请问stm32f103c8t6单片机如何驱动台达伺服电机？

在做毕业设计时，需要使用伺服电机，但在此之前完全是个伺服小白，在开发的过程中遇到了很多问题，现在毕设结束了，我想把开发的过程分享出来，欢迎大家批评指正。


一、简介
本文使用的是伺服电机的位置模式，以stm32f103c8t6单片机输出脉冲，作为伺服电机驱动器的位置脉冲输入，从而达到伺服电机位置控制的目的。


二、硬件部分
本文涉及的硬件主要为：stm32f103c8t6单片机，台达ASD-B2-0421-B伺服电机驱动器，台达ECMA-C20604RS伺服电机。


1. 单片机与伺服电机驱动器连接
这里使用的是伺服电机的位置模式，低速脉冲输入，该模式的控制只需要两路输入，一路作为位置脉冲输入，一路作为方向控制(正反转)输入。接线的时候大家可以买个db44的转接板，把下图用到的几个引脚引出来就好了。


2.伺服电机与伺服电机驱动器连接
伺服电机与伺服电机驱动器的连接涉及动力线和编码线，这两部分的连接只要把线上的标志与驱动器上的标志对应起来就好了。


三、软件部分
根据硬件部分可以知道，单片机要对伺服电机进行位置控制，需要一路脉冲(PWM波)输出，一路高低电平输出。所以软件里主要就是PWM波输出和高低电平输出的设置。


1.PWM波输出
单片机的大多数定时器都有输出PWM波的功能，每个定时器可以有四个PWM通道。PWM输出的初始化设置如下：


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);//
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);  //使能GPIO外设时钟使能                                                                         
       
        //设置该引脚为复用输出功能,输出TIM3 CH3的PWM脉冲波形
        GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0; //TIM_CH3
        GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;  //复用推挽输出
        GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
        GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
       
        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         80K
        TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值  不分频
        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


        TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM2; //选择定时器模式:TIM脉冲宽度调制模式2
        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_OC3Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);  //根据TIM_OCInitStruct中指定的参数初始化外设TIMx


        TIM_OC3PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable);  //CH1预装载使能         
       
        TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);  //使能TIM3
}


TIM3_PWM_Init(arr,psc)函数中，arr和psc的值是我根据自己需要的电机转速及电机转动一圈所需脉冲算出来的。


初始化成功后，使用TIM_SetCompare3(TIM3,x)函数就可以进行PWM波的输出了，其中x代表数值。这里需要注意，TIM_SetCompare3()中的3是指通道号，引脚PB0对应定时器3的PWM波的第三个通道，所以是3，如果是通道1，则是TIM_SetCompare1。


PWM波涉及频率和占空比两个性质，频率根据电机转速确定，驱动伺服电机对占空比没有太大要求，不要被伺服驱动器的滤波部分滤掉就好。这里占空比设置为50%。以周期为359为例，那么TIM_SetCompare3(TIM3,180)就是输出一个占空比为50%的PWM波，TIM_SetCompare3(TIM3,0)就是输出一直为低电平，从控制效果来说就是电机停止。


2.高低电平输出


void DIR_Init(void)
{
         GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;       
         RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);         //使能PB端口时钟
         GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;                                 //PB.1端口配置
         GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;                  //推挽输出
         GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;                 //IO口速度为50MHz
         GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);                                         //根据设定参数初始化GPIOB.1
         GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_1);                                                 //PB.1 输出高
}


3.串口通信协议
为了方便调试单片机对伺服电机的控制，这里在串口通信的基础上弄了一个协议，用于PC机与单片机进行通信。


void Analysis_Ser(void)
{
        if(USART_RX_BUF[0]=='x')//x方向
        {
                if(USART_RX_BUF[1]=='h')
                {
                        if(USART_RX_BUF[2]=='o')
                        {
                                TIM_SetCompare3(TIM3,180);
                        }
                        else if(USART_RX_BUF[2]=='c')
                        {
                                TIM_SetCompare3(TIM3,0);
                        }
                        if(USART_RX_BUF[3]=='z')
                        {
                                DIRx=1;
                        }
                        else if(USART_RX_BUF[3]=='f')
                        {
                                DIRx=0;
                        }
                }
        }
}


4.main函数
主程序如下：


int main(void)
{       
        u8 len,t;
        delay_init();                     //延时函数初始化          
        DIR_Init();                                        //方向引脚初始化
        NVIC_Configuration();//中断分组
        uart_init(9600);//串口初始化
    TIM3_PWM_Init(359,39);//以电机转速60转/分，5000个脉冲/圈进行计算
        TIM_SetCompare3(TIM3,0);//开始先关闭PWM波输出
        while(1)
        {
                if(USART_RX_STA&0x8000)
                {
                        len=USART_RX_STA&0x3fff;//得到此次接收到的数据长度
                        printf("rn您发送的消息为:rn");
                        for(t=0;t                         {
                                USART1->DR=USART_RX_BUF[t];
                                while((USART1->SR&0X40)==0);//等待发送结束
                        }
                        printf("rnrn");//插入换行
                        Analysis_Ser();//数据解析函数
                        USART_RX_STA=0;//标志位清零
                }
        }
}


四、总结
1.控制效果
按照上述过程，再使用串口通信软件就可以进行伺服电机的控制了。控制效果是：在PC机上输入“xhoz”，伺服电机启动，正转；输入“xhof”，电机启动，反转；输入“xhcz”，电机关闭。


2.说明
上述的过程中，其实还涉及伺服电机驱动器参数的设置，可以按照台达B2伺服技术说明书上(台达官网上有)的来。以后有机会可以再详细写一写。