STM32电位器控制舵机实现同步机械臂_怎样开发一个同步控制的机械臂序言毕设的最初灵感是源于B站的一个转载视频 Mic

序言

毕设的最初灵感是源于B站的一个转载视频
Micro Servo-robot
由于鄙人拙笨加上之前的软硬件基础较差，最终花了一段时间使用STM32才实现了视频中的功能（原教程主控芯片为Arduino），所以把完整的教程变成博客记录于此，如有表述不当的地方还请大佬嘴下留情。

硬件部分

总览

教程使用的开发板为正点原子的精英版，板载芯片为STM32F103ZET6，另需要10K电位器3-4个，标准舵机MG996 3-4个，机械臂支架一套，工具若干，上述舵机和机械臂支架也可用sg90舵机和冰棍杆代替。

所需材料	参考购买链接
开发板	正点原子精英
电位器	10K电位器
舵机（不能是360度的舵机）	MG996，SG90舵机
工具	胶枪，杜邦线若干，电烙铁

舵机—如何控制从动部分

舵机我最开始买的是360度的SG90舵机，本想着度数越大越好的，但是360度舵机PWM控制的只是正转、反转和停止，不容易实现我们期望的输入信号直接转到某一角度的目的，所以后又重新购置180度的SG90舵机和MG996标准舵机（用于机械臂架），上述都是模拟舵机。
首先必须明确如何控制舵机：舵机一般是由PWM信号控制的，而我用的模拟舵机需要不断送PWM信号才能转到相应的角度，个人理解这就是为什么在调节占空比后的函数要加一个延迟，在这里关于PWM信号的相关知识不做过多的讨论，但是需要明确的一点，控制舵机PWM信号的周期一般为20ms，用定时器产生PWM信号的方法网上详解很多，这里也不作介绍，只要清楚上述控制用信号的周期，根据公式便能了解设置定时器的装载值为多少比较合适。
周期计算公式(单位为秒s)：

(

)

∗

(

)

T=(ARR+1)*(PSC+1)/CLK

T=(ARR+1)∗(PSC+1)/CLK
装载值(ARR)为1999，预分频值(PSC)为719，时钟频率(CLK)为72,000,000，易得周期为0.02s也就是20ms。
控制舵机的PWM信号为0.5ms到2.5ms，相对应的角度是0-180度，由于STM32是通过改变占空比来调整PWM信号，不是直接改变脉宽，所以控制舵机的信号占空比为2.5%-12.5%，结合装载值为1999，所以在PWM模式1的情况下比较寄存器的有效数值为50-250对应0-180度。
至此如何控制舵机我们已经基本了解。

电位器—如何读取主动部分

电位器其实就是和中学学习的滑动变阻器类似的可调电阻装置，我们要做的就是读取电位器的位置，把这个信息送到芯片即可，由于直接读取电阻数值很麻烦，所以我们选择外接电源读取模拟量，再把模拟量转换成数字量（ADC）的方式读取角度值，这里我直接用的板子上3.3v的VDD输出连接电位器，需要注意的是IO口电压不能超过该电压。由于是多通道采集，所以这里采用的是DMA的方式，具体ADC和DMA可参考其他详细教程，这里不作过多赘述。
在得到数字量数据后就是映射问题，我们得到的是12位二进制数据，也就是0-4095，把这个数字量映射到上面提到的50到250即可，当然电位器是0-270度而舵机是0-180度，这也可以通过控制映射方式解决，下面的代码没在此方面进行改进。

至此我们便基本了解了如何实现同步机械臂的主要硬件，下面便是软件部分。

软件部分

与硬件部分相对应的显示如何控制舵机
其中用到的定时器3（TIM3）的通道1（PA6），通道2（PA7），通道4（PB1），通道3（PB0）也可以使用，分别接舵机即可。
timer.c

//timer.c
void TIM3\_PWM\_Init(u16 arr,u16 psc)
{  
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
	TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;
	
	RCC\_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);		//使能定时器3时钟
 	RCC\_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);  //使能GPIO外设
	
