STM32读取MPU6050数据并通过角度值控制舵机运动（STM32、GY-521 MPU6050、SG90舵机、MG946舵机）

通过STM32F103C8T6读取MPU6050数据控制舵机运动（STM32、GY-521 MPU6050、SG90舵机、MG946舵机）

- 最终现象
- 一、MPU6050数据读取
- 二、舵机控制原理
- - ①什么是PWM？
  - ②STM32F103C8T6如何生成PWM？
  - ③控制舵机需要什么样的PWM波？
- 三、代码分析
- 四、完整工程代码

最终现象

STM32F103读取MPU6050数据控制舵机运动

一、MPU6050数据读取

使用软件IIC与MPU6050通信，这里可以直接参照之前的一篇博客：
https://blog.csdn.net/m0_71523511/article/details/135831042

二、舵机控制原理

通过输出占空比不同的PWM波就可以控制舵机转不同的角度。

①什么是PWM？

PWM全称脉冲宽度调制。通过对一系列脉冲的宽度进行调制来获得所需要的模拟参量，参用于电机控速等领域。
规定周期为Ts则频率为1/Ts，占空比为Ton/Ts（Ton为高电平时间）。如果频率为50Hz ，也就是说一个周期是20ms，那么一秒钟就有 50次PWM周期。
在这里插入图片描述
假设高电平为5V、低电平则为0V，那么要输出不同的模拟电压就要用到PWM。通过改变IO口输出的方波的占空比，从而获得使用数字信号模拟成的模拟电压信号。占空比为50%那就是高电平时间一半，低电平时间一半。在一定的频率下，就可以得到模拟的2.5V输出电压。那么75%的占空比，得到的电压就是3.75V，以此类推，如下图所示。
在这里插入图片描述

②STM32F103C8T6如何生成PWM？

想知道这部分原理直接看视频，视频最好理解：https://www.bilibili.com/video/BV1th411z7sn/?p=15&spm_id_from=pageDriver&vd_source=2a10d30b8351190ea06d85c5d0bfcb2a

③控制舵机需要什么样的PWM波？

在这里插入图片描述
舵机的控制需要MCU产生一个周期为20ms的脉冲信号，以0.5ms到2.5ms的高电平来控制舵机转动的角度。这里的角度根据自己的需求定，也可以是-90°-90°。

那么要产生周期为20ms的脉冲信号要怎么配置呢？

上图中ARR指的是定时器重载的周期，PSC指的是分频系数，CCR指的是输出比较寄存器的值。计算公式如下：
在这里插入图片描述
上面的CK_PSC为72Mhz，不同开发板的这个值是不一样的，也可以自己配置。比如要输出频率为1Khz，占空比为50%，分辨率为1%的PWM波，将这些值带入上面的公式可以得到ARR=100、PSC=720、CCR=50。
那么现在就可以来求舵机所需要的参数了，周期为20ms对应频率为1/0.02 = 50hz，在这里PSC和ARR的参数是不固定的，只要能满足第一个公式就可以，参考江协科技设置PSC为72-1，ARR为20000-1，这样设置的目的是此时CCR设置为500，那么占空比就是500/20000=0.025，即占空比为2.5%（看上面的控制参数）；CCR设置为2500，那么占空比就是2500/20000=0.125，即占空比为12.5%（脉冲高电平时间2.5ms，转到180°），这样就很直观。

三、代码分析

1、main.c

#include "stm32f10x.h"              
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "MPU6050.h"
#include "usart.h"
#include <math.h>
#include "Servo.h"
#include "PWM.h"uint8_t ID;
int16_t AX, AY, AZ, GX, GY, GZ;
int16_t accel_agleX; 
int16_t accel_agleY; int main(void)
{OLED_Init();MPU6050_Init();uart_init(115200);Servo_Init();OLED_ShowString(1, 1, "ID:");ID = MPU6050_GetID();OLED_ShowHexNum(1, 4, ID, 2);while (1){MPU6050_GetData(&AX, &AY, &AZ, &GX, &GY, &GZ);accel_agleX = (AX + 300)*1.2*1800/3.14/15384; // 这里我的转换是不标准的，因为我发现使用别人的公式舵机的位置无法达到预期，所以我就观察oled上采集到的数值进行缩放，只要能到达平的时候是0就好，但是其实不用改16384为15384也行，改前面那个300，但是我偷懒了，这样改的快，但是只要能达到目的公式不是很重要，accel_agleX = accel_agleX -18;//修改完上面的参数发现还是有偏差，所以在测试之后，这里减去偏差值，基本就能确保角度是在-90-90之间。OLED_ShowSignedNum(2, 1, accel_agleX, 5);accel_agleY = (AY + 300)*1.2*1800/3.14/15384;accel_agleY = accel_agleY -13;OLED_ShowSignedNum(3, 1, accel_agleY, 5);if(accel_agleY >= 0){Servo_SetAngle(98-accel_agleY);}else if(accel_agleY <0){int16_t a = ~accel_agleY;Servo_SetAngle(a+90);}Delay_ms(100);if(accel_agleX >= 0){Servo_SetAngle2(98-accel_agleX);}else if(accel_agleX <0){int16_t a = ~accel_agleX;Servo_SetAngle2(a+90);}Delay_ms(100);}
}

