STM32Cube-21（补充） | 使用通用定时器产生PWM驱动舵机

本篇详细的记录了如何使用STM32CubeMX配置STM32L431RCT6的通用定时器外设，产生PWM驱动舵机。

1. 准备工作

硬件准备

• 开发板 首先需要准备一个开发板，这里我准备的是STM32L4的开发板（BearPi）：

小熊派IoT开发套件

• 舵机

这里我使用常见的 SG90 舵机：

9g舵机

知识小卡片 —— 舵机

舵机是电机的一种，又叫伺服电机，舵机的优势是可以设定转到指定的位置，本文中使用的SG90型号的舵机可以在0°-180°的范围内转动到指定角度，在实际项目中使用非常广泛。

在硬件上，SG90 舵机有三根线，红色的为电源线（5V），棕色的为 GND ，橙色的为控制线，用来传输 PWM 信号。

那么，应该产生怎样的PMW波形来控制舵机的转动角度呢？

SG90的舵机要求控制舵机的 PWM 信号频率在50Hz左右，即周期为 20ms 的 PWM 信号，当该信号的高电平部分在0.5ms - 2.5ms之间时，对应舵机转动的角度，具体对应情况如下表：

下面结合一个动图来理解：

图片来源八色木

知识小卡片结束啦！对舵机有了解了吗？

软件准备

• 需要安装好Keil - MDK及芯片对应的包，以便编译和下载生成的代码；

Keil MDK和串口助手Serial Port Utility 的安装包都可以在文末关注公众号获取，回复关键字获取相应的安装包：

2.生成MDK工程

选择芯片型号

打开STM32CubeMX，打开MCU选择器：

打开MCU选择器

搜索并选中芯片STM32L431RCT6:

选择芯片

配置时钟源

• 如果选择使用外部高速时钟（HSE），则需要在System Core中配置RCC；
• 如果使用默认内部时钟（HSI），这一步可以略过；

这里我都使用外部时钟：

打开外部时钟

配置通用定时器TIM16

定时器TIM

STM32L431xx 系列有 1 个高级定时器（TIM1）, 3 个通用定时器（TIM2、TIM15、TIM16），两个基本定时器（TIM6、TIM7），还有两个低功耗定时器（LPTIM1、LPTIM2）。

STM32L431 的通用 TIMx (TIM2、TIM15、TIM16)定时器功能包括：

• 16 位(TIM15,TIM16)/32 位(TIM2)向上、向下、向上/向下自动装载计数器，注意： TIM15、TIM16 只支持向上（递增）计数方式；
• 16 位可编程(可以实时修改)预分频器，计数器时钟频率的分频系数为 1～65535 之间的任 意数值；
• 4 个独立通道（TIMx_CH1~4， 其中 TIM15 最多 2 个通道， TIM16 最多 1 个 通道）；

这些通道可以用来作为：

• 输入捕获
• 输出比较
• PWM 生成(边缘或中间对齐模式)
• 单脉冲模式输出

如下事件发生时产生中断/DMA：

• 更新：计数器向上溢出/向下溢出，计数器初始化(通过软件或者内部/外部触发)
• 触发事件(计数器启动、停止、初始化或者由内部/外部触发计数)
• 输入捕获
• 输出比较

知识小卡片结束啦

接下来开始配置TIM16定时器的PWM功能：

首先选择TIM，选择通道1的功能，默认的CH1是PA6引脚，但是开发板上是与 PB8 连接的，所以在右边将PB8配置为TIM16_CH1：

打开TIM16并选择PWM输出引脚

接下来是对TIM16的参数设置，参照数据手册中的RCC时钟树，TIM16内部时钟来源是PCLK2 = 80Mhz，我们的目的是产生20Hz的PWM，所以预分频系数设置为80-1，自动重载值为20000-1，得到的计时器更新中断频率即为80000000/80/20000 = 50 Hz：

设置PWM输出频率

其余的一些设置保持默认即可，最后配置PWM占空比：

设置PWM占空比

配置时钟树

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

设置时钟树

生成工程设置

工程设置

代码生成设置

最后设置生成独立的初始化文件：

代码生成设置

生成代码

点击GENERATE CODE即可生成MDK-V5工程：

生成代码

3. 在MDK中编写、编译、下载用户代码

启动定时器并产生PWM

最后在main函数中开启TIM2并使能其中断（TIM2初始化代码之后）：

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 */
}

编译下载之后，可以看到舵机旋转到45°：

舵机转动45°现象

动态改变舵机角度

上一个实验中，我们配置了PWM波的高电平时长计数个数为1000，即时长为1ms，对应旋转角度为45°，在本实验中，我们来动态改变 PWM 占空比，使舵机在0°到180之间来回旋转。

编写如下代码：

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 */
    //产生PWM，舵机转动
    HAL_TIM_PWM_Start(&htim16,TIM_CHANNEL_1);

    //1s后改变舵机角度，增加45°
    HAL_Delay(1000);
    pluse += 500;
    if(pluse == 3000)
    {
      //如果舵机角度大于180°，回零
      pluse = 500;
    }

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

编译下载后可以看到舵机在0°-180°之间来回旋转：

舵机角度动态调整效果

至此，我们已经学会如何使用通用定时器产生PWM驱动舵机。

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