同一只舵机的两代驱动：延时法 vs 定时器 PWM，谁才是产品级答案

双看门狗那篇复盘里提过，知识库里那篇 PWM 与电机控制是"理论篇"，舵机实证一直欠着。这次 SG90 到货，洋桃 1 号配套的 demo37_SERVO_DELAY 上板，本来预估半小时收工，结果从中午折腾到深夜，抓出四只代码层的虫和两起硬件疑案。第二天接着把 demo38 的定时器 PWM 也跑通——同一个洋桃 1 号、同一只 SG90、同一条排线，把两代驱动放在同一张考卷上，顺便解决一个官方例程没打算帮你解决的问题：官方 PWM 例程输出在 PB0，而我的舵机排线插在 PA15 座上，三针一体的线，不想拆。

最终舵机是听话了，但比"听话"更值钱的是这一路的排查方法——这篇把两天的尸体全摆出来。

#一、延时法驱动舵机：最笨但最诚实的 PWM

SG90 舵机的协议一句话就能说完：50Hz 的方波（周期 20ms），高电平宽度 0.5~2.5ms，对应 0~180°。理论篇讲过 PWM 靠定时器硬件出波，而 demo37 用的是最笨的"延时法"——CPU 亲手把电平拉高、数微秒、拉低、再补齐周期：

cvoid SG90_angle(u8 a){ //舵机角度控制（官方原始版）
    u8 b=100;//角度校正偏移量
    GPIO_WriteBit(SE_PORT,SE_OUT,(BitAction)(1)); //拉高
    delay_us(500+a*10+b);   //高电平：600us(0°)～2400us(180°)
    GPIO_WriteBit(SE_PORT,SE_OUT,(BitAction)(0)); //拉低
    delay_us(19500-a*10-b); //低电平补齐 20ms 周期
}

信号脚 PA15，纯 GPIO 推挽输出。SG90_angle(0) 调用一次，CPU 空转整整 20ms，期间主循环什么都没干。这个写法的缺陷一眼可见——但恰恰因为它"笨"，每一微秒都是 CPU 自己数出来的，标定时改什么、为什么改，全都透明。学 PWM，先从延时法学起，再看定时器硬件出波，顺序不能反——不知道 20ms 里每一微秒意味着什么，就直接上寄存器，等于背公式不做题。

#二、踩坑一：180° 只转 170°——比例失真

烧录官方原版，触摸按键切换 0/45/90/180 四个角度。实测：180° 只转到约 170°。按"比例放大"直觉，把每度系数从 10µs 放大到 10.6µs（180/170 倍）：

cpw = 600 + a*106/10; //每度10.6us：按实测误差(180°只转170°)放大 180/170 倍

烧上去，180° 还差 3°——但注意，90° 也差了 3°。如果误差是纯比例的，90° 应该只差 1.5°。误差不随角度等比增长，说明这只舵机的行程响应是非线性的。

#三、踩坑二：放弃万能系数，改三点标定

非线性就意味着"一个系数修所有角度"这条路走不通。工程上的标准做法是：实测若干个锚点，段内线性插值。我用三个锚点（0°/90°/180°）做了分段线性：

cvoid SG90_angle(u8 a){
    u16 pw; //高电平脉宽（微秒）
    if(a <= 90){
        pw = 600 + a*1004/90;      //0°=600us, 90°=1604us（实测标定）
    }else{
        pw = 1604 + (a-90)*951/90; //90°=1604us, 180°=2555us（实测标定）
    }
    GPIO_WriteBit(SE_PORT,SE_OUT,(BitAction)(1));
    delay_us(pw);
    GPIO_WriteBit(SE_PORT,SE_OUT,(BitAction)(0));
    delay_us(20000-pw);
}

90° 锚点是两段的共享点，保证分段处连续。实测 0°/45°/90°/135° 全部到位，180° 只剩 1~2° 残差。每个 SG90 的非线性程度都不一样（塑料齿轮间隙 + 电位器线性度），出厂参数只能当起点，"实测标定"才是产品级做法——工业伺服出厂要做全行程标定表，玩具舵机标三个点就够了。

