『开源项目』基于STM32的智能垃圾桶之舵机控制（HAL库）

大家好，我是『芯知识学堂』的SingleYork，前面给大家简单介绍了<基于STM32的智能垃圾桶之成员简介>、<基于STM32的智能垃圾桶之语音识别>和<基于STM32的智能垃圾桶之语音播报>，今天笔者将要给大家介绍我们这个DIY智能垃圾桶套件中“舵机控制”的详细使用。

关于舵机的基本知识，网上一搜一大把，笔者在此就不跟大家做过多解释了，本例中，笔者使用的是SG90模拟舵机：

这个舵机的三根线分别为：GND（棕色）、VCC（红色）、PWM（黄色），按照下图所示的接线方法，直接接到我们的OWL Micro F1 - EXT扩展板的舵机接口上即可：

舵机跟扩展板的硬件连接非常的简单，实际上，笔者设计的专用的四路舵机接口跟舵机的线序是一一对应的，直接插上去就OK了，笔者就不多说了。

硬件连接搞定了，那么，我们应该产生怎样的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：

了解了舵机的控制原理后，接下来，笔者就要来给大家介绍软件部分的实现。软件部分笔者主要给大家介绍如何通过STM32CubeMX来配置生成代码（最终的综合代码，笔者不是采用STM32CubeMX来配置，而是采用移植的方式来实现），关于CubeMX的基本操作，包括软件安装、芯片支持包安装什么的，请大家自行百度。

首先，我们打开STM32CubeMX软件（笔者使用的是5.6.1版本），在“New Project”选项中使用“Start My project from MCU”的方式新建工程，点击“ACCESS TO MCU SELECTOR”跳转到MCU选择界面：

在弹出的MCU选择界面，我们找到“CMU/MPU Selector”菜单，然后直接选择我们所使用的MCU—STM32F103C8，然后在右侧的“MCUs/MPUs List:1 item”中双击STM32F103C8便可新建一个CubeMX工程：

接下来，我们来开始配置RCC时钟，如下图所示，在工程外设选择和引脚分配选择“Pinout&Configuartion”界面，找到“System Core”选项下面的RCC，单击RCC在“RCC mode and Configuration”界面，将“High Speed Clock（HSE）”设置为“Crystal/Ceramic Resonator”，即：使用外部晶振。

接下来，进入系统时钟配置界面“Clock Configuration”，在这里，我们选择使用外部8MHz晶振，并配置系统时钟为72MHz，这里有很多选项，如果我们不知道怎么选的话，直接在“HCLK（MHz）”输入框中，直接输入72然后回车：

在输入72并回车之后，会弹出如下对话框，点击“OK”即可完成时钟一键配置（有些芯片可能会需要手动微调）：

最终得到的时钟配置如下图所示：

接下来，我们继续回到工程外设选择和引脚分配选择“Pinout&Configuartion”界面，因为我们的OWL Micro F1 - EXT扩展板上面控制四路舵机的引脚分别非PA6、PA7、PB0、PB1，正好是定时器TIM3的CH1、CH2、CH3、CH4通道，所以我们使用TIM3的功能来实现四路舵机的控制，在“Pinout&Configuartion”界面找到“Timers”，然后选择TIM3，同时勾选“Internal Clock”使能内部时钟源，并将定时器的四个通道分别设置成“PWM Generation CH1”、“PWM Generation CH2”、“PWM Generation CH3”、“PWM Generation CH4”：

根据定时器Update时间计算公式Tout=((arr+1)*(psc+1))/Tclk（其中，Tout为定时器溢出时间，arr为重装载值，psc为预分频系数，Tclk为定时器的输入时钟频率（单位为MHz）），我们将定时器TIM3的参数设置如下：

1、设置定时器预分频器为719（即：720-1）可以得到100KHz的定时器计数时钟；
2、设定定时器计数周期为1999（即：2000-1），这样定时器的频率为50Hz，即可得到20ms的周期；
3、设置定时器的通道1（CH1）-通道4（CH4）为PWM模式1，脉冲数为150，即可得到1.5ms的高电平时间。
4、其他设置，采用默认设置即可。

定时器配置完成后，我们接下来就可以配置“Project Manager”里面的参数，首先是Project里面的设置，这里主要是设置一下“Toolchain/IDE”就可以了，笔者使用的是MDK-ARM编译器5.29版本，所以这里选择IDE为MDK-ARM，最低版本号选择V5.27。

