序言

本人一枚軟件編程人員，有一定C語言基礎(chǔ)，目前自學(xué)STM32單片機，寫下此篇一鞏固所學(xué)二交流分享。

按照慣例，先介紹理論再實戰(zhàn)上手，穿插習(xí)題，最后給出我的愚見。

SG90屬于一種舵機，最適合小白入門，可直接由單片機驅(qū)動。另外，單片機中給我們封裝了很多東西，所以有些地方，讀者只要記住就好，不理解的地方，不要尋根究底，你就默認(rèn)單片機底層給你實現(xiàn)了某項功能就好，不用在意其實現(xiàn)基礎(chǔ)細(xì)節(jié)原理。

這篇理論講的很淺顯，是為了讓大家容易看懂。

一、基礎(chǔ)理論

1.1 舵機控制原理–PWM

舵機一般可以再0-180度或0-360度轉(zhuǎn)動任意角度，經(jīng)常用于小車小船轉(zhuǎn)向控制和機械臂的關(guān)節(jié)等。舵機的轉(zhuǎn)動角度范圍不是固定的，請購買時問問商家，到底是哪個范圍的。實際使用中，我們對舵機有兩個基本需求：

1. 舵機轉(zhuǎn)動一定角度。
2. 舵機轉(zhuǎn)動時，控制者要求舵機轉(zhuǎn)到一個新的角度。

機器如何給舵機發(fā)送其轉(zhuǎn)動角度呢？首先，要低成本，信號線要少。其次，要滿足任意角度和中途打斷。設(shè)計者推出了一個簡單的方法：用一個時長為20ms的信號去控制舵機，信號的前一段為高電平，持續(xù)時間0.5ms到2.5ms，代表轉(zhuǎn)動角度0-180或者360度，后半段為低電平，這就是PWM信號，具體如下圖：

容易看出來，PWM信號利用前段為高電平持續(xù)時間控制旋轉(zhuǎn)角度，本質(zhì)用占空比控制了旋轉(zhuǎn)角度。
運轉(zhuǎn)時，舵機轉(zhuǎn)到你指定的角度需要一定的時間，轉(zhuǎn)動的角度越大，需要的時間越久，所以你可能需要等待一定的時間。如果你剛剛給舵機發(fā)送指令轉(zhuǎn)到180度，緊接著又發(fā)送指令轉(zhuǎn)到90度，舵機會不轉(zhuǎn)到180度再轉(zhuǎn)到90度，而是在接受到信號時直接在當(dāng)前的角度直接轉(zhuǎn)到90度去。

習(xí)題

習(xí)題110. 如果2.5ms為90度，那么36度的PWM信號是高電平時間長度是？
習(xí)題111. 為什么是PWM控制舵機，有沒有其他的方法？
習(xí)題112. PWM信號屬于串行還是并行通信？全工還是單工？為什么要這么設(shè)計？
習(xí)題113. PWM信號長度為20ms，為什么一般只用前2.5ms？

1.2 定時器

為什么要講解定時器，要用它去產(chǎn)生PWM信號。

1.2.1 基礎(chǔ)定時器

定時器，顧名思義，按照定下鬧鐘到了某個時刻做某件事情。比如，你定下鬧鐘早上6點起床跑步，或者每隔半個小時喝一次水。你也可以給機器制作一個鬧鐘，每隔半秒二極管發(fā)光或者熄滅，或者每隔4秒燈亮起來再過4秒燈熄滅。
為了達(dá)成“每隔4秒二極管亮起來再過4秒二極管熄滅”，咱們構(gòu)造一套定時器系統(tǒng)，它也許很奇怪，設(shè)計的有些復(fù)雜，但是還請你壓制疑問，跟我一起把它造出來。

1. 咱們構(gòu)造一個時鐘裝置，每過20ms，它響一次，也就是它將1秒切成50份，每份長20ms。（為什么要造這么一個時鐘呢，這是因為單片機的時鐘就是這種時鐘，將1秒切成n份）
2. 為了能夠?qū)崿F(xiàn)間隔4秒，咱們再做一個循環(huán)計數(shù)裝置：每當(dāng)時鐘響1次，它的數(shù)值加一，但是智商有限，只知道0-199，到了199后再加一，數(shù)值歸為0。
3. 最后做一個開關(guān)裝置，當(dāng)計數(shù)裝置數(shù)字為199時開關(guān)就反轉(zhuǎn)一次，燈亮或者熄滅。
   動畫效果如下：
   

在上述的過程中，我們就利用制作了一個套裝置，其中時鐘是現(xiàn)實世界的時間源，循環(huán)計數(shù)裝置提供實際需要的循環(huán)固定間隔，它們兩個組成一個完整的簡陋定時器，與單片機的基礎(chǔ)定時器基本功能一致，下面正式介紹他們。

時鐘裝置

時鐘裝置：一般是STM32單片機的系統(tǒng)時鐘，用變量sys_tck表示，頻率72MHz，即將1秒分為7200萬份，顯然太細(xì)，頻率太高了，需要降低頻率，將原來的頻率切分為原來的n分之一，即$\frac{72,000,000}{n}$，術(shù)語叫做分頻。如果采用720分頻，即將原來72M頻率除以720，即0.1MHz，每份約0.01ms。STM32單片機允許的最大分頻數(shù)為65536，其為uint16類型數(shù)字，這個分頻數(shù)其實是一個寄存器。

循環(huán)計數(shù)器

循環(huán)計數(shù)器：由一些寄存器構(gòu)成。最重要的兩個：

1. 計數(shù)寄存器CK_CNT，可以存儲一個uint16數(shù)字，時鐘前進(jìn)一下，其數(shù)值自動加一或減一。
2. 自動重載寄存器ARR，當(dāng)CK_CNT大于ARR時，CK_CNT會自動變化，重新循環(huán)計數(shù)。如果你會設(shè)置中斷的話，當(dāng)CK_CNT>ARR時，會觸發(fā)一個中斷。