#四、踩坑三：贪那 1~2°，撞上"静默失败"

我不死心，把 180° 的脉宽从 2555µs 推到 2571µs（+1.5°）。结果：OLED 显示 180°，舵机纹丝不动。回退 2555µs，立刻恢复。

这就是两天里最有价值的发现：脉宽超出舵机的容限上限（SG90 标称最大约 2500µs）后，舵机静默拒收——不报错、不抖动、不提示，就是不执行。2555µs 在容限边缘还被勉强接受，2571µs 直接越线。

"静默失败"是嵌入式里最阴险的失败模式：参数超界 → 系统拒收 → 表面一切正常。对比软件世界，API 参数超界至少抛个异常；硬件世界连异常都没有。教训写进肌肉记忆：标定要在器件容限内找最优，行程到不了的地方，是机械极限不是代码 bug。SG90 标称 180°，实际能到 ~178° 就该知足。

#五、踩坑四：单帧断粮，舵机半路停摆

角度标定完成后换按键逻辑，又撞一坑：从 180° 按键回 0°，OLED 显示 Angle 0，舵机却停在 90° 不动了。

原因：我的按键处理每次只调用一次 SG90_angle(0)——只发出一帧 20ms 的脉冲。从 180° 转 0° 是最长行程，舵机转到一半，脉冲流断了，SG90 内部失去指令就原地停住。之前"按住不放"的原版逻辑之所以正常，是因为按住期间主循环每圈都在发脉冲，相当于持续供粮。

修复：触发后连发 30 帧（600ms），足够走完全程：

cfor(i=0;i<30;i++) SG90_angle(180); //连发30帧(600ms)：单帧20ms不够长行程

舵机要的不是"一条指令"，而是"持续的指令流"——这也是后面定时器 PWM 价值的最好铺垫：硬件出波永不断粮，CPU 一微秒都不用陪跑。

#六、硬件疑案一：TTP224 触摸芯片全亮锁死

代码的虫抓完了，但测试中途出现过一个更诡异的现象：4 个触摸键指示灯全亮、松手不释放、舵机乱转，且越测越频繁，最后"一按就锁死"。

#排查第一步：证明不是代码

对比工程的最终手段是把原始发布包里的文件解压出来逐字节比对：touch_key.c 与原版完全一致；main.c 与原版仅一处显示文案差异。按键代码没动过——排除了"我改坏"的可能。

#排查第二步：对照实验

把最早的代码原样烧回去复现——原版也乱跑。至此实锤：与代码无关，硬件问题。

#原因分析（三条叠加）

1. TTP224 上电校准被手污染：这颗触摸芯片每次上电的最初约 0.5 秒会自动校准触摸基准。连续测试时手一直停在板子附近，某次复位时手在触摸区上，基准就校错了——之后芯片"坚信"一直有键被按（输出常低），表现为锁死。
2. 供电跌落连锁：舵机大电流转动把 USB 供电拉出毛刺，TTP224 欠压输出乱跳 → 多键齐触发 → 舵机来回乱转 → 电流更大。恶性循环。
3. 触摸板汗渍污染：一下午的连续触摸，手汗导电让电容感应阈值漂移。

#处置：绕过它

好在洋桃 1 号的设计里藏了后手：板载 KEY1/KEY2 微动开关与触摸键 A/B 共用同一组引脚（PA0/PA1）。于是最终固件直接改用 KEY1/KEY2 控制（KEY1 每按 +45° 步进、KEY2 回零），彻底绕开 TTP224。芯片本身值几毛钱，坏了可以换，但"板载按键与触摸共用引脚"这个发现让维修方案变成零成本。

