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【PWM】舵机控制

下载例程代码： 下载代码 如何使用例程【点击查看教程】

PWM 简介​

PWM 波形​

PWM波形是一种方波信号，是高/低电平不断切换的结果，其波形如图所示，这是3种占空比不同的波形：

PWM波形

PWM的几个关键参数为：

  • 频率（Frequency）：即高低电平切换的速度，切换的速度越快则频率越高，1000Hz的PWM波意味着1秒钟有1000个脉冲

  • 占空比（Duty Cycle）：即每个周期内，高电平所占的宽度

    • 例如图中 50% duty cycle，即高/低电平的时间各占50%；

    • 图中的75% duty cycle，高电平占75%，低电平占25%；

    • 图中的25% duty cycle，高电平占25%，低电平占75%；

SG-90 舵机简介​

  • 舵机最早是应用于遥控模型的小型执行器，因此也称为RC舵机。它有一个输出轴，可以连接摇臂，通过输入信号就能控制摇臂的运动。

  • 与电机不同的是，它可以准确的控制摇臂旋转到某一个指定位置，并且自动抵抗外力，维持位置。

  • 除了RC模型，舵机可以用于双足机器人、机械臂、自动化执行器（阀门、门窗等等）

    注意：舵机内部是塑料减速齿轮，不可大力掰摇臂，避免损坏齿轮

  • 舵机的输入信号为 50Hz 的PWM波，其占空比范围 2.5%~12.5%，分别对应 0°~180°位置。因此，调整PWM占空比即可控制舵机的角度。

舵机2

如何使用例程​

连接硬件，下载程序，即可看到效果

硬件连接​

  • 将舵机的3P线插到学习板的SERVO接口。连接前请核对线序：
舵机学习板
黄（信号）B8
红（+）5V
棕（-）G
连接
  • 将舵机摇臂安装到舵机输出轴。如果需要更紧固，可以用附件中最小的螺丝拧到摇臂中心的孔里

程序效果​

  • 烧录例程后，即可看到舵机摇臂开始摆动
演示

例程讲解​

下面介绍了如何自己实现该例程的功能

1、工程配置​

  • 开启外部晶振：在Pinout&Configuration -> System Core -> RCC 页面，将 High Speed Clock (HSE) 配置为 Crystal/Ceramic Resonator
配置时钟源
  • 配置时钟频率：在Clock Configuration 页面，将PLL Source 选择为 HSE，将System Clock Mux 选择为 PLLCLK，然后在HCLK (MHz) 输入72并回车，将HCLK频率配置为 72 MHz
时钟配置

  • 分配引脚：在Pinout&Configuration页面，将PB8配置为TIM4_CH3

  • 配置TIM4：在Pinout&Configuration -> Timers -> TIM4

    • Configuration -> Mode，勾选Internal Clock，开启 TIM4 的内部时钟源

    • Configuration -> Mode，将 Channel3 配置为 PWM Generation CH3

    • Configuration -> Parameter Settings -> Counter Settings，将 Prescaler 配置为 720-1，将Counter Period 配置为 2000-1，此时PWM频率为 50 Hz

      PWM频率 = 72 MHz ÷ 720 ÷ 2000 = 50 Hz

2、代码​

  • 启动PWM输出：HAL_TIM_PWM_Start(&htim4, TIM_CHANNEL_3) 启动PWM输出

  • 舵机控制：

    • 舵机角度受占空比控制，占空比 2.5%~12.5% 代表 0°~180°

    • 占空比通过__HAL_TIM_SET_COMPARE 调节，参数范围 50~250

      占空比 = Compare寄存器值 ÷ Counter Period计数周期

      因此，__HAL_TIM_SET_COMPARE 填入的值 = 占空比 * Counter Period

      例如，设置占空比为2.5%、12.5%时，2.5% 2000 = 50，2.5% 2000 = 250

    while (1)
    {
        // 舵机控制占空比范围2.5% ~ 12.5%
        // Counter Period设置的是2000，因此占空比设置范围是50 ~ 250

        // 中点，占空比7.5%，即2000 * 7.5% = 150
        __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim4, TIM_CHANNEL_3, 150);
        HAL_Delay(1000);

        // 向左转，占空比2.5%，即2000 * 2.5% = 50
        __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim4, TIM_CHANNEL_3, 50);
        HAL_Delay(1000);

        // 向右转，占空比12.5%，即2000 * 12.5% = 250
        __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim4, TIM_CHANNEL_3, 250);
        HAL_Delay(1000);
    }