STM32双舵机控制系统与OLED计数功能的设计与实现（记录所遇到的问题与修正）
一、项目背景与目标
1.1 项目概述
本项目基于STM32F103C8T6微控制器，设计并实现一个双舵机控制系统。系统通过按键触发，控制两个舵机依次执行"0°→180°→0°"的往返动作，并在OLED显示屏上实时记录和显示动作执行的累计次数。
1.2 技术指标
| 项目 | 规格 |
|---|---|
| 主控芯片 | STM32F103C8T6 |
| 控制对象 | 2个SG90标准舵机（0°~180°） |
| 控制方式 | PWM脉宽调制（50Hz） |
| 显示模块 | 0.96寸OLED（I2C接口） |
| 输入方式 | 独立按键（PB0） |
| 计数范围 | 0~255 |
| 供电方式 | STM32（USB）/ 舵机（独立5V/2A） |
1.3 功能要求
-
按下按键PB0一次
-
舵机1执行：0°→180°→0°（往返一次）
-
舵机2执行：0°→180°→0°（往返一次）
-
OLED屏幕显示累计动作次数+1
-
等待下一次按键触发
1.4 系统框图
text
┌──────────────────────────────────────┐
│ STM32F103C8T6 │
│ │
┌──────────┐ │ ┌─────────────┐ │
│ 按键 │────│────│ GPIO输入 │ │
│ (PB0) │ │ │ (上拉输入) │ │
└──────────┘ │ └─────────────┘ │
│ │ │
│ ▼ │
│ ┌─────────────┐ ┌──────────┐ │ ┌─────────┐
│ │ 主控逻辑 │──── │ TIM2_CH1 │────│──│ 舵机1 │
│ │ (main.c) │ │ (PA0) │ │ │ (PA0) │
│ └─────────────┘ └──────────┘ │ └─────────┘
│ │ │
│ ▼ │
│ ┌─────────────┐ ┌──────────┐ │ ┌─────────┐
│ │ OLED显示 │ │ TIM3_CH1 │────│── │ 舵机2 │
│ │ (I2C) │ │ (PA6) │ │ │ (PA6) │
│ └─────────────┘ └──────────┘ │ └─────────┘
│ │
└─────────────────────────────────────┘
二、硬件设计
2.1 器件选型
| 器件 | 型号 | 数量 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 主控芯片 | STM32F103C8T6 | 1 | ARM Cortex-M3，72MHz |
| 舵机 | SG90（标准版） | 2 | 0°~180°角度控制 |
| OLED | 0.96寸 SSD1306 | 1 | I2C接口，128×64 |
| 按键 | 轻触开关 | 1 | 6×6×5mm |
| 电源 | 5V/2A适配器 | 1 | 舵机独立供电 |
| 杜邦线 | 公对母/母对母 | 若干 | 连接线 |
2.2 引脚分配表
| 外设 | 功能引脚 | STM32引脚 | 片上资源 | 说明 |
|---|---|---|---|---|
| 舵机1 | 信号线 | PA0 | TIM2_CH1 | 独立定时器通道1 |
| 舵机2 | 信号线 | PA6 | TIM3_CH1 | 独立定时器通道1 |
| OLED | SCL | PB8 | I2C1_SCL | I2C时钟线 |
| OLED | SDA | PB9 | I2C1_SDA | I2C数据线 |
| 按键 | 信号 | PB0 | GPIO输入 | 内部上拉 |
2.3 舵机工作原理
2.3.1 控制信号规范
舵机通过PWM（脉冲宽度调制）信号控制，周期固定为20ms（50Hz）：
text
┌─────────────────────────────────────────────────────────┐ │ 20ms (50Hz) │ │ ┌──────┐ │ │ │ 脉宽 │ │ │ └──────┘ │ │ ←0.5~2.5ms→ │ └─────────────────────────────────────────────────────────┘
2.3.2 角度与脉宽对应关系
| 角度 | 脉宽 | 计数值（1MHz时钟） |
|---|---|---|
| 0° | 0.5ms | 500 |
| 45° | 1.0ms | 1000 |