顺带的加固经验（写进了最终代码）：按键处理加 20ms 消抖 + 二次确认 + 等待释放（带超时保护），一次触摸只响应一个键——就算信号源乱跳，软件上也只认一个键。

#七、硬件疑案二：官方例程烧完，SWD 失联

排障途中为了"用官方固件做基准"，烧了一颗从配套资料里找的官方 hex（PWM 驱动舵机 demo）。烧完后 SWD 直接失联——Unable to get core ID，连"复位模式下连接"都失败。

最后发现规律：BOOT0 拉高进 ROM bootloader 就能连，正常启动跑这个官方固件就失联。结论：这颗为另一块板（YT32B1）编写的官方 demo，为了释放 PA15 做舵机信号脚，代码里有 SWJ 完全禁用（JTAG+SWD 一起关）——固件一跑起来，调试口物理失效。

两个教训：

1. 官方例程不是免疫的。跨板移植的官方 hex，烧之前最好确认调试口配置；
2. BOOT0 是最后一根救命稻草。SWD 被固件锁死时，BOOT0=1 让芯片进 ROM 引导（此时调试口必开），重新烧录即可复活。本次实验 BOOT0 救援成功多次，全程没动过一颗焊点。

#八、供电：乱转与失联的共同元凶

复盘整个下午，"舵机乱转"和"两次 core 失联"背后都有同一个推手：USB 供电带不动舵机。SG90 堵转电流可达 700mA， USB 口 + 板载稳压器的组合在转动瞬间电压塌陷，轻则触摸芯片乱跳、重则 MCU 内核失联。

产品级做法：舵机独立 5V 供电（与 MCU 共地），或至少转动瞬间减小负载。学习阶段实在要用 USB，那就记得：转不动别硬转，堵转是舵机电流最大的状态。

#九、延时法的最终代码：标定 + 按键 + 连发

c//SG90.c —— 三点标定 + 分段线性
void SG90_angle(u8 a){
    u16 pw;
    if(a <= 90){
        pw = 600 + a*1004/90;      //0°=600us, 90°=1604us
    }else{
        pw = 1604 + (a-90)*951/90; //90°=1604us, 180°=2555us（容限上限）
    }
    GPIO_WriteBit(SE_PORT,SE_OUT,(BitAction)(1));
    delay_us(pw);
    GPIO_WriteBit(SE_PORT,SE_OUT,(BitAction)(0));
    delay_us(20000-pw);
}

//main.c —— KEY1 步进 / KEY2 回零，30 帧连发
u8 cur=0, i;
while(1){
    if(!GPIO_ReadInputDataBit(TOUCH_KEYPORT,TOUCH_KEY_A)){ //KEY1(=PA0)
        delay_ms(20); //消抖
        if(!GPIO_ReadInputDataBit(TOUCH_KEYPORT,TOUCH_KEY_A)){
            cur+=45; if(cur>180) cur=0;
            if(cur==0)     { OLED_DISPLAY_8x16_BUFFER(6,"  Angle 0       "); for(i=0;i<30;i++)SG90_angle(0);   }
            else if(cur==45){ OLED_DISPLAY_8x16_BUFFER(6,"  Angle 45      "); for(i=0;i<30;i++)SG90_angle(45);  }
            else if(cur==90){ OLED_DISPLAY_8x16_BUFFER(6,"  Angle 90     "); for(i=0;i<30;i++)SG90_angle(90);  }
            else if(cur==135){OLED_DISPLAY_8x16_BUFFER(6,"  Angle 135     "); for(i=0;i<30;i++)SG90_angle(135); }
            else            { OLED_DISPLAY_8x16_BUFFER(6,"  Angle 180     "); for(i=0;i<30;i++)SG90_angle(180); }
            while(!GPIO_ReadInputDataBit(TOUCH_KEYPORT,TOUCH_KEY_A)); //等待释放
            delay_ms(50);
        }
    }
    if(!GPIO_ReadInputDataBit(TOUCH_KEYPORT,TOUCH_KEY_B)){ //KEY2(=PA1) 回零
        delay_ms(20);
        if(!GPIO_ReadInputDataBit(TOUCH_KEYPORT,TOUCH_KEY_B)){
            cur=0;
            OLED_DISPLAY_8x16_BUFFER(6,"  Angle 0       ");
            for(i=0;i<30;i++)SG90_angle(0);
            while(!GPIO_ReadInputDataBit(TOUCH_KEYPORT,TOUCH_KEY_B));
            delay_ms(50);
        }
    }
}

