定时器---正交解码编码器模式详解

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本帖最后由 drer 于 2021-6-5 21:04 编辑

增量式编码器

增量式编码器也成为正交编码器，是通过两个信号线的脉冲输出来进行数据处理，一个输出脉冲信号就对应于一个增量位移，编码器每转动固定的位移，就会产生一个脉冲信号通过读取单位时间脉冲信号的数量，便可以达到测速的效果(v=s/t），通过对脉冲信号的累加，和编码器的码盘的周长(转一圈对应距离) 便可以达到计算行走距离的效果(s=n*d)

编码器信号：

A 脉冲输出
B 脉冲输出
Z 零点信号当编码器旋转到零点时，Z信号会发出一个脉冲表示现在是零位置表示编码器转了1圈，可用来记录编码器转了多少圈，从而知道运行距离
VCC 电源线
GND 地线

只看该作者 · 2021-6-5 21:04

编码器线数：
编码器的线数 ,是说编码器转一圈输出多少个脉冲,,,如果一个编码器是500线,说明这个编码器转一圈对应的信号线会输出500个脉冲, A B两相转一圈发出的脉冲数一样的,不过存在90°相位差

线数越高代表编码器能够反应的位置精度越高

编码器原理：
增量式编码器有两个脉冲输出，A相和B相，并且两个相位永远存在90°相位差。如果两个信号相位差为90度，则这两个信号称为正交。由于两个信号相差90度，因此可以根据两个信号哪个先哪个后来判断方向、并且可以根据AB相脉冲信号数量测得速度，位移等，

编码器正反转：

正转的时候信号线A先输出信号,信号线B后输出 A相超前B相90度证明是正转

反转的时候信号线B先输出信号,信号线A后输出 B相超前A相90度证明是反转

只看该作者 · 2021-6-5 21:05

STM32定时器编码器模式

STM32的编码器模式共有三种：

仅在TL1计数(A相)
仅在TL2计数(B相)
在TL1和TL2都计数(A相和B相都计数)

只看该作者 · 2021-6-5 21:06

仅在TL1计数(A相)

TI2(B相)为高电平时：

1时刻： TI1(A相)下降沿，  则向上计数(正转)。

2时刻：TI1(A相)上升沿，则向下计数(反转)

TI2(B相)为低电平时：

3时刻： TI1(A相)上升沿，  则向上计数(正转)。

4时刻：TI1(A相)下降沿，则向下计数(反转)

只看该作者 · 2021-6-5 21:07

仅在TL2计数(B相)

TI1(A相)为高电平时：

1时刻： TI2(B相)上升沿，则向上计数(正转)。

2时刻：TI2(B相)下降沿，则向下计数(反转)

TI2(B相)为低电平时：

3时刻： TI2(B相)下降沿，则向上计数(正转)。

4时刻：TI2(B相)上升沿，则向下计数(反转)

只看该作者 · 2021-6-5 21:07

在TL1和TL2都计数(A相和B相都计数)

一个脉冲信号周期完成4次跳变。精度提高

1时刻：TI2为低电平，TI1上升沿跳变，计数器向上计数；

2时刻：TI1为高电平，TI2上升沿跳变，计数器仍然向上计数；

3时刻：TI2为高电平，TI1下降沿跳变，计数器仍然向上计数；

4时刻：TI1为低电平，TI2下降沿跳变，计数器仍然向上计数。

毛刺：只有一个相位脉冲过滤掉编码器转动过程中可能产生的毛刺过滤掉

计数器向下计数原理相同看图即可很好理解。

计数器向下计数：

A下降沿，B低电平
B下降沿，A高电平
B上升沿，A低电平
A上升沿，B高电平

只看该作者 · 2021-6-5 21:08

注意事项：
需要增加测量的精度时，可以采用4倍频方式，即分别在A、B相波形的上升沿和下降沿计数，分辨率可以提高4倍，
如果只是测速,不要求方向，那么只需要用单片机随意选择一个信号线就行了,,然后定时器边沿触发，检测脉冲计数即可
一般是定时器的通道1和2才能作为编码器输入口，对应编码器输出的两相。
GPIO配置为配置为上拉输入模式
一个定时器做一种工作，如果你配置了编码器模式，那么剩下的通道就不能配置其他模式
两相计数模式下，读出来数需要/4 一个脉冲信号对应四次计数

