【正文】 ....................................................................... 29 附錄 I 電路 原理圖 ........................................................................................................... 30 附錄Ⅱ 程序清單 ............................................................................................................... 35 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 1 第 1章 緒 論 舵機(jī)（ servo motor） ,又名伺服電機(jī) ,主要是由外殼、電路板、馬達(dá)、減速齒輪和電位器構(gòu)成。結(jié)果表明該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、精度高等特點(diǎn) . 關(guān)鍵詞： STM32微處理器 ； 舵機(jī)系統(tǒng) ； LCD顯示 ； PWM信號(hào) 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） III Abstract As well as the hightech products gradually integrated into the daily life, servo control system has undergone tremendous changes. SCM and C language of the frontier disciplines such mature technology and practical， Make steering control system is a new research direction and meaning. This paper describes a STM32 microprocessors, steering, LCD display and keyboard, etc. Based on the STM32 servo control system of PWM signal， This system uses STM32 microprocessor as the core, MDK in the environment, according to the keyboard input programming, STM32 produce periodic PWM signal, with this signal to the velocity and Angle of steering gear control, and through the LCD display data. The features of the simple hardware, stable operation and high precision are incarnated in the proposed system. Keywords: STM32 microprocessors。本文描述了一個(gè)由 STM32微處理器、舵機(jī)、 LCD顯示器、鍵盤等模塊構(gòu)成的，提供基于 STM32的 PWM信號(hào)舵機(jī)的控制系統(tǒng)。沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） I 基于 STM32 的舵機(jī)控制系統(tǒng) 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） II 摘 要 隨著越來(lái)越多的高科技產(chǎn)品逐漸融入了日常生活中，舵機(jī)的控制系統(tǒng)發(fā)生了巨大的變化。單片機(jī)、 C語(yǔ)言等前沿學(xué)科的技術(shù)的日趨成熟與實(shí)用化，使得舵機(jī)的控制系統(tǒng)有了新的的研究方向與意義。該系統(tǒng)采用 STM32微處理器為核心，在 MDK的環(huán)境下進(jìn)行編程，根據(jù)鍵盤的輸入，使STM32產(chǎn)生周期性 PWM信號(hào)，用此信號(hào)對(duì)舵機(jī)的速度及轉(zhuǎn)角進(jìn)行控制，并且通過(guò)LCD顯 示出數(shù)據(jù)。 Steering system。舵機(jī)主要適用于那些需要角度不斷變化并可以保持的控制系統(tǒng) ,比如人形機(jī)器人的手臂和腿 , 車模和航模的方向控制。 早期在模型上使用最多，主要控制模型的舵面，所以俗稱舵機(jī)。隨著工業(yè)的發(fā)展，舵機(jī)應(yīng)用到 那些需要角度不斷變化并可以保持的控制系統(tǒng) ，目前在高檔遙控玩具，如航模，包括飛機(jī)模型，潛艇模型；遙控機(jī)器人中已經(jīng)使用得比較普遍。以簡(jiǎn)單的四通飛機(jī)來(lái)說(shuō)，遙控器有四個(gè)通道，分別對(duì)應(yīng)四個(gè)舵機(jī)，而舵機(jī)又通過(guò)連桿等傳動(dòng)元件帶動(dòng)舵面的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而改變飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。不僅在航模飛機(jī)中，在其他的模型運(yùn) 動(dòng)中都可以看到它的應(yīng)用：船模上用來(lái)控制尾舵，車模中用來(lái)轉(zhuǎn)向等等。 