【公开课】基于 STM32 单片机的机器人控制
2021-22 秋季学期
各位同学，欢迎来到基于 STM32 的机器人控制课程。本课程由西交利物浦大学 GMaster 机器人战队电控组制作，21赛季和22赛季电控组组长，王景祎和林文浩主讲。
课程前期使用经典的 STM32F103 最小系统板，其价格便宜，方便各位同学快速上手。课程前半部分会介绍STM32的各个外设的使用方法和开发流程，后半部分会以STM32为平台来介绍机器人控制的相关知识。课程最终的目标是使用STM32控制一个迷你版的步兵机器人，其具有四个直流电机麦克纳姆轮和两个舵机组成的云台。
Lecture 1: 初识 STM32 与 GPIO 介绍
主讲人：林文浩
时间地点：2021年10月14日周四 19:00 BS4114
本次课程将是各位同学上手STM32单片机的第一节课。课程会先介绍单片机与我们的电脑相比的区别，特性，应用场景，然后以点亮一盏LED灯为目标，介绍STM32的最基本的一个外设——GPIO。最后会介绍使用CubeMX初始化代码生成器，和Keil集成开发环境的开发流程。
课程视频
本次课程暂无视频。
幻灯片
下载地址：https://site.mr-digital.cn/file/stm32-course/Lecture1.pptx
实验
实验要求：点亮开发板上的LED灯。LED灯连接在PC13引脚上，低电平点亮。
Lecture 2: GPIO 输入与外部中断
主讲人：王景祎
时间地点：2021年10月21日周四 19:00 BS4114
1. 本次课程会介绍GPIO外设如何读取输入引脚的高低电平状态。其中的一个难点就是理解GPIO输入时的上拉下拉配置。 2. 本次课程会介绍STM32的中断，使用EXTI外部中断来检测输入引脚的上升沿/下降沿。并帮助同学区分开轮询和中断的区别。课程还会介绍用到的库函数，并区分开主动调用函数还是实现中断回调函数的区别。
课程视频
幻灯片
下载地址：https://site.mr-digital.cn/file/stm32-course/Lecture2.pptx
实验2.1 按键控制LED灯
实验要求：
将杜邦线插入输入引脚，另一端连接至高电平时，点亮LED；拔掉或连接至GND时，熄灭LED。
使用轮询读取GPIO输入的方式来实现。
实验2.2 按键控制LED灯
实验要求：
将杜邦线插入输入引脚，另一端连接至高电平时，点亮LED；拔掉或连接至GND时，熄灭LED。
使用外部中断检测GPIO输入引脚的上升沿/下降沿的方式来实现。
作业
将杜邦线插入任意引脚，另一端连接至低电平时，点亮LED灯；拔掉线或连接至高电平时，熄灭LED灯。
注意体会上拉下拉的区别。
Lecture 3: 定时器：不仅仅能定时
主讲人：王景祎
时间地点：2021年10月30日周六 19:00 BS4114
0. 本次课程会先讲解之前工程中总是跳过的时钟树部分，理解时钟信号的来源，倍频，分频等知识点，最后使用外部晶振初始化系统时钟。 1. 介绍定时器外设的基本原理，使用流水线打包工人的场景来举例。 2. 介绍PWM脉宽调制信号，并讲解使用定时器生成任意的PWM。
课程视频
幻灯片
下载地址：https://site.mr-digital.cn/file/stm32-course/Lecture3.pptx
实验3.0 配置时钟树，使用阻塞延时
1 使用8MHz外部晶振，配置系统主频为72MHz
2 使用 HAL_Delay 阻塞延时函数实现LED每秒闪烁一次。
实验3.1 生成定时器中断
使用定时器生成周期1秒的中断，并在中断中翻转LED灯的状态。
实验3.2 生成PWM信号
生成一个PWM信号，使LED的亮度为原来的一半。
实验3.1和3.2示例代码：https://site.mr-digital.cn/file/stm32-course/Lab3_Demo_Code.rar
作业
实现呼吸灯效果，即灯由灭逐渐增加亮度，到达最亮后逐渐变暗至熄灭。
Lecture 4: 复习课：定时器，呼吸灯与舵机
主讲人：林文浩
时间地点：2021年11月3日周三 19:00 BS4114
0. 本次课程会将会讲解呼吸灯的实现方法，通过使用定时器中断的方式，周期性的改变灯的占空比 1.主要培养新生的工程师思维，把学过的外设功能结合起来。
课程视频
幻灯片
实验4.1 实现简单呼吸灯
通过在main函数的while(1), 使用HAL_Delay的方式完成周期性更改占空比
体会这种方式的弊端
实验4.2 使用定时器中断的方式实现呼吸灯
使用定时器生成周期100Hz的定时器中断，在中断回调函数中更改占空比。根据周期4S的需求，通过计算，选择合适的软件分频，把100Hz的频率缩小。
作业
通过查询舵机资料，尝试驱动舵机，完成周期性运动。