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7; 		//TIM3\_CH1&TIM3\_CH2
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; 			//复用推挽输出
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO\_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);						//初始化GPIO PA6&PA7
	
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1; 		//TIM3\_CH3&TIM3\_CH4
	GPIO\_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);						//初始化GPIO PB0&PB1
 
   //初始化TIM3
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; 					//设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; 					//设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值 
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; 				//设置时钟分割:TDTS = Tck\_tim
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上计数模式
	TIM\_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure); 			//根据TIM\_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位
	
	//初始化TIM3 PWM模式 
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; 			//选择定时器模式:TIM脉冲宽度调制模式1
 	TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //比较输出使能
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; 	//输出极性:TIM输出比较极性高
	TIM\_OC1Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);					//根据T指定的参数初始化外设TIM3 OC1
	TIM\_OC2Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);  										
	TIM\_OC3Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);
	TIM\_OC4Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);
	
	TIM\_OC1PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable);  			//使能TIM3在CCR1上的预装载寄存器
	TIM\_OC2PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable);  
	TIM\_OC3PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable);
	TIM\_OC4PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable);
 
	TIM\_Cmd(TIM3, ENABLE);  //使能TIM3
	
}

随后是主动部分的adc，用到的是ADC1的通道0（PA0）、通道1（PA1）、通道4（PA4），分别接电位器即可。
adc.c

#include "adc.h"

/\*基于DMA的ADC多通道采集\*/

volatile u16 ADCConvertedValue[10][3];								//用来存放ADC转换结果，也是DMA的目标地址,3通道，每通道采集10次后面取平均数
         
void Dma\_Init(void)
{

    DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;

    RCC\_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);//使能时钟

    DMA\_DeInit(DMA1_Channel1);    //将通道一寄存器设为默认值
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)&(ADC1->DR);//该参数用以定义DMA外设基地址
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)&ADCConvertedValue;//该参数用以定义DMA内存基地址(转换结果保存的地址)
    DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;//该参数规定了外设是作为数据传输的目的地还是来源，此处是作为来源
    DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = 3\*10;//定义指定DMA通道的DMA缓存的大小,单位为数据单位。这里也就是ADCConvertedValue的大小
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;//设定外设地址寄存器递增与否,此处设为不变 Disable
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;//用来设定内存地址寄存器递增与否,此处设为递增，Enable
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;//数据宽度为16位
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord;//数据宽度为16位
    DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular; //工作在循环缓存模式
    DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High;//DMA通道拥有高优先级 分别4个等级 低、中、高、非常高
    DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;//使能DMA通道的内存到内存传输
    DMA\_Init(DMA1_Channel1, &DMA_InitStructure);//根据DMA\_InitStruct中指定的参数初始化DMA的通道

    DMA\_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE);//启动DMA通道一
}

void Adc\_Init(void)
{
    ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
    GPIO\_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
    GPIO\_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
    GPIO\_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    /\*IO和ADC使能时钟\*/
    RCC\_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1|RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
    RCC\_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);

    ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;
    ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = ENABLE;
    ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE; //连续转换
    ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;
    ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;
    ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 3;
    ADC\_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);
    
    ADC\_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_0,1,ADC_SampleTime_71Cycles5);
		ADC\_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_1,2,ADC_SampleTime_71Cycles5);
		ADC\_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_4,3,ADC_SampleTime_71Cycles5);

	  
    ADC\_DMACmd(ADC1, ENABLE);//开启ADC的DMA支持
    ADC\_Cmd(ADC1, ENABLE);

    ADC\_ResetCalibration(ADC1);
    while(ADC\_GetResetCalibrationStatus(ADC1));
    ADC\_StartCalibration(ADC1);
    while(ADC\_GetCalibrationStatus(ADC1));

}

另外添加了记忆功能，记忆功能是通过外部中断实现的，在中断服务函数中执行随动的同时记录一些点，后进行重播从而实现动作记忆。在默认同步模式下按KEY1进去中断服务函数，开始记录动作，再按KEY0结束动作记录，开始重复。
exti.c

#include "exti.h"
#include "led.h"
#include "key.h"
#include "delay.h"


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