PWM控制舵機(jī)

1 舵機(jī)簡(jiǎn)介

伺服電機(jī)通常被稱為舵機(jī)，它是一種帶有輸出軸的小裝置。當(dāng)我們向伺服器發(fā)送一個(gè)控制信號(hào)時(shí)，輸出軸就可以轉(zhuǎn)到特定的位置。只要控制信號(hào)持續(xù)不變，伺服機(jī)構(gòu)就會(huì)保持軸的角度位置不改變。如果控制信號(hào)發(fā)生變化，輸出軸的位置也會(huì)相應(yīng)發(fā)生變化。日常生活中，舵機(jī)常被用于遙控飛機(jī)、遙控汽車、機(jī)器人等領(lǐng)域。

舵機(jī)在機(jī)器人領(lǐng)域非常有用。因?yàn)槎鏅C(jī)有內(nèi)置的控制電路，它們的尺寸雖然很小，但輸出力夠大。像Futaba S-148這樣的標(biāo)準(zhǔn)舵機(jī)能提供 0.3牛/米的扭矩，相對(duì)于它的外形大小來(lái)說這已經(jīng)足夠強(qiáng)大了。同時(shí)，舵機(jī)消耗的能量與機(jī)械負(fù)荷成正比。因此，一個(gè)輕載的舵機(jī)系統(tǒng)不會(huì)消耗太多的能量。

2 舵機(jī)結(jié)構(gòu)

舵機(jī)主要由以下幾個(gè)部分組成：外殼、舵盤、直流電機(jī)、減速齒輪組、角度傳感器、控制驅(qū)動(dòng)電路和接口線纜等。常見的舵機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示。

舵機(jī)的輸入有三根線，一般的中間的紅色線為電源正極，咖啡色線的為電源負(fù)極，黃色色線為控制線號(hào)線。

3 舵機(jī)控制

控制線用于傳輸角度控制信號(hào)。這個(gè)角度是由控制信號(hào)脈沖的持續(xù)時(shí)間決定的，這叫做脈沖編碼調(diào)制（PCM）。舵機(jī)的控制一般需要一個(gè)20ms左右的時(shí)基脈沖，該脈沖的高電平部分一般為0.5ms-2.5ms范圍，總間隔為2ms。脈沖的寬度將決定馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)的距離。

例如：1.5毫秒的脈沖，電機(jī)將轉(zhuǎn)向90度的位置（通常稱為中立位置，對(duì)于180°舵機(jī)來(lái)說，就是90°位置）。如果脈沖寬度小于1.5毫秒，那么電機(jī)軸向朝向0度方向。如果脈沖寬度大于1.5毫秒，軸向就朝向180度方向。以180度舵機(jī)為例，對(duì)應(yīng)的控制關(guān)系是這樣的：

4 任務(wù)實(shí)踐

通過按鍵控制舵機(jī)角度，當(dāng)KEY1按下后， 減少占空比，當(dāng)KEY2按下后，增加占空比，并在串口輸出此時(shí)的角度。

1. PWM參數(shù)計(jì)算
   PWM信號(hào)周期Period=20ms，采用STM32內(nèi)部8MHz的時(shí)鐘，計(jì)算可得(ARR+1)*(PSC+1)=160000，故可取ARR=199，PSC=799。舵機(jī)為0度時(shí)，高電平持續(xù)時(shí)間為0.5ms，即占空比Duty=0.025，則CCR初始值可以設(shè)為5.

PWM參數(shù)計(jì)算在STM32基礎(chǔ)：定時(shí)器的PWM輸出功能中有詳細(xì)講解。

1. 在CubeMX中配置PWM(采用定時(shí)器3通道1)、串口以及按鍵1和按鍵2對(duì)應(yīng)GPIO為中斷模式并使能.
   
   

在CubeMX中配置串口，在Keil中使用“Use MicroLIB”并在代碼中重定向printf函數(shù)的方法在STM32基礎(chǔ)：定時(shí)器的定時(shí)計(jì)數(shù)功能有詳細(xì)講解。

在CubeMX中配置GPIO中斷并使能的方法已經(jīng)按鍵的相關(guān)操作在STM32基礎(chǔ)：中斷系統(tǒng)中有詳細(xì)講解。

3. 編寫代碼

/* USER CODE BEGIN PD */
#define CCR_MAX 25  // CCR最大值
/* USER CODE END PD */

/* USER CODE BEGIN PV */
uint16_t CCR = 5;   // CCR初始值
uint16_t Step = 5;  // CCR步進(jìn)值
/* USER CODE END PV */

/* USER CODE BEGIN 4 */
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
  if(GPIO_Pin == KEY1_Pin)
  {
    (CCR >= CCR_MAX) ? (CCR = 5) : (CCR += Step);
    __HAL_TIM_SetCompare(&htim3, TIM_CHANNEL_1, CCR);
    printf("Sigle = %d", (CCR/5 - 1)*45);
    HAL_Delay(200);
  }
  else if (GPIO_Pin == KEY2_Pin)
  {
    (CCR <= 5) ? (CCR = CCR_MAX) : (CCR -= Step);
    __HAL_TIM_SetCompare(&htim3, TIM_CHANNEL_1, CCR);
    printf("Sigle = %d", (CCR/5 - 1)*45);
    HAL_Delay(200);
  }
}

/* USER CODE END 4 */