#十、PWM 版官方例程：寄存器里的 20ms

demo38 的核心是 TIM3_PWM_Init(arr, psc)，逐行读懂它，PWM 就通了：

cTIM3_PWM_Init(59999, 23); // 溢出时间 = (59999+1)×(23+1)/72MHz = 20ms → 50Hz

• 72MHz 主时钟，预分频 23 分完是 3MHz——计数器加 1 = 1/3 微秒
• 自动重装载 59999，数满 60000 个计数正好 20ms 一个周期
• 改角度 = 改比较值 CCR：TIM_SetCompare3(TIM3, 4500) → 高电平 4500 × 1/3µs = 1500µs → 90°

一句话总结：脉宽(µs) = CCR ÷ 3。CNT 从 0 数到 59999 循环，CNT < CCR 时输出高、之后输出低——比较值在周期里的位置，就是高电平的宽度。这就是 PWM1 模式的全部秘密。

官方例程用四个触摸键切换四个角度（CCR=1500/3000/4500/7500，对应教科书脉宽 500/1000/1500/2500µs）。但有两件事官方没管：一是触摸键芯片已经被我们判定损坏（上文硬件疑案一），二是输出引脚。

#十一、引脚打架：官方要 PB0，我的排线在 PA15

延时法（demo37）的信号脚是 PA15，舵机排线三针一体插在板上的舵机座，用的就是 PA15。而 PWM 例程的 TIM3 通道 3 无重映射时固定输出在 PB0。

第一反应是查"能不能把 TIM3 挪到 PA15"——答案是不能。把 F103 的定时器引脚映射表翻一遍：

TIM2 部分重映射1（GPIO_PartialRemap1_TIM2）正好把 CH1 送到 PA15——排线不用动，改用 TIM2 就行。这个案例说明：引脚冲突时，"换引脚"和"换定时器"之间还有第三条路——查重映射表。STM32 的重映射机制就是官方预留的引脚冲突解药，可惜大多数人只背"TIM3 通道对应哪个脚"，从不翻映射表。

#十二、JTAG 释放：PA15 不只是个 GPIO

PA15 有个特殊身份：JTDI——JTAG 调试口的数据输入脚。F103 复位后 PA15/PB3/PB4 默认归 JTAG 所有，想把它当 PWM 输出脚，必须先"赶走"JTAG：

cGPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable, ENABLE); // 释放JTAG，保留SWD
GPIO_PinRemapConfig(GPIO_PartialRemap1_TIM2, ENABLE);    // TIM2_CH1 → PA15

注意这两行的先后与区别：

• JTAGDisable 只关 JTAG（释放 PA15/PB3/PB4），SWD 调试口（PA13/PA14）安然无恙——烧录调试一切正常
• 上文那颗官方 hex 用的是"SWJ 完全禁用"，SWD 一起陪葬，烧完调试口直接失联，只能 BOOT0 救援

同一个 API 家族，一个参数之差，一个是常规操作，一个是给自己埋雷。动调试引脚前，先想清楚 SWD 还要不要。

#十三、标定移植：延时法的数据今天直接用

延时法时代实测的三点标定（0°=600µs、90°=1604µs、180°=2555µs），换算成 CCR 只需乘 3：

官方教科书值和这只舵机的实测值系统性偏差约 100µs（≈10° 量级的起点差）——个体差异是舵机的宿命，标定数据才是这只舵机的真实身份。PWM 版烧上去，四个角度一次到位，延时法标定的成果零损耗迁移。这也验证了标定数据的存在价值：它不属于某一种驱动方式，它属于这只舵机本身。