只看该作者 · 2021-6-5 21:09

编码器配置标准外设库
TIM_EncoderInterfaceConfig，它就是编码器接口的配置函数。简单的只需要配置该函数，使能TIM，即可实现采集编码器上面的信息

void TIM_EncoderInterfaceConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_EncoderMode,
uint16_t TIM_IC1Polarity, uint16_t TIM_IC2Polarity)
TIMx参数就是使用哪个定时器作为编码器接口的捕捉定时器。

TIM_EncoderMode参数是模式，是单相计数(仅在TL1计数或仅在TL2计数)还是两相计数(在TL1和TL2都计数)。

TIM_IC1Polarity和TIM_IC2Polarity参数就是通道1、2的捕捉极性。

只看该作者 · 2021-6-5 21:10

相关寄存器配置
● 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)

如果计数器只在TI2的边沿计数，则置TIMx_SMCR寄存器中的SMS=001；如果只在TI1边沿计数，则置SMS=010；如果计数器同时在TI1和TI2边沿计数，则置SMS=011

编码器模式功能：
  stm32f407中定时器1、2、3、4、5、8提供编码器接口模式
  可以对输入信号TI1,TI2进行滤波处理，数字滤波器由事件器组成，每N个事件才视为一个有效边沿，可以在TIMx_CCMR1、TIMx_CCMR2中的IC1F位域设置    也就是可以设置每产生几次脉冲才视为1次有效
各个值的计算：
转速计算方法:用捕获值（一秒内输出的脉冲数）/编码器线数（转速一圈输出脉冲数）/电机减数比（内部电机转动圈数与电机输出轴转动圈数比，即减速齿轮比没有则不用除）

运动距离计算：输出的总脉冲数 / 编码器线数*编码器齿轮周长

所转角度计算：输出的总脉冲数 / 编码器线数 *360    或溢出中断次数*360+当前计数值

转动方向：方向在定时器CR1的DIR位里 dir=(TIMX->CR1 & 0x0010)>>4;    //取方向标志位
if(dir > 0)  //向下计数    else    //向上计数

只看该作者 · 2021-6-5 21:11

那么我们直接看代码：

定时器初始化设置

void TIM3_Int_Init()
{
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE);

//定时器设置-------------------------------------------------------------
  TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 359*4;  //重装载值
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler=0x0;  //预分频
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up; //向上计数
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1; //时钟分割

TIM_TimeBaseInit(TIM3,&TIM_TimeBaseInitStructure);//初始化TIM3

//编码器模式设置--------------------------------------------------------------

TIM_EncoderInterfaceConfig(TIM3,TIM_EncoderMode_TI12,TIM_ICPolarity_Rising, TIM_ICPolarity_Rising);//计数模式3

TIM_ICStructInit(&TIM_ICInitStructure); //将结构体中的内容缺省输入
TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0;//滤波器值
TIM_ICInit(TIM3, &TIM_ICInitStructure);  //将TIM_ICInitStructure中的指定参数初始化TIM3
//溢出中断设置--------------------------------------------------------------
TIM_ITConfig(TIM3,TIM_IT_Update,ENABLE); //允许TIM3溢出中断

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=TIM3_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0x01;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=0x01;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

  TIM_SetCounter(TIM3,0); //TIM3->CNT=0
  TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);
}
重装载值： (编码器线数-1 ) *4             因为我们是两相计数，一个脉冲信号4次计数，所以乘4，保证转完1整圈才触发中断

只看该作者 · 2021-6-5 21:12

中断设置：

int circle_count=0;//圈数
void TIM3_IRQHandler(void)
{
if(TIM_GetITStatus(TIM3,TIM_IT_Update)==SET)
{
      if((TIM3->CR1>>4 & 0x01)==0) //DIR==0
         circle_count++;
      else if((TIM3->CR1>>4 & 0x01)==1)//DIR==1
         circle_count--;
}
TIM_ClearITPendingBit(TIM3,TIM_IT_Update);
}

只看该作者 · 2021-6-5 21:13

各个值的计算：

脉冲数：  TIM_GetCounter(TIM3)/4

int angle=0;  //转过总角度
int Realyangle = 0;  //当前实际角度 0~360
int Distiance=0; //运行距离
extern int circle_count; //转过圈数

Realyangle = TIM_GetCounter(TIM3)/4/360 ;    //先除4 最后除编码器线数

angle=Realyangle +circle_count*360;//当前角度

Distiance = angle/360*编码器齿轮周长  + circle_count*编码器齿轮周长

只看该作者 · 2021-6-6 09:24

感谢分享！

很详细。。。

另外，这个转速要求在多少以内？

只看该作者 · 2021-6-9 15:43

楼主辛苦了！