| 90° | 1.5ms | 1500 |
| 135° | 2.0ms | 2000 |
| 180° | 2.5ms | 2500 |
2.3.3 计算公式
脉宽(μs) = (角度 / 180) × 2000 + 500
2.4 硬件连接图
┌─────────────────────────────────────┐
│ STM32F103C8T6 │
│ │
舵机1 ── 黄色 ──│ PA0 (TIM2_CH1) │
舵机1 ── 红色 ──│ 5V (独立电源) │
舵机1 ── 棕色 ──│ GND (共地) │
│ │
舵机2 ── 黄色 ──│ PA6 (TIM3_CH1) │
舵机2 ── 红色 ──│ 5V (独立电源) │
舵机2 ── 棕色 ──│ GND (共地) │
│ │
OLED ── VCC ──│ 3.3V │
OLED ── GND ──│ GND │
OLED ── SCL ──│ PB8 │
OLED ── SDA ──│ PB9 │
│ │
按键 ── 一端 ──│ PB0 │
按键 ── 另一端 ──│ GND │
└─────────────────────────────────────┘
2.5 舵机选型注意事项
标准舵机 vs 360°舵机对比
| 对比项 | 标准舵机（SG90） | 360°舵机（SG90-360） |
|---|---|---|
| 控制方式 | 角度控制 | 速度控制 |
| 旋转范围 | 0°~180°（有限位） | 无限制（连续旋转） |
| 停止条件 | 到达目标角度自动停止 | 只有PWM=1.5ms时停止 |
| 位置反馈 | 有（内部电位器） | 无（电位器固定） |
| 适用场景 | 机械臂、云台、转向 | 车轮、传送带 |
本项目必须使用标准舵机！（其实是主播连接完之后发现自己手边的sg90都是360°的,随着烧录开始疯狂的旋转也是非常之崩溃，所以没有特殊需要大家就不要买升级改装过的sg90了。。。
三、软件设计
这里主播是使用了b站江科协老师免费分享的标准库，相对基础薄弱的同学来说hal库的配置可能会相对麻烦一点，所以主播在进行一系列的CubeMX的使用之后选择了在老师的源代码的基础上进行改装！！Or2
3.1 开发环境
| 项目 | 版本/工具 |
|---|---|
| IDE | Keil MDK V5 |
| 固件库 | STM32F10x_StdPeriph_Lib V3.5.0 |
| 调试器 | ST-Link V2 |
| 编程语言 | C语言 |
3.2 工程结构
3.3 核心代码详解
3.3.1 PWM驱动（PWM.c）
设计思路：
-
使用两个独立定时器避免通道冲突
-
TIM2_CH1（PA0）控制舵机1
-
TIM3_CH1（PA6）控制舵机2
-
每个定时器独立配置，互不干扰
3.3.2 舵机驱动（Servo.c）
3.3.3 按键驱动（Key.c）
3.3.4 主程序（main.c）
3.4 程序流程图
┌─────────────────────────────────────┐
│ 系统启动 │
└───────────────┬─────────────────────┘
▼
┌─────────────────────────────────────┐
│ 初始化外设 │
│ OLED_Init() / Key_Init() │
│ Servo_Init() │
└───────────────┬─────────────────────┘
▼
┌─────────────────────────────────────┐
│ 舵机复位到0° │
│ Servo1_SetAngle(0) │
│ Servo2_SetAngle(0) │
└───────────────┬─────────────────────┘
▼
┌─────────────────────────────────────┐
│ 显示初始界面 │
│ "Dual Servo" │
│ "Count: 000" │
│ "Press PB0 to Start" │
└───────────────┬─────────────────────┘
▼
┌───────────────┐
│ 按键按下？ │
│ Key_GetNum() │
└───────┬───────┘
│ 是
▼
┌─────────────────────────────────────┐
│ 显示"Running..." │
└───────────────┬─────────────────────┘
▼
