STM32 TIM 编码器模式采集编码器信号

2024-05-18 18:32
文章标签 模式 stm32 采集 信号 编码器 tim

本文主要是介绍STM32 TIM 编码器模式采集编码器信号，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

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文章目录

    • @[toc]
    • 什么是正交解码？
    • 编码器接口模式
      • 标准库接口
        • TIM_TimeBaseInitTypeDef
        • TIM_ICInitTypeDef
      • 寄存器接口
      • 检测方法
    • 标准库配置
      • 关于计数器溢出的情况
    • 总结

什么是正交解码？

对于常用增量式编码器，光学编码器，采用带槽圆盘，一侧是发射光线的发射端，而光电晶体管在相对的一侧。当圆盘转动时，光程被阻断，得到的脉冲指示轴的转动和方向。通常的说法是1000线的编码器，即转一圈会产生1000个方波脉冲，马盘上刻了1000个栅格，中间被镂了1000个空，举个例子，未免显得有点啰嗦，下面直奔主题,至于什么是编码器还是搜索引擎说的明明白白。
增量编码器通常有A,B两相信号，相位相差90°，所以也叫正交，还有一个复位信号是机械复位，即转了一圈，复位信号会有一个跳变沿。具体如下图所示：
编码器
所以，正交解码，就是把解码A,B两相的方波信号，检测相位，以及脉冲数和转向，当然也可以计算出转速，加速度，以及转动到相应的位置。

编码器接口模式

参考《STM32 参考手册中文版》,可以看到，对于TIM定时器中通用的功能，普遍支持编码器接口模式，下面配合手册和标准库进行配置。

标准库接口

首先看到标准库的代码stm32f10x_tim.h中的接口，先简单分析以下源码，找到以下四个数据类型：

  • TIM_TimeBaseInitTypeDef：时基单位，配置定时器预分频参数，计数器模式（上溢/下溢），周期频率以及分频系数；
  • TIM_OCInitTypeDef：振荡输出单元，可以用于产生PWM波形；
  • TIM_ICInitTypeDef：输入捕获单元，可以用于检测编码器信号的输入；
  • TIM_BDTRInitTypeDef：适用于TIM1和TIM8作为插入死区时间配置的结构体；

所以，综合以上，只需要关注时基单元和输入捕获单元即可，下面对于其成员的以及其注释做一下简单解释；

TIM_TimeBaseInitTypeDef
typedef struct
{uint16_t TIM_Prescaler;         /*!< Specifies the prescaler value used to divide the TIM clock.This parameter can be a number between 0x0000 and 0xFFFF */uint16_t TIM_CounterMode;       /*!< Specifies the counter mode.This parameter can be a value of @ref TIM_Counter_Mode */uint16_t TIM_Period;            /*!< Specifies the period value to be loaded into the activeAuto-Reload Register at the next update event.This parameter must be a number between 0x0000 and 0xFFFF.  */ uint16_t TIM_ClockDivision;     /*!< Specifies the clock division.This parameter can be a value of @ref TIM_Clock_Division_CKD */uint8_t TIM_RepetitionCounter;  /*!< Specifies the repetition counter value. Each time the RCR downcounterreaches zero, an update event is generated and counting restartsfrom the RCR value (N).This means in PWM mode that (N+1) corresponds to:- the number of PWM periods in edge-aligned mode- the number of half PWM period in center-aligned modeThis parameter must be a number between 0x00 and 0xFF. @note This parameter is valid only for TIM1 and TIM8. */
} TIM_TimeBaseInitTypeDef;
TIM_ICInitTypeDef
typedef struct
{uint16_t TIM_Channel;      /*!< Specifies the TIM channel.This parameter can be a value of @ref TIM_Channel */uint16_t TIM_ICPolarity;   /*!< Specifies the active edge of the input signal.This parameter can be a value of @ref TIM_Input_Capture_Polarity */uint16_t TIM_ICSelection;  /*!< Specifies the input.This parameter can be a value of @ref TIM_Input_Capture_Selection */uint16_t TIM_ICPrescaler;  /*!< Specifies the Input Capture Prescaler.This parameter can be a value of @ref TIM_Input_Capture_Prescaler */uint16_t TIM_ICFilter;     /*!< Specifies the input capture filter.This parameter can be a number between 0x0 and 0xF */
} TIM_ICInitTypeDef;

寄存器接口

配置寄存器，可以直接参考《STM32 参考手册中文版》的十三章的编码器接口模式，详细内容可以参考一下手册，这里结合前面标准库的结构体，将重点的内容做一下提炼，编码器接口大概需要进行以下几项的配置：

  • 编码器接口模式的配置：
    • 上升沿触发
    • 下降沿触发
    • 跳变沿触发
  • 极性配置
  • 滤波器配置

以下是官方给出的配置方案：

● CC1S=’01’ (TIMx_CCMR1寄存器， IC1FP1映射到TI1)
● CC2S=’01’ (TIMx_CCMR2寄存器， IC2FP2映射到TI2)
● CC1P=’0’ (TIMx_CCER寄存器， IC1FP1不反相， IC1FP1=TI1)
● CC2P=’0’ (TIMx_CCER寄存器， IC2FP2不反相， IC2FP2=TI2)
● SMS=’011’ (TIMx_SMCR寄存器，所有的输入均在上升沿和下降沿有效).
● CEN=’1’ (TIMx_CR1寄存器，计数器使能)

这意味着计数器TIMx_CNT寄存器只在0到TIMx_ARR寄存器的自动装载值之间连续计数(根据方向，或是0到ARR计数，或是ARR到0计
数)。具体如下图所示；