STM32 系列 32 位閃存微控制器基于突破性的 ARM CortexM3 內(nèi)核，這是一款專為嵌入式應(yīng)用而開(kāi)發(fā)的內(nèi)核。 STM32F 系列產(chǎn)品沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 2 的目的是為 MCU 用戶提供新的自由度。 課題的 研究 展望 舵機(jī)是隨著生產(chǎn)發(fā)展而產(chǎn)生和發(fā)展的，而舵機(jī)的發(fā)展反過(guò)來(lái)又促進(jìn)社會(huì)生產(chǎn)力的不斷提高。在進(jìn)入計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化時(shí)代的今天，不僅對(duì)舵機(jī)提出了諸多性能良好、運(yùn)行可靠、單位容量的重量輕、體積小等方面越來(lái)越多的要求，而且隨著自動(dòng)控制系統(tǒng)的計(jì)算裝置的發(fā)展，在舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的理論基礎(chǔ)上，發(fā)展出多種高精度、快響應(yīng)的控制舵機(jī)。 當(dāng)前科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)，因此舵機(jī)正 向多用途、多品種方向發(fā)展，向高精度和高穩(wěn)定的方向發(fā)展。在這種時(shí)代里，某些特種舵 機(jī)必須具有快速響應(yīng)、 高精度運(yùn)動(dòng)、快速啟動(dòng)和停止等使機(jī)器人比人的手腳更復(fù)雜而精巧的運(yùn)動(dòng)。 基于 STM32 的舵機(jī)控制系統(tǒng)會(huì)越來(lái)越多的應(yīng)用在精度要求高的舵機(jī)系統(tǒng)中，舵機(jī)的控制將與其他的元件結(jié)合，功能越來(lái)越強(qiáng)大，使 得舵機(jī)的作用也會(huì)越來(lái)越大 。 課題內(nèi)容及安排 本文對(duì) 基于 STM32 的舵機(jī)控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，共分五章。第 5 章是針對(duì)硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和整機(jī)連調(diào)的結(jié)果進(jìn)行了具體的分析和說(shuō)明。 除此之外，以下部分還會(huì)分別闡述本設(shè)計(jì)運(yùn)用到的各個(gè)模塊的特性和原理，以及它們所能實(shí)現(xiàn)的功能。 作為微型移動(dòng)機(jī)器人上的主控制器，需要處理的數(shù)據(jù)和事件比較多，因此需要一款功能強(qiáng)大的處理器 —— STM32 這款 32 位的微處理器正是最佳的選擇。 STM32 的突出的功能包括以下幾點(diǎn)： 1． 性能強(qiáng)勁。 2． 功耗低。 3． 實(shí)時(shí)性好。 4． 代碼密度得到很大改善。 5． 使用更方便。 6． 低成本的整體解決方案。 7． 遍地開(kāi)花的優(yōu)秀開(kāi)發(fā)工具。 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 5 正是基于以上這么多的優(yōu)點(diǎn)，使得 STM32 成為本設(shè)計(jì)中微型移動(dòng)機(jī)器人上 的主處理器的最佳選擇。它適合多種用途，包含測(cè)量輸入信號(hào)的脈沖寬度 (輸入捕獲 )，或者產(chǎn)生輸出波形 (輸出比較， PWM，嵌入死區(qū)時(shí)間的互補(bǔ) PWM?? )。高級(jí)控制 (TIM1)和通用 (TIMx)定時(shí)器是完全獨(dú)立的，它們不共享任何資源 TIM1 定時(shí)器的功能包括： 1． 16位上 ，下，上 /下自動(dòng)裝載計(jì)數(shù)器 2. 位可編程預(yù)分頻器，計(jì)數(shù)器時(shí)鐘頻率的分頻系數(shù)為 1～ 65535之間的任意數(shù)值 3. 4個(gè)獨(dú)立通道：輸入捕獲 ， 輸出比較 ， PWM生成 (邊緣或中間對(duì)齊模式 )， 單脈沖模式輸出，死區(qū)時(shí)間可編程的互補(bǔ)輸出 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 6 4． 使用外部信號(hào)控制定時(shí)器和定時(shí)器互連的同步電路 5． 在指定數(shù)目的計(jì)數(shù)器周期之后更新定時(shí)器寄存器 6． 剎車輸入信號(hào)可以將定時(shí)器輸出信號(hào)置于復(fù)位狀態(tài)或者一個(gè)已知狀態(tài) 7． 如下事件發(fā)生時(shí)產(chǎn)生中斷 /DMA： （ 1） 更新：計(jì)數(shù)器向上溢出 /向下溢出，計(jì)數(shù)器初始化 (通過(guò)軟件或者內(nèi)部 /外部觸發(fā) ) （ 2） 觸發(fā)事件 (計(jì)數(shù)器啟動(dòng)，停止，初始化或者由內(nèi)部 /外部觸發(fā)計(jì)數(shù) ) （ 3） 輸入捕獲 ─ 輸出比較 ─ 剎車信號(hào)輸入 高級(jí)定時(shí)器 TIM的框圖如下， 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 7 圖 定時(shí)器 TIM的框圖 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 8 舵機(jī) 圖 舵機(jī)實(shí)物圖 舵機(jī)是一種位置（角度）伺服的驅(qū)動(dòng)器，適用于那些需要角度不斷變化并可以保持的控制系統(tǒng) 。 