STM32驱动SG90舵机全攻略：从波形生成到实战应用（中下） | 零基础入门STM32第八十四步

主题	内容	教学目的/扩展视频
舵机控制	电路连接，驱动原理，驱动程序，调用控制。	能写入角度值，为小车开发做准备。

师从洋桃电子，杜洋老师

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▲ 回顾上期STM32驱动SG90舵机全攻略：从原理到代码实现（上） | 零基础入门STM32第八十二步

▲ 回顾上期STM32驱动SG90舵机全攻略：从波形生成到实战应用（中上） | 零基础入门STM32第八十三步

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一、PWM控制舵机原理

1.1 舵机控制信号特性

典型舵机控制信号参数：

参数	数值范围	对应角度
周期	20ms (50Hz)	固定不变
高电平时间	0.5ms-2.5ms	0°-180°

（图1：波形对应角度示意图）

1.2 定时器PWM模式

STM32提供两种PWM模式：

/* PWM模式选择 */
TIM_OCMode_PWM1: 向上计数CNT<CCR有效，向下计数CNT>CCR无效
TIM_OCMode_PWM2: 向上计数CNT<CCR无效，向下计数CNT>CCR有效

二、硬件系统架构

2.1 硬件连接方案

模块	连接引脚	功能说明
舵机信号线	PB0 (TIM3_CH3)	PWM信号输出
OLED显示屏	I2C接口	角度显示
触摸按键	独立GPIO	角度选择控制

三、核心代码解析

3.1 主程序逻辑框架

int main(void) {
    // 系统初始化
    RCC_Configuration();  // 时钟配置
    TIM3_PWM_Init(59999,23); // PWM初始化(20ms周期)
    
    while(1) {
        // 按键扫描与角度设置
        if(按键A按下) Set_Angle(0);   // 0.5ms
        if(按键B按下) Set_Angle(45);  // 1.5ms
        if(按键C按下) Set_Angle(90);  // 2.0ms 
        if(按键D按下) Set_Angle(180); // 2.5ms
    }
}

void Set_Angle(uint8_t angle) {
    uint16_t pulse = 1500 + angle*33; // 角度转脉冲计算
    TIM_SetCompare3(TIM3, pulse);     // 修改CCR寄存器值
}

3.2 PWM初始化函数详解

void TIM3_PWM_Init(u16 arr, u16 psc) {
    // GPIO配置
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {
        .GPIO_Pin = GPIO_Pin_0,
        .GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP,  // 复用推挽输出
        .GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz
    };
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);

    // 定时器基础配置
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStruct = {
        .TIM_Period = arr,        // 自动重装载值
        .TIM_Prescaler = psc,     // 预分频系数
        .TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up // 向上计数模式
    };
    TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseInitStruct);

    // PWM通道配置
    TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStruct = {
        .TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1,
        .TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High,
        .TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable
    };
    TIM_OC3Init(TIM3, &TIM_OCInitStruct);

    TIM_Cmd(TIM3, ENABLE); // 启动定时器
}

四、关键技术点解析

4.1 周期与占空比计算

计算公式：

示例参数分析：

TIM3_PWM_Init(59999, 23);
/* 
TIM_CLK = 72MHz
T = (59999+1)*(23+1)/72,000,000 = 0.02s (50Hz)
脉冲分辨率 = 20ms / (59999+1) ≈ 0.33μs
*/

4.2 重映射配置

// 重映射配置函数
void GPIO_Remap_Config(void) {
    GPIO_PinRemapConfig(GPIO_PartialRemap_TIM3, ENABLE); // 部分重映射
    /* 
    默认通道映射：
    TIM3_CH1 -> PA6
    部分重映射：
    TIM3_CH1 -> PB4
    */
}

五、扩展应用设计

5.1 多通道舵机控制

// 扩展TIM3其他通道
#define SERVO_NUM 3
uint16_t servo_pins[SERVO_NUM] = {GPIO_Pin_0, GPIO_Pin_1, GPIO_Pin_4};

void Multi_Servo_Init(void) {
    for(int i=0; i<SERVO_NUM; i++) {
        GPIO_Init(GPIOB, servo_pins[i]); // 初始化多个PWM输出
    }
    // 配置各通道比较寄存器
}

5.2 中央对齐模式应用

// 配置中央对齐模式
TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_CenterAligned1;
/* 
模式特点：
- 减少电机噪声
- 生成对称PWM波形
- 适合电机控制场景
*/

六、调试与优化

6.1 示波器测量要点

测量参数	预期值	调整方法
PWM周期	20ms ±1%	修改arr/psc参数
脉冲宽度	0.5-2.5ms	调整CCR寄存器值
上升沿时间	<1μs	检查GPIO速度设置

6.2 常见问题排查

现象	可能原因	解决方案
舵机无反应	PWM极性设置错误	检查TIM_OCPolarity配置
角度控制不准确	脉冲计算错误	校验角度转换公式
多通道干扰	重映射配置冲突	检查AFIO重映射设置

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七、相关资源

[1] 洋桃电子B站课程-STM32入门100步
[2] STM32官方文档手册
[3] STM32F103固件函数库用户手册（中文）
[4] PWM驱动舵机程序
[5] 定时器PWM程序分析.pptx

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技术讨论（请在评论区留言~）

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下期预告：下一期将探讨定时器PWM程序分析2，欢迎持续关注！

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实测开发版：洋桃1号开发版（基于STM32F103C8T6）
更新日志：

• v1.0 初始版本（2025-03-25）