循環(huán)計數(shù)器有三種模式：

模式名	解釋	圖像表示
向上計數(shù)	計數(shù)是自動加一，CK_CNT從0增長到ARR
向下計數(shù)	計數(shù)是自動減一，CK_CNT從ARR減小到0
中心對齊	計數(shù)是先自動加一，再自動減一，CK_CNT先從0加到ARR然后再減到0

1.2.2 比較定時器

只有基礎(chǔ)時鐘是無法產(chǎn)生PWM信號的，因為它只能提供循環(huán)固定間隔，不能將間隔分為前半段和后半段，進(jìn)而產(chǎn)生PWM。為了做到這點，需要給循環(huán)計數(shù)器加一個比較數(shù)字CCR，當(dāng)計數(shù)器的值更新時，與CCR比較，并對外輸出比較的結(jié)果，以方便做其他動作。

接上面燈泡明亮的例子，我們改成燈泡在一秒亮三秒滅的模式。我們只需要在上述提到的理想裝置中再加一個比較數(shù)字就好：

CCR在STM32中是叫做比較寄存器，是循環(huán)計數(shù)器的第三個重要的寄存器。是STM32高級定時器才有的功能。

習(xí)題

習(xí)題121. 定時器的時鐘裝置，循環(huán)計數(shù)器各發(fā)揮了什么作用，請談?wù)勀睦斫猓?br> 習(xí)題122. 循環(huán)計數(shù)器有哪些重要參數(shù)要設(shè)置？
習(xí)題123. STM32時鐘頻率為72MHz，分頻數(shù)為uint16，CK_CNT為uint16，則最大循環(huán)時間間隔為多久時間？最小呢？
習(xí)題124. 如果要產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)360度的PWM信號，請設(shè)置時鐘裝置和循環(huán)計數(shù)器的寄存器值？

二、實戰(zhàn)上手

STM32已經(jīng)為我們在硬件上封裝好了上述的提到的：時鐘裝置、循環(huán)計數(shù)器和對外輸出裝置，以及計數(shù)器的自動比較等功能，你我現(xiàn)階段無需關(guān)心其細(xì)節(jié)。我們只需要對這些東西進(jìn)行相關(guān)設(shè)置和接線就好。

2.1 設(shè)置定時器和單片機接線

習(xí)題

習(xí)題211: 為什么Counter Period是這里為1999，而不是2000？

2.2 代碼

  /* USER CODE BEGIN 2 */
  HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_1);
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
	TIM1->CCR1=50;
	HAL_Delay(1000);

	TIM1->CCR1=150;
	HAL_Delay(1000);
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

三、習(xí)題答案

習(xí)題110. 如果2.5ms為90度，那么36度的PWM信號是高電平時間長度是？

• PWM信號最短0.5ms（對應(yīng)0度），最長2.5ms（對應(yīng)90度），所以:(2.5 - 0.5) / 90 * 36 + 0.5 = 1.3ms。

習(xí)題111. 為什么是PWM控制舵機，有沒有其他的方法？

• PWM將用時間長度表示轉(zhuǎn)動角度，在硬件支持的情況下，該協(xié)議能夠滿足不同精度的細(xì)分轉(zhuǎn)動角度。只用了一根導(dǎo)線來傳輸信號，相對價格便宜，好用。
• 可能有。

習(xí)題112. PWM信號屬于串行還是并行通信？全工還是單工？為什么要這么設(shè)計？

• 一根導(dǎo)線，所以是串行。舵機是信息接收端，不會發(fā)信息給另一端，所以是單工。
• 很顯然，一根導(dǎo)線很便宜，PWM機制很可靠，執(zhí)行端不用發(fā)信息給信號源端。

習(xí)題113. PWM信號長度為20ms，為什么一般只用前2.5ms？

• 2.5ms為20ms的八分之一，利用率確實不高，我不知道確切原因。我的猜想是：空余出來的17.5ms，足夠讓執(zhí)行端區(qū)分出線路上的雜音信號，并準(zhǔn)備好接收下一次的pwm信號。

習(xí)題121. 定時器的時鐘裝置，循環(huán)計數(shù)器各發(fā)揮了什么作用，請談?wù)勀睦斫猓?/p>

• 定時器一般會循環(huán)執(zhí)行某一操作。時鐘裝置提供了現(xiàn)實世界中的時間粒度，循環(huán)計數(shù)器記錄一次循環(huán)中已經(jīng)流失的時間以方便在特定的時刻，執(zhí)行特定的操作。

習(xí)題122. 循環(huán)計數(shù)器有哪些重要參數(shù)要設(shè)置？

• 循環(huán)周期長度，即一個輪回的長度。

習(xí)題123. STM32時鐘頻率為72MHz，分頻數(shù)為uint16，CK_CNT為uint16，則最大循環(huán)時間間隔為多久時間？最小呢？

• uint16的值為0~65536，則分頻后的時鐘頻率為 $\frac{72}{65536}$ ~ 72 MHZ，即時鐘間隔范圍為1.38e-07~0.00910秒。
• CK_CNT為uint16，則ARR為1~65536。
• 最小循環(huán)時間間隔為1.38e-07s x 1 = 1.38e-07s。最小循環(huán)時間間隔為65536s*0.00910 = 596.3776s。

習(xí)題124. 如果要產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)360度的PWM信號，請設(shè)置時鐘裝置和循環(huán)計數(shù)器的寄存器值？文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-409206.html

• 360度對應(yīng)時間為2.5ms，

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