1. 课程导论与硬件准备：STM32与PWM基础概念、舵机与直流电机选型、开发板与工具清单
各位同学，欢迎来到《STM32 PWM驱动舵机与电机控制实战》的第一章。
我是你们这门课的主讲工程师。说实话，做嵌入式这么多年，我接触过不少控制方案。但要说最常用、最实用的，PWM（脉冲宽度调制）绝对排在前三。你想想看，从舵机打角到电机调速，从LED调光到开关电源，几乎处处都有它的影子。
这一章，我们不急着写代码。先把地基打牢——搞懂PWM到底是什么，舵机和直流电机怎么选，以及我们手头需要准备哪些家伙什。我个人习惯是：硬件没理清之前，绝不碰代码。否则出了问题，你都不知道是程序写错了，还是线接反了。
1.1 什么是PWM？为什么它能控制电机？
PWM，全称Pulse Width Modulation，中文叫脉冲宽度调制。说白了，就是通过调节一个方波信号里“高电平”占整个周期的比例，来模拟出不同的电压效果。
这个比例，我们叫它占空比（Duty Cycle）。比如一个5V的方波，如果占空比是50%，那等效电压就是2.5V；如果是100%，那就是5V。
核心公式：
占空比 = 高电平时间 / 周期 × 100%
等效电压 = 高电平电压 × 占空比
为什么会这样？因为电机和舵机内部的惯性系统，会对这种快速切换的脉冲做“平均化”处理。你给一个50%占空比的PWM信号，电机感受到的就是一半的电压，转速自然就降下来了。
我在项目中遇到过一位新手，死活调不好舵机角度。后来发现他把PWM频率设成了50kHz——舵机根本反应不过来。嗯，这里要注意：舵机通常需要50Hz的PWM频率，而直流电机可以跑到几千甚至几万赫兹。
| 参数 | 舵机控制 | 直流电机控制 |
|---|---|---|
| PWM频率 | 50Hz（周期20ms） | 1kHz ~ 20kHz |
| 占空比范围 | 2.5% ~ 12.5%（对应0°~180°） | 0% ~ 100% |
| 控制对象 | 角度位置 | 转速/转向 |
| 是否需要驱动板 | 通常可直接驱动 | 需要H桥或MOS管驱动 |
1.2 舵机与直流电机选型指南
选型这件事，我吃过不少亏。有一次为了省几块钱，买了一批杂牌舵机，结果上电就抖，角度根本稳不住。后来换成了MG996R，问题立刻解决。所以我的建议是：学习阶段，选主流型号，别贪便宜。
舵机选型要点
- SG90（9g微型舵机）：最常用的学习级舵机，扭矩0.18kg·cm，5V供电。适合做机械臂小关节、摄像头云台。
- MG996R（金属齿轮舵机）：扭矩大（10kg·cm），耐造。适合做机器人底盘转向、大型模型。
- 关键参数：工作电压（4.8V~6V）、堵转电流（SG90约700mA，MG996R约2.5A）、控制信号（PWM 50Hz）。
避坑指南：我曾经因为没注意舵机的堵转电流，直接用STM32的GPIO引脚驱动，结果烧了IO口。记住：舵机的电源绝对不能从STM32的3.3V或5V引脚取，必须外接独立的电源模块。
直流电机选型要点
- N20微型减速电机：带减速箱，转速适中（100~300rpm），扭矩不错。适合做小车驱动轮。
- 370/540电机：转速高（5000~10000rpm），扭矩小，需要配减速器。适合做风扇、泵类。
- 关键参数：额定电压（3V~12V）、空载电流、堵转电流、减速比。
我个人习惯是：做小车底盘，首选N20电机+编码器版本。这样后续做闭环控制时，还能用编码器测速，一举两得。
1.3 开发板与工具清单
好，接下来我们清点一下装备。这门课我推荐使用STM32F103C8T6（蓝色 pill 板）或者STM32F407VET6。F103够用，F407性能更强，带硬件定时器也更丰富。
| 硬件/工具 | 推荐型号 | 数量 | 备注 |
|---|---|---|---|
| 主控板 | STM32F103C8T6 | 1块 | 性价比之王 |
| 舵机 | SG90 + MG996R | 各1个 | 一大一小，覆盖学习场景 |
| 直流电机 | N20微型减速电机（带编码器） | 2个 | 做差速驱动 |
| 电机驱动板 | L298N 或 TB6612FNG | 1块 | TB6612更小巧高效 |
| 电源模块 | LM2596 可调降压模块 | 1块 | 输入7~12V，输出5V/3.3V |
| 面包板+杜邦线 | 830孔面包板 + 公对公/公对母杜邦线 | 各1套 | 方便快速搭电路 |
| 调试工具 | USB转TTL模块（CH340G） | 1个 | 串口打印调试信息 |
| 示波器/逻辑分析仪 | Saleae逻辑分析仪（24MHz采样） | 1个 | 强烈推荐，看PWM波形必备 |
我的小建议：如果你预算有限，逻辑分析仪可以先买一个几十块的USB版本。虽然采样率低一些，但看50Hz的舵机PWM信号完全够用。示波器嘛，等后面做高频电机控制时再升级也不迟。
1.4 本章知识体系总览
下面这张图，是我自己梳理的本章知识结构。你可以把它当成一张地图，后面每学一个知识点，都能在这张图上找到它的位置。
这张图把本章内容分成了四个模块：PWM基础概念、舵机选型与控制、直流电机选型、开发板与工具清单。每个模块之间都有联系——PWM是控制手段，舵机和电机是被控对象，而开发板和工具是我们实现控制的物质基础。
1.5 开发环境与接线准备
最后，简单说一下开发环境。这门课我使用STM32CubeIDE（免费，官方出品，集成了CubeMX配置工具）。当然，如果你习惯Keil或者IAR，也没问题，代码逻辑是一样的。
接线方面，记住一个原则：先接电源，再接信号。具体来说：
- 舵机红线（VCC）接5V电源正极，棕线（GND）接GND，橙线（信号）接STM32的TIM通道引脚。
- 直流电机通过驱动板（如L298N）连接：驱动板IN1/IN2接STM32 GPIO，ENA接PWM引脚，电机两端接驱动板OUT1/OUT2。
- 共地！所有模块的GND必须连在一起，否则信号乱跳。
血的教训：我曾经有一次忘记共地，结果舵机乱转，逻辑分析仪抓到的波形全是毛刺。查了整整两个小时，最后发现就是一根GND线没接。所以，接线完成后，第一件事就是拿万用表测一下各模块之间的GND是否导通。