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【STM32F1】——舵机角度控制与TIM定时器

一、简介

本篇主要对舵机DS-S002M模块调试过程进行总结，实现了以下功能：

1）舵机转动角度的控制：利用STM32F103C8T6的TIM定时器产生PWM信号控制舵机DS-S002M转动一定的角度。

二、DS-S002M数字舵机介绍

1. 电压：4.8-6.0V
2. 操作角度：180°
3. 质量：5.8g
4. 信号周期：20ms
5. 脉冲宽度：500-2500us（0.5-2.5ms）
6. 数字舵机/模拟舵机：数字舵机只需要发一次信号，模拟舵机需要持续发信号

三、相关基础知识

1. 舵机控制原理：

   向舵机发送一个时长为20ms的PWM信号，其高电平持续时间0.5 ~ 2.5ms，即所谓的占空比可以对应控制转角转动0 ~ 180°，即PWM的占空比决定舵机转角。

2. 信号基础——时钟周期与分频：

   1）一般，STM32单片机的系统时钟Sys_tck = 72MHz（1MHz = $10^6$ Hz），即将1秒分成7200万份，作为时基。在实际使用时，对Sys_tck进行切分，即分频。如采用7200分频（PSC=7200-1），即时基为0.01MHz，每份约0.1ms

   2）STM32单片机的最大分频数为65536

   3）为什么是PSC=分频数-1，是因为计算机是从0开始计数的。

3. 如何产生PWM信号：

   1）PWM波的产生需要两个因素：高低电平跳变+控制高低电平持续时间

   2）单片机中，PWM波的产生可以依靠定时器来实现

4. 定时器——如何构造高低电平跳变：利用循环计数器自动复位计数

   1）STM32单片机的定时器本质上就是循环计数器，由一些寄存器构成。其中最重要的是计数寄存器CK_CNT和自动重载寄存器ARR

   2）对计数寄存器CK_CNT来说，时钟前进一下，其存储的数值自动加一或减一

   3）对自动重载寄存器ARR来说，相当于储存一个上限值。当CK_CNT大于ARR时，计数寄存器CK_CNT会自动复位重新循环计数。如果设置了中断时，还会触发对应的中断

   4）计数模式分为向上（0→ARR）、向下（ARR→0）、中心对齐（0→ARR→0）

4. 定时器——如何控制高低电平持续时间：通过比较寄存器控制高电平持续时间

   从上面的内容我们可以看出：依靠循环计数器，可以实现跳变，但不能将间隔分成前后两端。如果在循环计数中，增加一个比较寄存器CCR，在计数器更新时与CCR比较，并输出比较的结果便可实现。当 0 < CK_CNT < CCR时，输出高电平，而CCR < CK_CNT < ARR时输出低电平，便实现了控制高低电平的持续时间。

5. 定时器ARR和PSC的配置：

   1）最重要的是定时器周期TIM_Period（ARR）和分频数TIM_Prescaler（PSC），两者之间存在确定的关系，可以表示为：PWM信号的周期（20ms）

   = ( A R R − 1 ) ∗ 时基 = ( A R R − 1 ) ∗ ( P S C − 1 ) / Sys_tck = (ARR-1) * \text{时基} = (ARR-1) * (PSC-1) / \text{Sys\_tck} =<