在Code Generator里面，我们可以根据自己的使用习惯选择，笔者这里仅在默认选型中多勾选了一个“Generate peripheral initialization as a pair of“.c/.h” files per peripheral”选型，即：为每个外设单独生产一对“.c/.h”文件。

其他的设置，都使用软件默认设置即可。工程配置完成后，我们就可以使用CubeMX工具直接生产MDK的代码了，点击右上角的“GENERATE CODE”按钮，代码就可以自动生成了：

代码生成完成之后，弹出的提示似乎有点不正常，带有一个灰色的“感叹号”，而且，当我们点击“Open Folder”时候，会出现另外一个提示“…………but MDK-ARM V5.27 project generation have a problem”，这似乎是在提醒我们，刚才生成的MDK工程有问题。

那么为什么会出现这个问题呢？这是因为我们的CubeMX工程所在的路径和文件名都包含了中文字符，似乎CubeMX对中文的支持不太友好。笔者重新在桌面建了一个名为“Smart_Rubbish”的文件夹，同时将CubeMX工程名也都改成了英文的“Smart_Rubbish”：

接下来，我们再来点击“GENERATE CODE”按钮自动生成MDK代码，终于，没有问题了，这个时候，我们可以选择点击“Open Project” 直接打开工程，或者点击“Open Folder”打开工程所在的文件夹：

打开MDK工程文件后，点击左上方的“Rebuild”按钮，编译工程，可以看到没有错误也没有警告：

接下来，我们点击魔法棒“Option for Target”，在Debug界面选择“ST-Link Debug”：

点击“Settings”按钮，在“Flash Download”选项中，勾选“Reset and Run”，在“Pack”选项中，去掉“Enable”前面的“√”（这里尤其是要注意，很多小伙伴在使用高版本的MDK软件下载工程的时候反应，即使勾选了“Reset and Run”在程序下载后也不会自动运行，非要重新上电或者按一下复位按钮才能运行，所以这里要记得去掉这个“Enable”的“√”）：

虽然CubeMX工具可以很方便的自动生成代码，但是用户代码部分，还是需要大家手动编写的，如果我们直接将刚才生成的代码下载到MCU中去，我们会发现，板子上的四路舵机接口无任何反应。这是因为，我们还需要在程序中手动启动定时器的PWM输出。我们只需要在定时器TIM3初始化完成后，添加启动定时器TIM3的4个通道PWM输出的代码即可，如下图所示：

在添加用户代码的时候大家需要注意，如果大家不希望每次修改CubeMX工程后把我们添加的代码覆盖掉，那么我们添加用户代码的时候一定要添加在“USER CODE BEGIN”和“USER CODE END”之间，比如笔者这里就将代码添加到了“USER CODE BEGIN 2”和“USER CODE END 2”之间，这样的话，就不用担心万一需要修改CubeMX工程重新生成代码的时候将我们自己添加的代码覆盖掉了。

现在，我们可以将代码重新编译，然后再下载到MCU中，这个时候我们可以用示波器或逻辑分析仪查看四路舵机接口的PWM波形如下图所示：

我们会发现，PWM波的频率为50Hz，周期为20ms，跟我们设置的一致。我们再将示波器调整一下，测量一下PWM波的高电平宽度，可以看到，也正是我们设置的1.5ms：

按照我们之前介绍的PWM波高电平的时间与舵机旋转角度的关系我们可以知道，这个时候，舵机应该是在90°的位置，那么，如果要让舵机旋转到0°位置，那么我们只需要修改PWM的PLUSE值即可，接下来，我们再添加以下代码，让舵机在0°和90°之间来回旋转：

同样的，笔者是将代码添加到了“USER CODE BEGIN 3”和“USER CODE END 3”之间。重新编译后下载代码，我们可以看到舵机每隔1秒在0°和90°之间切换（笔者这里演示只接了一个舵机，实际上，接一个舵机也是一样的效果，只是接多个电机的时候，可能要考虑一下USB线的供电能力，尤其是后面接上语音识别和语音播报模块的时候，最好使用1A以上手机充电头供电）：

至此，我们的这个DIY的智能垃圾桶项目中的舵机控制部分就介绍完毕了，在下一讲中，笔者将要给大家介绍这个项目的最后一个部分内容，那就是综合的代码，在综合代码中，笔者会将语音识别、语音播报、舵机控制的代码全部整合到一起并进行讲解，敬请关注！

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