Rath-HAL - TIMER 输出 PWM 信号驱动舵机

器材

1x Tequila Nano + RA_LINK 调试器
1x Type-C USB 线
1x 舵机
3x 杜邦线

电路连接

Tequila Nano	舵机
PB6	Sig (信号)
5V	5V
GND	GND

Note: 因为舵机需要 5V 供电，而 RA-LINK 调试器没有将电脑的 5V 供电直接连接到 Tequila Nano，所以需要将 Tequila Nano 的 Type-C 端口连接到任何 USB 电源上

Tequila Nano	任何 USB 电源
Type-C 端口	USB

电路连接

原理

我们通过 PWM 方波信号来控制舵机的角度。每个舵机厂商对于 PWM 信号的脉宽定义都不太相同，但 1ms~2ms 的 50Hz 方波可以控制大部分的舵机

image.png

Tequila Nano 上的多个针脚都可以输出 PWM 信号。我们这里使用 TIMER 3 的 CHANNEL 0 来在 PB6 针脚输出信号。

代码中，我们需要定义 TIMER 3 的时钟周期，以及我们需要的 PWM 高电平脉宽。

首先，我们通过 HAL_RCU_initDefaultSystemClock(); 来启用 Tequila Nano 的高时钟频率模式。这时，Tequila Nano 将会运行在 108MHz 下。

接着，我们设置 TIMER 3 的分频为 107，因此，TIMER 3 的时钟频率为 108MHz / (107 + 1) = 1MHz。时钟的最大计数被设置为 20000，所以，每当 20000 * (1 / 1MHz) = 20000 * 1us = 20000 us = 20ms 之后，时钟会重置。这样，我们就实现了 50Hz 的 PWM 信号周期。

最后，我们设置 PWM 的高电平脉冲为 500 ~ 2500，因此对应着 0.5ms ~ 2.5ms 的 PWM 输出。这比上面的 1ms ~ 2ms 要略宽一些，不过大部分舵机还是能够兼容。

代码

/**
 * @file main.c
 * @version 1.0
 * @date 2021-07-27
 *
 * RATH Tequila Nano can output PWM signal on multiple pins. Here, we use CHANNEL 0 of TIMER3 to
 * output hobby-servo-compatible PWM signal on PB6 pin. We will output a periodic varying signal
 * so that the servo will sweep from one end to another periodicly.
 */

#include "rath_hal.h"

static void AG_RCU_init(void);
static void AG_GPIO_init(void);
static void AG_TIMER3_init(void);
static void AG_USART0_init(void);

int main(void) {

  AG_RCU_init();
  AG_GPIO_init();
  AG_TIMER3_init();
  AG_USART0_init();
  
  uint32_t pwm_output = 1500;
  uint8_t direction = 0;

  while (1) {
    HAL_TIMER_setOCChannelPulse(TIMER3, TIMER_CHANNEL_0, pwm_output);

    if (direction) {
      pwm_output += 10;
    }
    else {
      pwm_output -= 10;
    }

    if (pwm_output <= 500 || pwm_output >= 2500) {
      direction = 1 - direction;
    }

    printf("PWM output: %lu\n", pwm_output);

    /* delay for 0.05 second */
    HAL_delay(50);
  }
}

static void AG_RCU_init(void) {
  /* enable the external crystal and set the system clock to 108MHz */
  HAL_RCU_initDefaultSystemClock();

  HAL_RCU_resetPeriphClock(RCU_GPIOA);
  HAL_RCU_resetPeriphClock(RCU_GPIOB);
  HAL_RCU_resetPeriphClock(RCU_TIMER3);
  HAL_RCU_resetPeriphClock(RCU_USART0);

  HAL_RCU_enablePeriphClock(RCU_GPIOA);
  HAL_RCU_enablePeriphClock(RCU_GPIOB);
  HAL_RCU_enablePeriphClock(RCU_TIMER3);
  HAL_RCU_enablePeriphClock(RCU_USART0);
}

static void AG_GPIO_init(void) {
  GPIO_InitTypeDef GPIO_init;

  GPIO_init.pin = GPIO_PIN_9;
  GPIO_init.mode = GPIO_MODE_AF_PP;
  GPIO_init.speed = GPIO_SPEED_50MHZ;
  GPIO_init.pull = GPIO_PULL_NONE;
  HAL_GPIO_init(GPIOA, &GPIO_init);

  GPIO_init.pin = GPIO_PIN_10;
  GPIO_init.mode = GPIO_MODE_INPUT;
  GPIO_init.speed = GPIO_SPEED_NONE;
  GPIO_init.pull = GPIO_PULL_NONE;
  HAL_GPIO_init(GPIOA, &GPIO_init);

  /* initialize TIMER3 CH0 Output on PA8 */
  GPIO_init.pin = GPIO_PIN_6;
  GPIO_init.mode = GPIO_MODE_AF_PP;
  GPIO_init.speed = GPIO_SPEED_50MHZ;
  GPIO_init.pull = GPIO_PULL_NONE;
  HAL_GPIO_init(GPIOB, &GPIO_init);
}

static void AG_TIMER3_init(void) {
  HAL_TIMER_disable(TIMER3);

  TIMER_InitTypeDef TIMER3_init;

  TIMER3_init.prescaler = 107;
  TIMER3_init.counter_mode = TIMER_COUNTERMODE_EDGE_UP;
  TIMER3_init.period = 20000;
  TIMER3_init.clock_division = TIMER_CLOCKDIVISION_DIV1;
  TIMER3_init.repetition_counter = 1;
  TIMER3_init.auto_reload_shadow = DISABLE;
  HAL_TIMER_init(TIMER3, &TIMER3_init);

  TIMER_OCInitTypeDef TIMER3_OC_init;

  TIMER3_OC_init.mode = TIMER_OC_MODE_PWM0;
  TIMER3_OC_init.pulse = 1500;
  TIMER3_OC_init.OC_polarity = TIMER_OC_POLARITY_HIGH;
  TIMER3_OC_init.OCN_polarity = TIMER_OC_POLARITY_HIGH;
  TIMER3_OC_init.OC_idle_state = TIMER_OC_IDLE_STATE_LOW;
  TIMER3_OC_init.OCN_idle_state = TIMER_OC_IDLE_STATE_LOW;
  HAL_TIMER_initOCChannel(TIMER3, &TIMER3_OC_init, TIMER_CHANNEL_0);

  HAL_TIMER_enablePrimaryOutput(TIMER3);

  HAL_TIMER_setChannelOutput(TIMER3, TIMER_CHANNEL_0, ENABLE);

  HAL_TIMER_enable(TIMER3);
}

static void AG_USART0_init(void) {
  HAL_USART_disable(USART0);
  
  USART_InitTypeDef USART0_init;
  
  USART0_init.mode = USART_MODE_TX_RX;
  USART0_init.baudrate = 115200UL;
  USART0_init.word_length = USART_WORDLENGTH_8BIT;
  USART0_init.stop_bits = USART_STOPBITS_1BIT;
  USART0_init.parity = USART_PARITY_NONE;
  USART0_init.hw_control = USART_HWCONTROL_NONE;
  HAL_USART_init(USART0, &USART0_init);

  HAL_USART_enable(USART0);
}