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[应用相关] 【STM32】 定时器---正交解码编码器模式详解

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 楼主| 黑心单片机 发表于 2022-4-29 10:56 | 显示全部楼层 |阅读模式
ST
本帖最后由 黑心单片机 于 2022-4-29 11:03 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)原文链接：https://blog.csdn.net/as480133937/article/details/98750922



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 楼主| 黑心单片机 发表于 2022-4-29 10:57 | 显示全部楼层
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
49984626b53f85389f.png
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 楼主| 黑心单片机 发表于 2022-4-29 10:58 | 显示全部楼层
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


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 楼主| 黑心单片机 发表于 2022-4-29 10:58 | 显示全部楼层
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，


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 楼主| 黑心单片机 发表于 2022-4-29 10:59 | 显示全部楼层
编码器正反转： 82435626b54718da29.png

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



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 楼主| 黑心单片机 发表于 2022-4-29 11:01 | 显示全部楼层
STM32定时器编码器模式 295626b54ba237b5.png

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)
仅在TL1计数(A相)

8940626b54e423e47.png

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)



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 楼主| 黑心单片机 发表于 2022-4-29 11:01 | 显示全部楼层
仅在TL2计数(B相) 36210626b550fb4db7.png
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)



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 楼主| 黑心单片机 发表于 2022-4-29 11:02 | 显示全部楼层
在TL1和TL2都计数(A相和B相都计数) 54008626b553a59cf7.png
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



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 楼主| 黑心单片机 发表于 2022-4-29 11:03 | 显示全部楼层
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   



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 楼主| 黑心单片机 发表于 2022-4-29 11:03 | 显示全部楼层
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

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  1. void TIM_EncoderInterfaceConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_EncoderMode,
    

  2.                                 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。



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 楼主| 黑心单片机 发表于 2022-4-29 11:06 | 显示全部楼层
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


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 楼主| 黑心单片机 发表于 2022-4-29 11:07 | 显示全部楼层
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  
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 楼主| 黑心单片机 发表于 2022-4-29 11:08 | 显示全部楼层
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


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 楼主| 黑心单片机 发表于 2022-4-29 11:09 | 显示全部楼层

那么我们直接看代码：

定时器初始化设置

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  1. void TIM3_Int_Init() 
    

  2. {
    

  3.     TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
    

  4.     TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;
    

  5.     NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    

  6.  
    

  7.     RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE); 
    

  8.  
    

  9. //定时器设置-------------------------------------------------------------    
    

  10.   TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 359*4;  //重装载值   
    

  11.     TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler=0x0;  //预分频
    

  12.     TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up; //向上计数
    

  13.     TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1; //时钟分割
    

  14.  
    

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

  16.  
    

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

  18.  
    

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

  20.  
    

  21.     TIM_ICStructInit(&TIM_ICInitStructure); //将结构体中的内容缺省输入
    

  22.     TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0;//滤波器值
    

  23.     TIM_ICInit(TIM3, &TIM_ICInitStructure);  //将TIM_ICInitStructure中的指定参数初始化TIM3
    

  24. //溢出中断设置--------------------------------------------------------------  
    

  25.     TIM_ITConfig(TIM3,TIM_IT_Update,ENABLE); //允许TIM3溢出中断
    

  26.  
    

  27.     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=TIM3_IRQn; 
    

  28.     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0x01; 
    

  29.     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=0x01; 
    

  30.     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;
    

  31.     NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
    

  32.  
    

  33.  
    

  34.   TIM_SetCounter(TIM3,0); //TIM3->CNT=0
    

  35.   TIM_Cmd(TIM3, ENABLE); 
    

  36. }

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

中断设置：

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  1. int circle_count=0;//圈数
    

  2. void TIM3_IRQHandler(void)
    

  3. {
    

  4.     if(TIM_GetITStatus(TIM3,TIM_IT_Update)==SET)
    

  5.     {       
    

  6.         if((TIM3->CR1>>4 & 0x01)==0) //DIR==0
    

  7.             circle_count++;
    

  8.         else if((TIM3->CR1>>4 & 0x01)==1)//DIR==1
    

  9.             circle_count--;
    

  10.     }
    

  11.     TIM_ClearITPendingBit(TIM3,TIM_IT_Update); 
    

  12. }


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 楼主| 黑心单片机 发表于 2022-4-29 11:09 | 显示全部楼层
各个值的计算：脉冲数：  TIM_GetCounter(TIM3)/4  

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  1. int angle=0;  //转过总角度
    

  2. int Realyangle = 0;  //当前实际角度 0~360
    

  3. int Distiance=0;   //运行距离
    

  4. extern int circle_count;   //转过圈数
    

  5.  
    

  6.  
    

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

  8.  
    

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

  10.  
    

  11.  
    

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


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albertaabbot 发表于 2022-10-23 16:27 | 显示全部楼层
可以直接通过读取tim相关寄存器的值，这个值就是编码值，这样的的操作最适合正交编码器的测距测速。
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