如何配置通用定時(shí)器外設(shè)產(chǎn)生PWM驅(qū)動(dòng)舵機(jī)？

1. 準(zhǔn)備工作

硬件準(zhǔn)備

• 開(kāi)發(fā)板
  首先需要準(zhǔn)備一個(gè)開(kāi)發(fā)板，這里我準(zhǔn)備的是STM32L4的開(kāi)發(fā)板（BearPi）：
• 舵機(jī)
  舵機(jī)是電機(jī)的一種，又叫伺服電機(jī)，舵機(jī)的優(yōu)勢(shì)是 可以設(shè)定轉(zhuǎn)到指定的位置 ，本文中使用的SG90型號(hào)的舵機(jī)可以在0°-180°的范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)到指定角度，在實(shí)際項(xiàng)目中使用非常廣泛。

在硬件上，SG90 舵機(jī)有三根線，紅色的為電源線（5V），棕色的為 GND ，橙色的為控制線，用來(lái)傳輸 PWM 信號(hào)。

那么，應(yīng)該產(chǎn)生怎樣的PMW波形來(lái)控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度呢？

SG90的舵機(jī)要求 控制舵機(jī)的 PWM 信號(hào)頻率在50Hz左右 ，即周期為 20ms 的 PWM 信號(hào)， 當(dāng)該信號(hào)的高電平部分在0.5ms - 2.5ms之間時(shí)，對(duì)應(yīng)舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度 ，具體對(duì)應(yīng)情況如下表：

下面結(jié)合一個(gè)動(dòng)圖來(lái)理解：

圖片來(lái)源八色木

知識(shí)小卡片結(jié)束啦！對(duì)舵機(jī)有了解了嗎？

軟件準(zhǔn)備

• 需要安裝好Keil - MDK及芯片對(duì)應(yīng)的包，以便編譯和下載生成的代碼；

Keil MDK和串口助手Serial Port Utility 的安裝包都可以

2.生成MDK工程

選擇芯片型號(hào)

打開(kāi)STM32CubeMX，打開(kāi)MCU選擇器：

打開(kāi)MCU選擇器

搜索并選中芯片STM32L431RCT6:

選擇芯片

配置時(shí)鐘源

• 如果選擇使用外部高速時(shí)鐘（HSE），則需要在System Core中配置RCC；
• 如果使用默認(rèn)內(nèi)部時(shí)鐘（HSI），這一步可以略過(guò)；

這里我都使用外部時(shí)鐘：

打開(kāi)外部時(shí)鐘

配置通用定時(shí)器TIM16

定時(shí)器TIM

STM32L431xx 系列有 1 個(gè)高級(jí)定時(shí)器（TIM1）, 3 個(gè)通用定時(shí)器（TIM2、TIM15、TIM16），兩個(gè)基本定時(shí)器（TIM6、TIM7），還有兩個(gè)低功耗定時(shí)器（LPTIM1、LPTIM2）。

STM32L431 的通用 TIMx (TIM2、TIM15、TIM16)定時(shí)器功能包括：

• 16 位(TIM15,TIM16)/32 位(TIM2)向上、向下、向上/向下自動(dòng)裝載計(jì)數(shù)器，注意：
  TIM15、TIM16 只支持向上（遞增）計(jì)數(shù)方式；
• 16 位可編程(可以實(shí)時(shí)修改)預(yù)分頻器，計(jì)數(shù)器時(shí)鐘頻率的分頻系數(shù)為 1～65535 之間的任
  意數(shù)值；
• 4 個(gè)獨(dú)立通道（TIMx_CH1~4， 其中 TIM15 最多 2 個(gè)通道， TIM16 最多 1 個(gè)
  通道）；

這些通道可以用來(lái)作為：

• 輸入捕獲
• 輸出比較
• PWM 生成(邊緣或中間對(duì)齊模式)
• 單脈沖模式輸出

如下事件發(fā)生時(shí)產(chǎn)生中斷/DMA：

• 更新：計(jì)數(shù)器向上溢出/向下溢出，計(jì)數(shù)器初始化(通過(guò)軟件或者內(nèi)部/外部觸發(fā))
• 觸發(fā)事件(計(jì)數(shù)器啟動(dòng)、停止、初始化或者由內(nèi)部/外部觸發(fā)計(jì)數(shù))
• 輸入捕獲
• 輸出比較