┌─────────────────────────────────────┐
│ 舵机1: 0° → 180° → 0° │
│ 每个动作间隔1000ms │
└───────────────┬─────────────────────┘
▼
┌─────────────────────────────────────┐
│ 舵机2: 0° → 180° → 0° │
│ 每个动作间隔1000ms │
└───────────────┬─────────────────────┘
▼
┌─────────────────────────────────────┐
│ Count++ │
│ OLED显示更新后的计数值 │
└───────────────┬─────────────────────┘
▼
┌─────────────────────────────────────┐
│ 显示"Press PB0 to Start" │
│ 等待下次按键 │
└─────────────────────────────────────┘
四、调试过程与问题解决
4.1 问题一：舵机疯狂旋转不停止
现象描述
舵机接入后持续高速旋转，完全不听指令，无法停在指定角度。
初步排查
-
检查PWM频率 → 50Hz正常 ✅
-
检查GPIO配置 → 复用推挽正常 ✅
-
检查定时器配置 → 周期20ms正常 ✅
根本原因
检查舵机型号发现——购买的是 "SG90 360度连续旋转舵机"。（我真的要哭了，等我有💴了一定要统一硬件界的度量衡！！！
问题分析
两种舵机的本质区别：
| 舵机类型 | 控制方式 | 停止条件 |
|---|---|---|
| 标准舵机（0°~180°） | 角度控制 | 到达目标角度自动停止 |
| 360°舵机 | 速度控制 | 只有PWM=1.5ms时才停止 |
解决方案
更换为标准SG90舵机（0°~180°版本），购买时确认没有"360°"或"连续旋转"字样。
经验教训
舵机外观相似，但内部结构完全不同。购买前必须确认型号，我的改装版和普通版都没有信息被标出来，建议
4.2 问题二：单定时器双通道异常
现象描述
使用TIM2的CH1（PA0）和CH2（PA1）时：
-
PA0：舵机不转动 ❌
-
PA1：舵机疯狂旋转 ❌
问题分析
-
两个通道共用同一个定时器，可能存在通道冲突
-
初始化顺序可能导致通道配置相互覆盖
-
映射关系容易搞混
解决方案
改用两个完全独立的定时器：
| 舵机 | 定时器 | 通道 | 引脚 |
|---|---|---|---|
| 舵机1 | TIM2 | CH1 | PA0 |
| 舵机2 | TIM3 | CH1 | PA6 |
方案优势
-
✅ 完全独立，互不干扰
-
✅ 避免通道映射混乱
-
✅ 代码清晰，易于调试
-
✅ 可靠性更高
4.3 问题三：舵机供电不足
现象描述
舵机动作时出现抖动、卡顿，偶尔复位重启。
根本原因
STM32的USB供电（5V/500mA）无法驱动两个舵机。舵机瞬间启动电流可达1A以上。
解决方案
采用独立5V/2A电源供电：
text
┌──────────┐ ┌─────────────┐
│ 5V/2A │─────▶│ 舵机VCC │
│ 电源 │ │ │
│ GND │─────▶│ 舵机GND │
└──────────┘ │ │
│ │ STM32 GND │
└───────▶│ （共地） │
└─────────────┘
4.4 问题四：OLED显示异常
现象描述
OLED无显示或显示乱码。
原因分析
-
I2C时序不匹配
-
上电初始化延时不足
-
供电不稳定
解决方案
-
确认I2C地址为0x78
-
增加上电延时（100ms以上）
-
按照SSD1306标准初始化序列配置
4.5 问题五：按键误触发
现象描述
未按下按键时，系统偶尔自动触发。
根本原因
GPIO浮空输入，电平不稳定。
解决方案
c
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; // 内部上拉
同时增加软件消抖（20ms延时）。
五、实验结果
5.1 硬件连接展示
5.2 系统性能
| 参数 | 指标 | |
|---|---|---|
| PWM频率 | 50Hz（精度±0.1Hz） | |
| 角度精度 | ±1° | |
| 舵机响应时间 | < 200ms | |
| 单次动作周期 | 约2.4秒 | |
| 计数范围 | 0~255 | |
| 系统功耗 | < 10W（峰值） | |
| 动作间隔可调 | 100~1000ms |
六、技术要点总结
6.1 PWM控制要点
| 要点 | 说明 |
|---|---|