官方正交解码时序

检测方法

综上所述，如果想得到转速，和方向：

  • 在间隔固定时间Ts,读取TIMx_CNT寄存器的值，假设是1000线的编码器，转速：n = 1/Ts*TIMx_CNT*1000;
  • 根据TIMx_CNT的计数方向判断转向，不同极性，TIMx_CNT增长方向也不同，这里要加以区分；

标准库配置

下面是基于标准库V3.5的代码，基于STM32F103系列的单片机，硬件接口：

  • TIM3通道1，Pin6和Pin7；
  • 机械复位信号；

可以通过encoder_get_signal_cnt接口读取当前编码的脉冲数，采用M法测速；

关于计数器溢出的情况

TIM3_IRQHandler中断通过判断SR寄存器中的上溢和下溢标志位，检测定时器可能溢出的方向，通过N做一个补偿，encoder_get_signal_cnt中未考虑到定时器溢出的情况；

#ifndef ENCODER_H
#define ENCODER_H
#include <stdint.h>
/*
QPEA--->PA6/TIM3C1
QPEB--->PA7/TIM3C1
---------------------------
TIM3_UPDATE_IRQ
EXTI_PA5
---------------------------
*/
typedef enum{FORWARD = 0,BACK
}MOTO_DIR;/*** 	@brief init encoder pin for pha phb and zero*		   and interrpts		*/
void encoder_init(void);/***	@brief get encoder capture signal counts*/
int32_t encoder_get_signal_cnt(void);/***	@brief get encoder running direction*/
MOTO_DIR encoder_get_motor_dir(void); #endif

#include "encoder.h"
#include "stm32f10x.h"
#include "stm32f10x_gpio.h"
#include "stm32f10x_rcc.h"
#include "stm32f10x_tim.h"
#include "stm32f10x_exti.h"
#include "misc.h"#define SAMPLE_FRQ 	10000L
#define SYS_FRQ		72000000L/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
volatile int32_t N = 0;
volatile uint32_t EncCnt = 0;/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
/* Private functions ---------------------------------------------------------*/static void encoder_pin_init(void){GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
}static void encoder_rcc_init(void){RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE); RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE);RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);	
}static void encoder_tim_init(void){TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure; 		TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = ENCODER_MAX_CNT;TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 0;TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure);TIM_EncoderInterfaceConfig(TIM3,TIM_EncoderMode_TI12, TIM_ICPolarity_Rising, TIM_ICPolarity_Rising);//must clear it flag before enabe interruptTIM_ClearFlag(TIM3,TIM_FLAG_Update);TIM_ITConfig(TIM3,TIM_IT_Update, ENABLE);	//TIM_ITConfig(TIM3, TIM_IT_CC2, ENABLE);TIM_SetCounter(TIM3,ENCODER_ZERO_VAL);TIM_ICInit(TIM3, &TIM_ICInitStructure);TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);//	TIM3->CCMR1 |= 0x0001;
//	TIM3->CCMR2 |= 0x0001;
//	TIM3->CCER &= ~(0x0001<<1);
//	TIM3->CCER &= ~(0x0001<<5);
//	TIM3->SMCR |= 0x0003;
//	TIM3->CR1 |= 0x0001;}/*** @brief  Configure the nested vectored interrupt controller.* @param  None* @retval None*/
static void encoder_irq_init(void)
{NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;/* Enable the TIM3 global Interrupt */NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA, GPIO_PinSource5);EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line5;EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising;EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI9_5_IRQn;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);}void encoder_init(void){encoder_rcc_init();encoder_pin_init();encoder_irq_init();encoder_tim_init();
}
// 机械复位信号
void EXTI9_5_IRQHandler(void){if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line5) == SET){ }EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line5);
}MOTO_DIR encoder_get_motor_dir(void)
{if((TIM3->CR1 & 0x0010) == 0x0010){return FORWARD;}else{return BACK;}
}int32_t encoder_get_signal_cnt(void){int32_t cnt = 0;if(TIM3->CNT > ENCODER_ZERO_VAL){EncCnt = cnt = TIM3->CNT - ENCODER_ZERO_VAL;	}else{EncCnt = cnt = ENCODER_ZERO_VAL - TIM3->CNT;	}TIM_SetCounter(TIM3,ENCODER_ZERO_VAL);return cnt;
}/******************************************************************************/
/*            STM32F10x Peripherals Interrupt Handlers                        */
/******************************************************************************/
/*** @brief  This function handles TIM3 global interrupt request.* @param  None* @retval None*/
void TIM3_IRQHandler(void)
{ uint16_t flag = 0x0001 << 4;if(TIM3->SR&(TIM_FLAG_Update)){		//down modeif((TIM3->CR1 & flag) == flag){N--;}else{//up modeN++;}}	TIM3->SR&=~(TIM_FLAG_Update);		
}TIM3 global interrupt request.* @param  None* @retval None*/
void TIM3_IRQHandler(void)
{ uint16_t flag = 0x0001 << 4;if(TIM3->SR&(TIM_FLAG_Update)){		//down modeif((TIM3->CR1 & flag) == flag){N--;}else{//up modeN++;}}	TIM3->SR&=~(TIM_FLAG_Update);		
}

总结

本文实现了STM32编码器接口模式的配置以及编码器的M法测速，如果配合机械复位信号，可以通过编码器的脉冲数得到位置信息，转过多少度，但当前并未实现。

这篇关于STM32 TIM 编码器模式采集编码器信号的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/995648。

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