接下來(lái)開(kāi)始配置TIM16定時(shí)器的PWM功能：

首先選擇TIM，選擇通道1的功能，默認(rèn)的CH1是PA6引腳，但是開(kāi)發(fā)板上是與 PB8 連接的，所以在右邊將PB8配置為TIM16_CH1：

打開(kāi)TIM16并選擇PWM輸出引腳

接下來(lái)是對(duì)TIM16的參數(shù)設(shè)置，參照數(shù)據(jù)手冊(cè)中的RCC時(shí)鐘樹(shù)，TIM16內(nèi)部時(shí)鐘來(lái)源是PCLK2 = 80Mhz，我們的目的是產(chǎn)生20Hz的PWM，所以預(yù)分頻系數(shù)設(shè)置為80-1，自動(dòng)重載值為20000-1，得到的計(jì)時(shí)器更新中斷頻率即為80000000/80/20000 = 50 Hz：

設(shè)置PWM輸出頻率

其余的一些設(shè)置保持默認(rèn)即可，最后配置PWM占空比：

設(shè)置PWM占空比

配置時(shí)鐘樹(shù)

STM32L4的最高主頻到80M，所以配置PLL，最后使HCLK = 80Mhz即可：

設(shè)置時(shí)鐘樹(shù)

生成工程設(shè)置

工程設(shè)置

代碼生成設(shè)置

最后設(shè)置生成獨(dú)立的初始化文件：

代碼生成設(shè)置

生成代碼

點(diǎn)擊GENERATE CODE即可生成MDK-V5工程：

生成代碼

3. 在MDK中編寫(xiě)、編譯、下載用戶(hù)代碼

啟動(dòng)定時(shí)器并產(chǎn)生PWM

最后在main函數(shù)中開(kāi)啟TIM2并使能其中斷（TIM2初始化代碼之后）：

int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  MX_GPIO_Init();
  MX_TIM16_Init();

  /* USER CODE BEGIN 2 */

  HAL_TIM_PWM_Start(&htim16,TIM_CHANNEL_1);

  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */
    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

編譯下載之后，可以看到舵機(jī)旋轉(zhuǎn)到45°：

舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)45°現(xiàn)象

動(dòng)態(tài)改變舵機(jī)角度

上一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，我們配置了PWM波的高電平時(shí)長(zhǎng)計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)為1000，即時(shí)長(zhǎng)為1ms，對(duì)應(yīng)旋轉(zhuǎn)角度為45°，在本實(shí)驗(yàn)中，我們來(lái)動(dòng)態(tài)改變 PWM 占空比，使舵機(jī)在0°到180之間來(lái)回旋轉(zhuǎn)。

編寫(xiě)如下代碼：

int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */

    uint16_t pluse = 500;

  /* USER CODE END 1 */

  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  MX_GPIO_Init();
  MX_TIM16_Init();

  /* USER CODE BEGIN 2 */

  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
    //產(chǎn)生PWM，舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)
    HAL_TIM_PWM_Start(&htim16,TIM_CHANNEL_1);

    //1s后改變舵機(jī)角度，增加45°
    HAL_Delay(1000);
    pluse += 500;
    if(pluse == 3000)
    {
      //如果舵機(jī)角度大于180°，回零
      pluse = 500;
    }

    //設(shè)置PWM占空比
    __HAL_TIM_SetCompare(&htim16, TIM_CHANNEL_1, (uint16_t)pluse);
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

編譯下載后可以看到舵機(jī)在0°-180°之間來(lái)回旋轉(zhuǎn)。

至此，我們已經(jīng)學(xué)會(huì) 如何使用通用定時(shí)器產(chǎn)生PWM驅(qū)動(dòng)舵機(jī) 。