#十四、诊断固件：一招分流"代码还是接线"

调试 PWM 版时还顺手用了个小技巧。烧录后舵机纹丝不动，是代码问题还是接线问题？与其反复检查，不如写个诊断固件：跳过所有按键逻辑，初始化完直接输出 90° 中位脉宽——

cTIM2_PWM_Init_PA15(59999, 23);
TIM_SetCompare1(TIM2, 4500); // 诊断：上电即输出90度，无需任何按键

上电转 90° = 波形链路全通，问题在按键；纹丝不动 = 接线/引脚错误。二选一，30 秒出结论。这个"上电即执行关键动作"的诊断模式，比在主循环里加 printf 高效得多——让系统自己把最大可疑变量先跑一遍。

#十五、两代驱动八维度对比（本文核心）

同一只舵机跑完两种方案，把体感差异量化成一张表：

#十六、延时法的隐藏致命伤：中断抖动

对比表里最值得展开的是"中断抗扰"。延时法的 20ms 周期靠 CPU 空转数出来的——任何一个中断（串口来了数据、定时器溢出、外部按键）都会把这段"数数时间"拉长。延时法驱动时如果开着串口打印，你会看到舵机微微抖动：中断把 600µs 的高电平拉成了 700µs，舵机以为你要它多转 10°。

这在"main 循环 + 一个按键"的 demo 里永远暴露不出来，但在真实产品里——主循环要跑通信、采样、显示，中断此起彼伏——延时法的舵机波形就是永不停歇的抖动源。这就是产品代码永远用硬件 PWM 的根本原因：CNT 是硬件数的，中断爱来不来，波形一个微秒都不差。

反过来说，教学阶段先跑延时法又是完全正确的顺序：你亲手数过 20ms 里的每一微秒，才知道 PWM 外设替你干了什么。先延时后 PWM，不是绕远路，是打地基。

#十七、应用价值

• 选型决策：一颗舵机 + 裸主循环，延时法够用；两颗以上舵机、或主循环还有别的活、或系统里有中断——直接 PWM，不用犹豫
• 标定即产品流程：凡是带执行器的产品（舵机、步进、温控），出厂前都要做行程标定。本文的三点标定是最小可行版本，工业设备做全行程查表
• 标定数据是资产：属于执行器本身，不绑定驱动方式。换驱动方案，标定值一个公式就迁移（本文：CCR = 脉宽µs × 3）
• 容限意识：驱动任何执行器前先查数据手册的标称范围（SG90：500~2500µs），标定只能在容限内做文章，超限就是静默失败
• 重映射思维：引脚冲突不是死局，先查映射表再动烙铁。STM32 的重映射能解决大半布局尴尬
• 调试引脚红线：PA13/PA14/PA15/PB3/PB4 这五个 JTAG/SWJ 引脚，动之前先想清楚 SWJ_CFG 的三种模式（全开 / JTAGDisable / 全禁），全禁 = 调试口自杀；真锁死了还有 BOOT0 这根救命稻草
• 诊断固件习惯：硬件行为类 bug，先写"上电即执行"的最小固件分流，别在完整应用里大海捞针
• 对照实验是硬件排障的胜负手："原版代码也复现"六个字，比任何分析都更能终结"是不是代码改坏了"的争论

#十八、相关阅读

• PWM 与电机控制原理——本文的理论底子（CNT/ARR/CCR、H 桥、步进）
• 定时器与中断：从 1 秒心跳到五阶段状态机——TIM2/TIM3 出波之外，定时器还能干什么
• 触摸按键 TTP223（PA0–PA3）——本次"全亮锁死"的当事人与排查思路
• 洋桃1号 MODE 键 / BOOT 状态速查——BOOT0 救援 SWD 失联的完整流程

#十八、更新日志