2、PWM.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header/*** 函    数：PWM初始化* 参    数：无* 返 回 值：无*/
void PWM_Init(void)
{/*开启时钟*/RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);			//开启TIM2的时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);			//开启GPIOA的时钟/*GPIO初始化*/GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =  GPIO_Pin_1;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);							//将PA1引脚初始化为复用推挽输出	//受外设控制的引脚，均需要配置为复用模式/*配置时钟源*/TIM_InternalClockConfig(TIM2);		//选择TIM2为内部时钟，若不调用此函数，TIM默认也为内部时钟/*时基单元初始化*/TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;				//定义结构体变量TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;     //时钟分频，选择不分频，此参数用于配置滤波器时钟，不影响时基单元功能TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //计数器模式，选择向上计数TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 20000 - 1;				//计数周期，即ARR的值TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1;				//预分频器，即PSC的值TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;            //重复计数器，高级定时器才会用到TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure);             //将结构体变量交给TIM_TimeBaseInit，配置TIM2的时基单元/*输出比较初始化*/ TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;							//定义结构体变量TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStructure);                         //结构体初始化，若结构体没有完整赋值//则最好执行此函数，给结构体所有成员都赋一个默认值//避免结构体初值不确定的问题TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;               //输出比较模式，选择PWM模式1TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;       //输出极性，选择为高，若选择极性为低，则输出高低电平取反TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;   //输出使能TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;								//初始的CCR值TIM_OC2Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);                        //将结构体变量交给TIM_OC2Init，配置TIM2的输出比较通道2/*TIM使能*/TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);			//使能TIM2，定时器开始运行
}void PWM2_Init(void)
{/*开启时钟*/RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);			//开启TIM2的时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);			//开启GPIOA的时钟/*GPIO初始化*/GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);							//将PA1引脚初始化为复用推挽输出	//受外设控制的引脚，均需要配置为复用模式/*配置时钟源*/TIM_InternalClockConfig(TIM3);		//选择TIM2为内部时钟，若不调用此函数，TIM默认也为内部时钟/*时基单元初始化*/TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;				//定义结构体变量TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;     //时钟分频，选择不分频，此参数用于配置滤波器时钟，不影响时基单元功能TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //计数器模式，选择向上计数TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 20000 - 1;				//计数周期，即ARR的值TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1;				//预分频器，即PSC的值TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;            //重复计数器，高级定时器才会用到TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseInitStructure);             //将结构体变量交给TIM_TimeBaseInit，配置TIM2的时基单元/*输出比较初始化*/ TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;							//定义结构体变量TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStructure);                         //结构体初始化，若结构体没有完整赋值//则最好执行此函数，给结构体所有成员都赋一个默认值//避免结构体初值不确定的问题TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;               //输出比较模式，选择PWM模式1TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;       //输出极性，选择为高，若选择极性为低，则输出高低电平取反TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;   //输出使能TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;								//初始的CCR值TIM_OC1Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);                        //将结构体变量交给TIM_OC2Init，配置TIM2的输出比较通道2/*TIM使能*/TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);			//使能TIM2，定时器开始运行
}/*** 函    数：PWM设置CCR* 参    数：Compare 要写入的CCR的值，范围：0~100* 返 回 值：无* 注意事项：CCR和ARR共同决定占空比，此函数仅设置CCR的值，并不直接是占空比*           占空比Duty = CCR / (ARR + 1)*/
void PWM_SetCompare2(uint16_t Compare)
{TIM_SetCompare2(TIM2, Compare);		//设置CCR2的值
}void PWM_SetCompare22(uint16_t Compare)
{TIM_SetCompare1(TIM3, Compare);		//设置CCR2的值
}

实际上想驱动多个电机用一个定时器的多个输出通道就好了，但是我想试试用两个定时器，上面就是用两定时器不同输出通道的代码。如果是想用一个定时器的话之间加一个代码就行：
在这里插入图片描述
想要通道几就加通道几的代码。STM32F103C8T6的引脚图如下，想要使用定时器的输出通道，在对gpio进行初始化的时候需要选择复用推挽输出才行。

3、servo.c
驱动舵机直接调用前面封装好的底层代码即可。

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "PWM.h"/*** 函    数：舵机初始化* 参    数：无* 返 回 值：无*/
void Servo_Init(void)
{PWM_Init();									//初始化舵机的底层PWMPWM2_Init();
}/*** 函    数：舵机设置角度* 参    数：Angle 要设置的舵机角度，范围：0~180* 返 回 值：无*/
void Servo_SetAngle(float Angle)
{PWM_SetCompare2(Angle / 180 * 2000 + 500);	//设置占空比//将角度线性变换，对应到舵机要求的占空比范围上
}
void Servo_SetAngle2(float Angle)
{PWM_SetCompare22(Angle / 180 * 2000 + 500);	//设置占空比//将角度线性变换，对应到舵机要求的占空比范围上
}