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：
- 180度：可以控制旋转角度、有角度定位。上电后舵机自动复位到0度，通过一定参数的脉冲信号控制它的角度。
- 360°舵机版本不可控制角度，只能控制顺时针旋转、逆时针旋转、停止和调节转速。
引脚接线参考如下：
| SG90 | STM32 |
|---|---|
| PWM 信号线（橙色线） | 任意GPIO |
| VCC（红线） | 3.3/5V |
| GND（棕色线） | GND |
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：
| 脉冲高电平 | 角度 | 占空比 |
|---|---|---|
| 0.5ms | 0° | 2.5% |
| 1.0ms | 45° | 5.0% |
| 1.5ms | 90° | 7.5% |
| 2.0ms | 135° | 10.0% |
| 2.5ms | 180° | 12.5% |
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);
}
