搭建机器人电控系统——MCU基石

在上一章中，我讲解了搭建一个机器人电控系统的前期准备工作，包括电源的选择和主控的开发，经过一些基础的单片机任务之后，现在你应该对单片机的一些编程习惯有了掌握。

在本章中，我将会按照一个机器人的底盘到上层机构的顺序，单独来对每一个机构的电控部分进行讲解。从中分别来详细展示运动模型、通信协议、PWM输出和算法部分，从而让你学会如何用MCU去控制每个部分机构的运动。

不过在这之前，我会以STM32F407为例，先补充一些关于MCU的基本知识原理：

STM32系统架构
STM32时钟配置
GPIO原理
中断NVIC与EXTI

GPIO是什么？

IO口是单片机除了特殊引脚之外的输出输入引脚，GPIO也是各大外设功能中的一种。之所以把GPIO单独拿出来讲解，是因为GPIO是IO口最基本的功能，在你初始化任何外设的功能的时候，除了都要使能时钟以外，你基本都要先初始化GPIO的结构体：

所以我们说，外设正常工作的激励来源是时钟信号，而外设的硬件环境是GPIO。
GPIO（General-purpose input/output），通用输入输出口，其电路原理图如下图所示：

我们在初始化它的结构体的时候，通常有以下两大要点：

GPIO的模式

5种输入模式：

GPIO的输入模式表示信息或者激励从IO引脚获得，比如按键检测、ADC采集、PWM捕获等。

①输入浮空模式Floating

IO引脚不接任何上拉或下拉电阻，即在空闲状态下IO引脚的电平状态不确定。

②输入上拉模式IPD

IO引脚接上拉电阻，即在空闲状态下IO引脚的电平状态为高。

③输入下拉模式IPU

IO引脚接下拉电阻，即在空闲状态下IO引脚的电平状态为低。

④模拟输入模式AIN

IO引脚作为模拟量采集输入，如ADC，即不经过TTL施密特触发器进行电平转换成TTL格式。

⑤复用功能输入

IO引脚复用（既有GPIO的功能也有其他外设功能）到其他外设上（比如串口功能外设），此时作为输出RX引脚读取外部数据信息。

4种输出模式：

GPIO的输出模式表示信息从IO引脚输出，比如点亮LED灯、输出PWM波等。

①开漏输出模式DD

MCU内信息从寄存器输出，经过N-MOS管到IO引脚。当输出为高电平时，N-MOS关闭，此时IO引脚电平仅由上拉或下拉电阻决定。

②开漏复用输出模式AFDD

MCU内信息从外设模块输出，经过N-MOS管到IO引脚。当输出为高电平时，N-MOS关闭，此时IO引脚电平仅由上拉或下拉电阻决定。

③推挽输出模式PP

MCU内信息从寄存器输出，经过P-MOS管道IO引脚。当输出为低电平时，P-MOS关闭，此时IO引脚电平仅由上拉或下拉电阻决定。

④推挽复用输出模式AFPP

MCU内信息从外设模块输出，经过P-MOS管道IO引脚。当输出为低电平时，P-MOS关闭，此时IO引脚电平仅由上拉或下拉电阻决定。

GPIO的输出速度

GPIO输出的速度有2MHZ、25MHZ、50MHZ、100MHZ。频率表示输出驱动电路的带宽。设置GPIO的速度时要保证频率（带宽）大于驱动对象信号频率（一般大于10倍以上）。

比如：串口波特率为115.2K，则用2M的速度即可，省点且噪声小；CAN通信配置波特率为1MHZ，则用25MHZ以上可以，如果用2MHZ可能会导致失真。

一个点灯的例程：

因为是要点灯，假设这个灯是高电平点亮，即外部接地。所以设置GPIO模式为推挽输出，这样我程序里设高就能亮。（如果设置为开漏输出，那么程序设高没用，得看IO对应引脚是被上拉还是下拉。）