舵机（Servo）设备组件¶

理论¶

舵机是机器人中的常见执行部件，适用于简单的动作控制，通常使用特定频率的 PWM 进行驱动。实车上舵机可应用于控制弹仓盖开合等场景。

通常使用三根线一组来驱动舵机，按照颜色分别对应： 黑色 / 棕色 - GND，红色 - VCC，黄色 / 白色 - PWM 信号。使用舵机时，将与其连接的杜邦线接入对应的 PWM 接口。下图为市面上常见的舵机：

舵机使用的 PWM 信号一般频率为 50Hz，高电平时间为 0.5ms - 2.5ms。不同占空比的 PWM 信号线性对应舵机转动的目标角度，以 180 度舵机为例，对应角度图如下图所示：

以 RoboMaster 开发板 C 型为例，板上有 7 个 PWM 接口，原理图和实物图如下图所示：

从右至左对应 TIM1 CHANNEL 1-4, TIM8 CHANNEL 1-3

快速开始¶

组件源码仓库地址：https://github.com/ZJU-HelloWorld/HW-Components

要在项目中使用该组件，需添加仓库内的以下文件：

Text Only
1 2 3 4	`devices/dev_servo.c devices/dev_servo.h devices/dev_config.h system.h`

外设驱动配置¶

在使用 PWM 波控制舵机时，需要注意查阅舵机参数，并在使用 CubeMX 配置时将对应定时器预分频至 1MHz，以方便控制。例如对一个工作频率 50Hz - 300Hz 的舵机，工作脉宽 500us - 2500us，工作角度 0° -180°，连接至 RoboMaster 开发板 C 型 TIM1 CH1，驱动流程如下：

对于 TIM1，查看数据手册可知其挂载在 APB2 总线上，时钟频率 168MHz，为达到 1MHz 需要 168 分频，因此将预分频值（Prescaler）设置为 167；
工作频率定为 50Hz，对应周期为 20ms (20000us)，因此重载值（Counter Period）设置为 19999。此“工作频率”选项仍可在组件初始化时指定更改，CubeMX 配置可随意；
设置初始高电平时间即脉宽（Pulse），一般最小为 0.5ms，即 500us，占空比 2.5%，对应了最小角度 0°；最大为 2.5ms，即 2500us，占空比 12.5%，对应了最大角度 180°. 此“初始角度”选项可在组件初始化时更改，“角度”选项可在组件运行时更改，CubeMX 配置可随意。

使用前准备¶

使用前需要做以下准备：

在使用 STM32CubeMX 生成项目时，请在 Code Generator 界面 Enable Full Assert，来帮助断言设备驱动中的错误；在 main.c 中修改 assert_failed 函数以指示断言结果，如添加 while(1);
在 system.h 中 system options: user config 处进行系统设置
在 dev_config.h 中设置 Conditional Compiling 选项，将使用到的设备对应的条件编译宏开关定义为 1.

示例¶

在项目中引用头文件：

C
#include "dev_config.h"

实例化一个舵机设备：

C
Servo_t servo;

创建参数结构体数组，初始化舵机设备，默认使能，如：

C
ServoInfo_t info =
{
  .operating_freq_hz = 50,
  .min_pulse_width_us = 500,
  .max_pulse_width_us = 2500,
  .angle_range_deg = 180,
  .init_angle_deg = 1.5f
};
ServoInit(&servo, &HTIM_PWM1, HTIM_PWM_CH1, &info);

设定舵机角度：

C
servo.setAngle(&servo, TAR_ANGLE_DEG); // target angle (float) measured in degree

组件说明¶

`Servo` 类¶

属性

名称	类型	示例值	描述
`htim`	`TIM_HandleTypeDef*`	&htim1	驱动舵机使用的时钟
`tim_ch`	`uint16_t`	TIM_CHANNEL_1	使用的时钟频道
`info`	`ServoInfo_t*`	/	相关参数结构体指针

方法

名称	参数说明	描述
`ServoInit`	传入时钟句柄指针、频道、相关参数结构体指针	用传入的参数初始化一个舵机设备。
`enable`	/	使能舵机设备。
`disable`	/	失能舵机设备。
`setAngle`	传入目标角度值(float degree)	控制舵机输出至目标角度。
`setMaxAngle`	/	控制舵机输出至最大角度。
`setMinAngle`	/	控制舵机输出至最小角度。

`ServoInfo` 结构体¶

存储舵机相关参数。

名称	类型	示例值	描述
`operating_freq_hz`	`float`	50	执行频率
`min_pulse_width_us`	`uint16_t`	500	最小角度对应脉宽
`max_pulse_width_us`	`uint16_t`	2500	最大角度对应脉宽
`angle_range_deg`	`uint16_t`	180	极限角度范围，默认从 0 开始
`init_angle_deg`	`float`	1.5	初始角度

附录¶

版本说明¶

版本号	发布日期	说明	贡献者
	2022.12.07	发布舵机组件	薛东来

参考资料¶

[1] RoboMaster 开发板 C 型嵌入式软件教程文档. Github 仓库