PWM舵機控制原理

標準的 PWM 舵機有三條控制線，分別為:電源、地及信號線，
小型舵機
市面上大多數180°舵機需要的PWM波周期通常為20ms，高電平接收時間通常為0.5 ~ 2.5ms，對應舵機旋轉角度為0 ~ 180°，用PWM波控制舵機時，只需將時鐘的周期設定為20ms（50Hz），并且通過改變比較值pulse改變PWM波的高電平時間來控制舵機旋轉的角度.

STM32CubeMx主要配置

對于STM32，我使用的是STM32CubeIDE + Mx 進行開發，時鐘框圖為默認配置，如圖，
STM32時鐘框圖

TIMER

由于需要控制6個舵機，我選擇了TIM3（4路PWM輸出）和TIM9（2路PWM輸出），
PWM輸出的頻率由時鐘APB2決定，由時鐘框圖可知此處的APB2頻率為16MHz；PWM波頻率計算公式為：

W = APB2 / (PSC + 1)(ARR + 1)

其中PSC為分頻系數，ARR為自動重裝載值，這里我將PSE設定為39，ARR設定為7999，
Timer配置
注意，這里的計數模式(Counter Mode)不同時，會導致接下來比較值值相同時舵機的旋轉方向不同，

由于PWM波高電平時間需控制在0.5 ~ 2.5ms內，所以各PWM通道的比較值（pulse）必須控制在200 ~ 1000之內; （8000 x 0.5 / 20 = 200）（8000 x 2.5 / 20 = 1000）

當舵機旋轉角度為90°時，pulse值應為600，這里我將各個PWM輸出通道的比較值均設定為600，
PWM通道配置
由于我手頭上的機械臂中的一個舵機用于控制機械爪，其為90°舵機，所以在配置控制該舵機的PWM通道時，比較值范圍僅能為200 ~ 600，中間值為400我使用的單片機為STM32F407VGT6，其TIM3和TIM9所對應的PWM輸出通道分別為PA6, PA7, PB0, PB1和PE5, PE6，
這里只需將這些IO口設定為復用推挽輸出以及上拉即可，
GPIO--TIM

串口配置

這里我選擇USART_2用作串口通訊，其Tx與Rx分別對應為PA2、PA3，

串口的配置如圖所示，串口配置
這里使用異步通信模式，注意波特率等引數需與上位機相匹配，

串口GPIO
PA2與PA3均設定為復用推挽輸出，上拉，

中斷控制

由于這里我只使用了串口接收中斷，所以NVIC這里可以不用配置；若STM32除了控制機械臂外還有其余任務，則可能需要配置NVIC，

STM32CubeIDE代碼實作

在STM32CubuMx配置完畢并生成工程之后，我們的主要任務只有設計上位機與單片機的通訊協議，以及完成串口接收中斷函式即可，

通訊協議設計

我初步的設計為串口發送一次資料，控制單個舵機的角度；所以發送的資料中需要包括舵機的編號以及舵機的目標角度（或者由角度轉換而成的比較值），

在這里我沒有設計通訊頭以及對舵機轉速的控制，因為這里我的串口只用于傳輸控制舵機的指令，以及我使用的是小型舵機，其轉速并不是很快，可以滿足我的要求，無需控制其速度，

設計思路如下：
上位機每次發送16位的資料（2個uint8_t型別，串口只能發送串口），舵機編號為0~5，發送的pulse值為 (200 ~ 1000) - 200，將舵機編號數值乘以1000加上pulse值減去200得到一個uint16_t型別的數值；再將其轉換為十六進制進行發送，

例：對3號舵機進行操作，角度為45°，

資料處理：
3 x 1000 + (45° / 180°) x 800 = 3200；
3200轉換為十六進制為：0x0C80，

STM32進行逆向操作得到原資料，

STM32代碼實作

由于串口發送的是兩個uint8_t型別的資料，所以在解碼之前還需將兩個uint8_t型別資料轉換為一個uint16_t型別的資料，

在打開USART2的接收中斷時，設定為接受到兩個uint8_t型別的資料進入接收中斷，以便于在接收中斷處理函式中進行資料處理，

uint8_t pulse[2];
HAL_UART_Receive_IT(&huart2, pulse, sizeof(pulse));

串口接受中斷函式代碼如下：



void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
	if(huart->Instance == USART2)
	{
		uint8_t rec0, rec1;

		// 獲取接收到的兩個位元組的資料
		rec0 = *((huart->pRxBuffPtr) - 2);
		rec1 = *((huart->pRxBuffPtr) - 1);

		uint16_t numPart[2], armControl, arm targetPulse;

		// 通過移位與強制轉換得到uint16_t型別資料
		numPart[0] = (uint16_t) rec0;
		numPart[1] = (uint16_t) rec1;
		armControl = ((numPart[0] << 8) | numPart[1]);

		// 逆向解碼
		arm = armControl / 1000;  // 舵機編號
		targetPulse = armControl % 1000 + 200;	// 目標比較值

		// 通過switch陳述句改變指定PWM通道的比較值
		switch(arm)
		{
			case 1:
				__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_1, targetPulse);
				break;

			case 2:
				__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_2, targetPulse);
				break;

			case 3:
				__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_3, targetPulse);
				break;

			case 4:
				__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_4, targetPulse);
				break;

			case 5:
				__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim9, TIM_CHANNEL_1, targetPulse);
				break;

			case 6:
				__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim9, TIM_CHANNEL_2, targetPulse);
				break;
		}
	}
}

在進入while回圈之前還需將PWM通道使能;

  HAL_TIM_PWM_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_1);
  HAL_TIM_PWM_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_2);
  HAL_TIM_PWM_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_3);
  HAL_TIM_PWM_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_4);
  HAL_TIM_PWM_Start(&htim9, TIM_CHANNEL_1);
  HAL_TIM_PWM_Start(&htim9, TIM_CHANNEL_2);

并且在USART2_IRQHandler函式中使能串口接收中斷：

void USART2_IRQHandler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN USART2_IRQn 0 */

  /* USER CODE END USART2_IRQn 0 */
  HAL_UART_IRQHandler(&huart2);
  /* USER CODE BEGIN USART2_IRQn 1 */
  HAL_UART_Receive_IT(&huart2, pulse, sizeof(pulse));
  /* USER CODE END USART2_IRQn 1 */
}