STM32控制舵机完全指南：从原理到实战（适合小白入门）_stm32 3.3v怎么驱动舵机

STM32控制舵机完全指南：从原理到实战

一、舵机基础原理

1.1 舵机是什么？

舵机（Servo Motor）是一种位置伺服驱动器，它可以根据控制信号精确地旋转到特定角度并保持在该位置。舵机内部包含直流电机、减速齿轮组、控制电路和电位器（用于检测当前角度）。

1.2 舵机如何工作？

舵机通过接收PWM（脉冲宽度调制）信号来控制角度。这个信号有三个关键特征：

• 频率固定：通常为50Hz（周期20ms）
• 脉宽可变：高电平持续时间在0.5ms-2.5ms之间变化
• 脉宽与角度对应：
  • 0.5ms → 0度
  • 1.5ms → 90度
  • 2.5ms → 180度

二、硬件准备与连接

2.1 所需材料

• STM32开发板（如STM32F103C8T6）
• 舵机（常见SG90）
• 杜邦线若干
• 5V电源（注意：STM32的3.3V可能无法驱动舵机）

2.2 接线方式

重要提示：

• 当驱动多个舵机时，建议使用外部电源供电
• 确保共地（STM32与舵机电源地连接在一起）

三、STM32 PWM配置

3.1 PWM基础概念

PWM（脉冲宽度调制）是控制舵机的核心技术。STM32的定时器可以生成精确的PWM信号：

• ARR（自动重装载值）：决定PWM周期
• CCR（捕获/比较值）：决定脉冲宽度（占空比）

3.2 CubeMX配置步骤

1. 打开STM32CubeMX，选择对应芯片
2. 配置时钟树，确保定时器时钟正确（如72MHz）
3. 选择定时器（如TIM3）和通道（如CH1）
4. 设置模式为\"PWM Generation CH1\"
5. 参数设置：
   • Prescaler（分频系数）：71
   • Counter Period（ARR）：1999
   • Pulse（初始CCR）：150（对应1.5ms）

3.3 关键代码解析

PWM初始化代码（以TIM3通道1为例）：

// PWM初始化函数void PWM_Init(void) { TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStruct; TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStruct; // 1. 使能时钟 RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE); RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); // 2. GPIO配置 GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6; GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct); // 3. 定时器基础配置 TIM_TimeBaseStruct.TIM_Prescaler = 72 - 1; // 72MHz/72 = 1MHz TIM_TimeBaseStruct.TIM_Period = 20000 - 1; // 20ms周期 TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStruct); // 4. PWM通道配置 TIM_OCInitStruct.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; TIM_OCInitStruct.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; TIM_OCInitStruct.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; TIM_OC1Init(TIM3, &TIM_OCInitStruct); // 5. 启动定时器 TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);}

四、舵机控制实战

4.1 角度控制函数

将PWM脉宽转换为角度控制：

// 设置舵机角度（0-180度）void Servo_SetAngle(float angle) { // 角度转换为CCR值：500(0°) ~ 2500(180°) uint16_t pulse = (angle / 180) * 2000 + 500; TIM_SetCompare1(TIM3, pulse); // 更新CCR值}

4.2 主程序示例

#include \"stm32f10x.h\"#include \"pwm.h\"#include \"delay.h\"int main(void) { Delay_Init(); PWM_Init(); while(1) { // 0° → 90° → 180°循环 Servo_SetAngle(0); Delay_ms(1000); Servo_SetAngle(90); Delay_ms(1000); Servo_SetAngle(180); Delay_ms(1000); }}

4.3 按键控制进阶版

通过按键控制角度增减：

uint8_t key = KEY_GetNum();if(key == 1) { // KEY1按下 angle += 30; if(angle > 180) angle = 0; Servo_SetAngle(angle); OLED_ShowNum(1, 7, angle, 3); // 显示当前角度}

五、常见问题与调试技巧

5.1 舵机不转动

检查步骤：

1. 确认电源电压≥4.8V
2. 检查信号线连接是否正确
3. 用示波器测量PWM波形
4. 检查代码中定时器和GPIO配置

5.2 舵机抖动或不稳定

解决方案：

1. 增加电源滤波电容（如100μF）
2. 确保电源电流足够（单个舵机约需300mA）
3. 检查PWM信号是否稳定

5.3 角度不准确

校准方法：

// 实际测试后调整公式void Servo_Calibrate(float angle) { // 自定义校准参数 uint16_t pulse = (angle / 180) * 1800 + 600; // 根据实测调整 TIM_SetCompare1(TIM3, pulse);}

六、项目扩展

6.1 多舵机控制

STM32的单个定时器可以同时控制4路舵机（通用定时器）：

// 初始化TIM3的4个通道TIM_OC1Init(TIM3, &TIM_OCInitStruct); // CH1TIM_OC2Init(TIM3, &TIM_OCInitStruct); // CH2// ...其他通道类似

6.2 机械臂控制实例

6自由度机械臂控制：

void RoboticArm_Control(float angles[6]) { Servo_SetAngle(0, angles[0]); // 底座 Servo_SetAngle(1, angles[1]); // 肩部 Servo_SetAngle(2, angles[2]); // 肘部 // ...其他关节}

6.3 使用中断优化

通过定时器中断实现平滑运动：

void TIM3_IRQHandler(void) { if(TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update)) { static uint8_t step = 0; float target_angle = 90 + 30 * sin(step++ * 0.1); Servo_SetAngle(target_angle); TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update); }}

七、学习资源推荐

1. 官方文档：

   • 《STM32参考手册》定时器章节
   • STM32CubeMX用户手册

2. 开发工具：

   • 逻辑分析仪（观察PWM波形）
   • STM32CubeMonitor（实时调试）

3. 进阶项目：

   • 双足机器人平衡控制
   • 云台跟踪系统
   • 自动窗帘控制器

完整工程下载：
STM32舵机控制示例代码

通过本指南，您已经掌握了从基础原理到实际应用的STM32舵机控制技术。建议按照以下步骤实践：

1. 从单个舵机控制开始
2. 尝试按键交互控制
3. 实现多舵机协同
4. 最后开发完整项目（如机械臂）

遇到问题时，记住检查电源、信号和代码配置这三个关键环节。祝您在嵌入式开发之路上越走越远！

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