| 周期 | 20ms（50Hz），固定不变 |
| 脉宽范围 | 0.5ms~2.5ms |
| 角度计算公式 | pulse = angle/180 × 2000 + 500 |
| 定时器时钟 | 1MHz（72MHz/72） |
| 计数值范围 | 500~2500 |
6.2 双定时器方案优势
| 对比项 | 单定时器双通道 | 双定时器方案 |
|---|---|---|
| 通道冲突 | 可能存在 | 无 |
| 代码清晰度 | 较复杂 | 清晰 |
| 调试难度 | 较高 | 低 |
| 扩展性 | 受限于通道数 | 易于扩展 |
| 可靠性 | 中 | 高 |
6.3 舵机选型要点
购买舵机时注意事项：
├── 确认类型
│ ├── 标准舵机（0°~180°）→ 角度控制，本项目使用
│ └── 360°舵机 → 速度控制，本项目不能用
├── 确认参数
│ ├── 工作电压：4.8V~6V
│ ├── 扭矩：根据负载选择
│ └── 尺寸：9g/12g/20g等
└── 确认配件
├── 舵机臂（十字/一字/圆盘）
├── 螺丝
└── 杜邦线
七、踩坑经验总结
7.1 硬件坑
| 序号 | 坑点 | 正确做法 |
|---|---|---|
| 1 | 买了360°舵机当标准舵机用 | 购买时确认型号，看是否有"360°"（很多不会标的！） |
| 2 | 用USB供电驱动舵机 | 使用独立5V/2A以上电源 |
| 3 | 忘记共地连接 | 确保STM32与舵机GND相连 |
| 4 | 信号线接触不良 | 使用杜邦线并确保连接牢固 |
7.2 软件坑
| 序号 | 坑点 | 正确做法 |
|---|---|---|
| 1 | 单定时器通道冲突 | 使用独立定时器 |
| 2 | 引脚映射错误 | 核对数据手册确认复用功能 |
| 3 | 延迟时间不足 | 舵机动作至少500ms |
| 4 | 按键无上拉 | 配置内部上拉或外接上拉电阻 |
7.3 调试方法论
调试流程： 1. 先确认硬件（型号、供电、连接） 2. 再验证基本功能（固定PWM输出测试） 3. 分模块调试（PWM→舵机→按键→OLED） 4. 最后整合完整逻辑 5. 逐步添加功能，不要一次性集成
八、项目总结
8.1 项目成果
本次项目成功实现了：
-
✅ 基于STM32F103的双舵机精确角度控制
-
✅ 按键触发舵机往返动作（0°→180°→0°）
-
✅ OLED实时显示动作累计次数
-
✅ 系统稳定可靠，无异常旋转
8.2 关键技术决策
| 决策点 | 选择 | 原因 |
|---|---|---|
| 舵机类型 | 标准SG90 | 需要角度控制 |
| 控制方式 | 双定时器 | 避免通道冲突 |
| 供电方式 | 独立电源 | 保证驱动能力 |
| 显示方案 | I2C OLED | 接口简单，占用引脚少 |
8.3 心得体会
嵌入式开发中，硬件确认是第一关。本次项目中，一个"360°舵机"的误判导致了大量时间浪费在软件调试上，而实际上问题根源在硬件选型。
核心教训：
在嵌入式开发中，遇到异常现象时，应该先确认硬件是否选型正确，再检查软件逻辑。很多时候，问题不在代码，而在硬件本身。
8.4 改进方向
-
限位保护：软件限制角度范围（0°~180°），防止舵机过载
-
状态指示：增加LED指示系统运行状态
-
串口调试：通过USART输出调试信息
-
数据存储：增加EEPROM保存计数
-
多模式切换：支持单舵机/双舵机模式切换
-
速度控制：实现舵机缓动效果
十、附录
附录A：物料清单
| 序号 | 名称 | 型号 | 数量 | |
|---|---|---|---|---|
| 1 | STM32开发板 | STM32F103C8T6 | 1 | |
| 2 | 舵机 | SG90标准版 | 2 | |
| 3 | OLED | 0.96寸 I2C | 1 | |
| 4 | 按键 | 轻触开关 | 1 | |
| 5 | 电源 | 5V/2A | 1 | |
| 6 | 杜邦线 | 公对母/母对母 | 若干 |
附录B：代码获取
完整项目源码已上传github，
代码链接🔗
GitHub - guanli-1020/Dual-Servo-with-OLED-Counter: Dual Servo with OLED Counter · GitHub
智能硬件社区聚焦AI智能硬件技术生态，汇聚嵌入式AI、物联网硬件开发者，打造交流分享平台，同步全国赛事资讯、开展 OPC 核心人才招募，助力技术落地与开发者成长。
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