARR（即20000-1）
* 返回值：无
* 注意事项：此函数只改变CCR2的值，并不直接设定占空比。占空比由公式Duty = CCR / (ARR + 1)决定。
*/
void PWM_SetCompare2(uint16_t Compare)
{
    //TIM_SetCompare2，通道要更改
    TIM_SetCompare2(TIM2, Compare); // 设置TIM2通道2的CCR2寄存器值
}

2. Servo.c

代码如下（示例）：

#include "stm32f10x.h" // 包含STM32F10x系列微控制器的头文件
#include "PWM.h" // 包含自定义的PWM库文件

/**
* 函数名称：Servo_Init
* 功能描述：初始化舵机所用的PWM功能
* 输入参数：无
* 返回值：无
*/
void Servo_Init(void)
{
    PWM_Init(); // 调用PWM初始化函数，配置PWM输出，用于控制舵机
}

/**
* 函数名称：Servo_SetAngle
* 功能描述：根据给定的角度值设置舵机的位置
* 输入参数：Angle - 指定舵机要转动到的角度，范围为0到180度
* 返回值：无
* 注意事项：此函数假设输入的角度值在合法范围内（0-180度），并且通过线性变换将角度映射到对应的PWM占空比。
*/
void Servo_SetAngle(float Angle)
{
    // 确保角度在合理范围内
    if (Angle < 0) Angle = 0;
    if (Angle > 180) Angle = 180;

    // 将角度转换为相应的CCR值，这里假设：
    // - 角度0对应500us的高电平时间
    // - 角度180对应2500us的高电平时间
    // PWM周期为20ms（即频率为50Hz），因此使用线性比例计算中间角度的高电平时间
    PWM_SetCompare2((uint16_t)(Angle / 180.0 * 2000 + 500));
}

3. main.c

#include "stm32f10x.h" // STM32头文件
#include "oled.h" // OLED屏头文件
#include "key.h" // 按键头文件
#include "Servo.h" // 舵机头文件

// 定义角度变量
float Angle = 0; // 初始化为0度

int main(void)
{
    // 系统初始化
    OLED_Init(); // OLED屏初始化
    OLED_Clear(); // 清屏
    Servo_Init(); // 舵机初始化

    // 显示初始信息
    OLED_ShowString(0, 0, "Press Key to Increase Angle");

    while (1)
    {
        // 检测按键是否按下
        if (KEY_Scan(0) == KEY_ON) // 假设有一个按键扫描函数返回按键状态
        {
            // 角度递增，但不超过180度
            Angle += 30;
            if (Angle > 180)
            {
                Angle = 180; // 限制最大角度为180度
            }

            // 设置舵机角度
            Servo_SetAngle(Angle);

            // 在OLED上显示当前角度
            OLED_Clear();
            char angleStr[16];
            sprintf(angleStr, "Angle: %.0f", Angle);
            OLED_ShowString(0, 1, angleStr); // 显示当前角度

            // 等待一段时间以避免按键抖动或多次触发
            Delay_ms(200); // 假设有延时函数Delay_ms()
        }
    }
}

总结

在STM32中，可以使用定时器模块的PWM输出功能实现控制多个PWM信号。以下是操作多个PWM的总结步骤：

1. 初始化定时器：根据需要选择一个合适的定时器模块（如TIM1、TIM2等），并进行相应的初始化配置，包括时钟源、预分频因子、计数模式等。
2. 配置PWM输出通道：选择定时器的一个或多个输出通道作为PWM输出通道，并设置相应的工作模式。可用的工作模式包括PWM模式、单脉冲模式、电平模式等。
3. 设置PWM周期：通过调整定时器的自动重载寄存器（ARR）的值来设置PWM的周期。ARR的值决定了一个PWM周期的持续时间。
4. 设置PWM占空比：通过调整定时器的比较寄存器（CCR）的值来设置PWM的占空比。CCR的值决定了PWM的高电平持续时间。
5. 启动定时器：使能定时器的输出功能，启动定时器的计数。
6. 更新PWM信号：根据需要，可以通过更新ARR和CCR的值来改变PWM周期和占空比。可以使用定时器的中断或DMA等方式来定期更新这些值，以实现PWM信号的动态调整。

需要注意的是，在操作多个PWM信号时，可能会存在定时器资源的限制。不同的STM32芯片具有不同数量的定时器模块和输出通道，需要根据具体芯片的规格来选择合适的定时器和通道。此外，还需要根据具体的应用需求来调整PWM的周期和占空比，以满足控制要求。可以通过计算得到合适的周期和占空比值，或者通过试错法进行调整。