電源線和地線用于提供舵機(jī)內(nèi)部的直流電機(jī)和控制線路所需的能源．電壓通常介 于 4～ 6V，一般取 5V 圖 舵機(jī)的接線圖 其工作原理是：控制信號(hào)由接收機(jī)的通道進(jìn)入信號(hào)調(diào)制芯片，獲得直流偏置電壓。最后，電壓差的正負(fù)輸出到電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片決定電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。 舵機(jī)的控制一般需要一個(gè) 20ms 左右的時(shí)基脈沖，該脈沖的高電平部分一般為 ~ 范圍 內(nèi)的角度控制脈沖部分?！?80176。有一點(diǎn)值得注意的地方，由于舵機(jī)牌子不同，對(duì)于同一信號(hào)，不同牌子的舵機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度也會(huì)有所不同。另一方面也可以通過(guò)機(jī)械方式，利用舵機(jī)的輸出轉(zhuǎn)距余量，將角度進(jìn)行放大，加快舵機(jī)響應(yīng)速度； LCD 顯示器 LCD顯示器是本課設(shè)的主要器件，當(dāng)鍵盤的輸入量經(jīng)過(guò) STM32微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，由模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)量，傳給 LCD進(jìn)行顯示數(shù)據(jù)。直接控制實(shí)際指的是 LCD模塊的總線接口直接與 MCU端口連接，然后 MCU通過(guò)程序控制端口來(lái)模擬 LCD的總線時(shí)序來(lái)完成對(duì)其的控制操作；而間接控制指的是 MCU本身就有外部總線拉出，與 LCD的總線接口對(duì)應(yīng)的連接上，程序中直接操作總線以控制 LCD。為了保證各部件間的同步工作， STM32 內(nèi)部電路就在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下嚴(yán)格的按時(shí)序進(jìn)行工作。常用的時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)有兩種方式，一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，另一種是外部時(shí)鐘電路方式。 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 11 圖 STM32內(nèi)部時(shí)鐘方 式電路 外接晶振時(shí)， C1 和 C2 值選擇為 27pF， C1， C2 對(duì)頻率有微調(diào)作用，晶體振蕩頻率為 12MHz。 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 12 第 3章 軟件設(shè)計(jì) STM32 固件庫(kù)簡(jiǎn)介 STM32 的 函數(shù)庫(kù)是一個(gè)固件函數(shù)包，它由程序、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和宏組成，包括了微控制器所有外設(shè)的性能特征。通過(guò)使用本固件函數(shù)庫(kù)，無(wú)需深入掌握細(xì)節(jié)，用戶也可以輕松應(yīng)用每一個(gè)外設(shè)。 每個(gè)外設(shè)驅(qū)動(dòng)都由一組函數(shù)組成，這組函數(shù)覆蓋了該外設(shè)所有功能。 所有的驅(qū)動(dòng)源代碼都符合 “Strict ANSIC”標(biāo)準(zhǔn)（項(xiàng)目于范例文件符合擴(kuò)充ANSIC 標(biāo)準(zhǔn)）。由于整個(gè)固態(tài)函數(shù)庫(kù)按照 “Strict ANSIC”標(biāo)準(zhǔn)編寫(xiě)，它不受不同開(kāi)發(fā)環(huán)境的影響。 該固態(tài)函數(shù)庫(kù)通過(guò)校驗(yàn)所有庫(kù)函數(shù)的輸入值來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)錯(cuò)誤檢測(cè)。實(shí)時(shí)檢測(cè)適合于用戶應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)和調(diào)試。 因?yàn)樵摴碳?kù)是通用的，并且包括了所有外設(shè)的功能，所以應(yīng)用程序代碼的大小和執(zhí)行速度可能不是最優(yōu)的。 本設(shè)計(jì)即是利用 STM32 中的固件庫(kù)為基礎(chǔ)而編寫(xiě)的，直接調(diào)用現(xiàn)成的外設(shè)驅(qū)動(dòng)函數(shù)使得主程序變的更加簡(jiǎn)潔，可讀性比較高。 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 13 軟件的總體設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的程序編輯完成后放在項(xiàng)目的主程 序中是在其中的一個(gè)時(shí)間片執(zhí)行