STM32CubeMX笔记--定时器生成PWM特定波形，控制舵机转动

Posted 2021-10-30 杰尼君

定时器生成PWM特定波形，控制舵机转动

• 1、舵机相关知识
• • 1.1 相关舵机的知识点：
  • 1.2 舵机的控制：
• 2、STM32CubeMX引脚设置和代码生成
• • 2.1 相关STM32CubeMX生成代码配置如下：
• 3、编写相关的C函数文件
• • 3.1、相关PWM函数开启：
  • 3.2、相关PWM占空比设置：
  • 3.3、相关PWM占空比设置函数改进：
• 4、编译工程文件，使用ST-Link烧录，测试定时器中断

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1、舵机相关知识

1.1 相关舵机的知识点：

• 舵机的分类
  按照旋转角度
  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
  按照控制信号
  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。

• 几个重要参数
  最大扭矩
  如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。

• 引脚说明
  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；

1.2 舵机的控制：

• 原理简介
  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。

• 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： 500us
180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

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故在设置定时器参数时
预分频（PSC）：72-1；
计数值（Counter）：20000-1；（计数从0开始，所以要减1）

设置计数值为20000对应PWM信号周期：20000us；
控制对应的为对应通道的CCR设置为：500-2500；

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，AutoReload Register也称为Counter Period，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 20 000次 = 20 000us = 20ms
CCR：用于控制周期内高电平时长, 当CNT<CCR时, 为有效电平. 而有效电平的高低, 则是通过CCER寄存器设置的, 默认的有效电平为高电平.

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

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2、STM32CubeMX引脚设置和代码生成

2.1 相关STM32CubeMX生成代码配置如下：

相关外部晶振的设置参考：STM32CubeMX笔记（5）–定时器中断

1、在STM32CubeMX软件右侧：
选择Times定时器设置项，根据下图进行配置相对应的定时器相关参数的设置。
（选择内部时钟源、设置通道的模式、设置预分频、计数值）

定时器频率=时钟频率/（预分频*计数值）

$$Times(Hz)=\frac{InternelClock(MHz)}{PSC\ast Counter}.$$

下面图中设置的舵机的频率为50Hz，使用定时器8生成PWM波

其中内部时钟频率为APB1（InternelClock）频率为72MHz（根据时钟树看出）

预分频（PSC）：72-1； 计数值（Counter）：20000-1；（计数从0开始，所以要减1）
设置计数值为20000对应PWM信号周期：20000us；
控制对应的为对应通道的CCR设置为：500-2500；

$$设置生成的频率=\frac{72000000}{72\ast 20000}=50Hz$$

2、在STM32CubeMX软件右上角，点击GEBERATE CODE项，生成代码。

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相关定时器的参数设置：（定时器8为例）

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3、编写相关的C函数文件

3.1、相关PWM函数开启：

1）添加定时器8的通道1和通道2的PWM生成开启使能函数，放置于到main.c中的用户代码区。

/* USER CODE BEGIN 2 */
	HAL_TIM_PWM_Start(&htim8,TIM_CHANNEL_1);
	HAL_TIM_PWM_Start(&htim8,TIM_CHANNEL_2);
/* USER CODE END 2 */

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3.2、相关PWM占空比设置：

2）通过类似如下的设置，即可设置定时器8的通道1和通道2的相关占空比寄存器，直接控制PWM的占空比输出

	TIM8->CCR1 = 800; 
	TIM8->CCR2 = 1800; 

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3.3、相关PWM占空比设置函数改进：

3）将上述寄存器进行改进，整合出相关的函数文件

/**************************************************************************
函数功能：定时器TIMx的PWM输出占空比CCRx设置函数
入口参数：[TIMx]:TIM1~8、[CHx]:TIM_CHANNEL_1~4、[CCR]:0~65535（舵机控制时：0~2500）
返回  值：无
说    明：通过设置TIMx寄存器CCRx的值设置输出通道的占空比
**************************************************************************/
void TIM_SetCCR(TIM_TypeDef *TIMx, uint32_t CHx, uint16_t CCR) 
{    
		if(CHx==TIM_CHANNEL_1)    TIMx->CCR1 = CCR;
		if(CHx==TIM_CHANNEL_2)    TIMx->CCR2 = CCR;
		if(CHx==TIM_CHANNEL_3)    TIMx->CCR3 = CCR;
		if(CHx==TIM_CHANNEL_4)    TIMx->CCR4 = CCR;
} 

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函数的引用效果如下：

以下两个代码片段的使用效果相同，如下。
设置通道1占空比为50hz，高电平时间800us；
设置通道2占空比为50hz，高电平时间1800us；

	TIM_SetCCR(TIM8,TIM_CHANNEL_1,800);
	TIM_SetCCR(TIM8,TIM_CHANNEL_2,1800);

	TIM8->CCR1 = 800; 
	TIM8->CCR2 = 1800; 

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进一步测试，将以下代码复制到主函数的循环中：

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
		TIM_SetCCR(TIM8,TIM_CHANNEL_1,800);
		TIM_SetCCR(TIM8,TIM_CHANNEL_2,1800);
		HAL_Delay(1000);
		
		TIM_SetCCR(TIM8,TIM_CHANNEL_1,1800);
		TIM_SetCCR(TIM8,TIM_CHANNEL_2,800);
		HAL_Delay(1000);

    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */

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4、编译工程文件，使用ST-Link烧录，测试定时器中断

将对应的通道输出接口连接上舵机的PWM控制线，进行相关转角的测试。
对应舵机来回旋转。

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