Stm32-使用TB6612驱动电机及编码器测速

只看该作者 · 2024-1-30 16:51

最近在学习编码电机以及尝试使用编码电机测速。遇到了很多问题，花费了很多时间，在这里做一个记录，对自己学习到的知识进行一个总结

找了很多资料，看了很多视频，这些太多了，以至于让我不知道究竟哪一个是正确的，今天看这个，明天看这个，导致自己的学习效率低下

当然，有很多大佬的文章和资料给了我很大的启发

这个电机我玩了四天，把自己觉得重要的东西和大家分享一下

现在一般都是用编码器电机，参加比赛啥的，编码电机常用于测速，所以编码电机就成了一个必须学习的知识点

编码器被广泛应用于电机测速，实现电机闭环控制。

相关的知识点有：定时器的输出比较（输出PWM）、定时器的输入捕获，定时器的编码器接口、速度控制

一、电机及编码器的参数
编码电机其实就是具体大概是啥意思呢？
就是电机转动的时候编码器会通过编码电机的A相和B相输出两个正交的方波

通过输出的两个方波就可以对电机进行测速和识别电机的方向一个带有编码器的电机，我的这个电机是一个增量式的带霍尔传感器的电机

电机的型号是JGB37-520电机

下方是电机的参数
主要关注的就是电机的额定电压 12V
电机的减速比 30（这个很重要）

编码器的参数
主要关注编码器的线数 11线（也就是说电机转一圈会产生11个脉冲）
供电电压 5V
输出类型方波

编码器的连接

一般这种编码器都有六根线
两边靠外的两根线是电机电源线
往里两根是编码器的电源线
中间两根是编码器的A,B相

只看该作者 · 2024-1-30 16:52

二、硬件
整体结构采用洞洞板+TB6612+Stm32C8T6+编码电机(起初采用的是这种结构)

后面采用Stm32ZET6+TB6612+洞洞板+编码电机+12V电源(原因是C8T6烧坏了，哭

只看该作者 · 2024-1-30 16:52

三、接线
这里展示驱动一个编码电机的示例，毕竟先从一个电机玩起，弄懂后后面就会使用的更加得心应手啦

主要使用到了定时器的PWM模式（输出比较）功能

大家一定要认真接线，看清出每根线的作用，不要随便接线，一不小心电机驱动就烧了，或者是单片机烧了（在学习的时候就烧了一个单片机，*币-15）

注意这个是我实现的接线，大家可以根据自己单片机的片上资源合理选择，选择合适的IO口

只看该作者 · 2024-1-30 16:52

电机驱动

只看该作者 · 2024-1-30 16:52

编码器

只看该作者 · 2024-1-30 16:53

四、驱动电机
1、TB6612电机驱动
首先了解一下TB6612

下图是TB6612驱动模块
原理图

STBY接高电平清零电机全部停止
置 1 通过 AIN1 AIN2， BIN1，BIN2 引脚来控制正反转
PWM引脚控制占空比
VM：接 12V 以内电源
VCC：接 5V 电源
GND：接电源负极

只看该作者 · 2024-1-30 16:53

下图是驱动逻辑
可以看出IN引脚控制正反转，PWM引脚控制速度

只看该作者 · 2024-1-30 16:53

2、定时器的PWM模式驱动电机
使用定时器的PWM模式生成一个需要的占空比可调的频率符合要求的方波信号。

方波信号的频率不宜过高或者过低，过高容易导致电机驱动的晶闸管经常处于开关状态–发热巨大；过低则容易产生噪音，对电机也低频的冲击

这里输出PWM信号的定时器是TIM1-CH1

设置成PWM模式，频率和占空比可调

有关定时器PWM模式，可以看其他大佬的文章和资料，看看手册

可以看看江科大的教学视频，比我讲的详细多了，也很好理解

我贴出视频链接，大家学习32的时候可以跟他

只看该作者 · 2024-1-30 16:54

下方的PWM模式的代码作为一个参考

Motor.h
#ifndef __MOTOR_H
#define __MOTOR_H
#include "sys.h"

#define PWMA TIM1->CCR1 //PA8 PWMA TIM1_CH1
#define AIN2 PBout(15)
#define AIN1 PBout(14)

void Motor_PWM_Init(u16 arr,u16 psc);
void Motor_SetSpeed(u8 mode ,u16 speed);

#endif

只看该作者 · 2024-1-30 16:54

Motor.c
void Motor_Init(void) //IN引脚初始化
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); //使能PB端口时钟
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_14|GPIO_Pin_15; //端口配置
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;    //推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;    //50M
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);    //根据设定参数初始化GPIOB
}
void Motor_PWM_Init(u16 arr,u16 psc) //PWM引脚初始化
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;

Motor_Init();

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_TIM1 | RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);//开启时钟

//输出TIM1 CH1
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8; //TIM_CH1
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;  //复用推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

TIM_TimeBaseStructInit(&TIM_TimeBaseStructure);//初始化定时器。
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值  不分频
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上计数模式
TIM_TimeBaseInit(TIM1, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位

TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; //选择定时器模式:TIM脉冲宽度调制模式1
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //比较输出使能
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;                         //设置待装入捕获比较寄存器的脉冲值
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;    //输出极性:TIM输出比较极性高
TIM_OC1Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure);  //根据TIM_OCInitStruct中指定的参数初始化外设TIMx

TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1,ENABLE); //MOE 主输出使能高级定时器一定要写这个语句

TIM_ARRPreloadConfig(TIM1, ENABLE); //使能TIMx在ARR上的预装载寄存器

TIM_Cmd(TIM1, ENABLE);  //使能TIM1
}

void Motor_SetSpeed(u8 mode ,u16 speed) //mode 代表正反转 speed PWM占空比即速度
{
PWMA = speed;
if(mode==1)
{
      AIN1 = 1;
      AIN2 = 0;
}
else {
      AIN1 = 0;
      AIN2 = 1;
}
}

只看该作者 · 2024-1-30 16:54

五、编码器测速
编码器一般应用于电机控制，使用PWM驱动电机，然后再使用编码器测量速度，再使用PID算法进行闭环控制

记住下面这句话

在一定的时间内，电机转动一圈，通过霍尔传感器的A、B两相输出一定数量的脉冲，我们可以根据一定时间内的脉冲数计算出电机的瞬时速度。

只看该作者 · 2024-1-30 16:54

1、定时器的编码器接口模式
采用的是定时器的编码器接口模式，Stm32中的定时器只有TIM1-5和TIM8才有编码器接口功能，而且只有CH1通道和CH2通道有用。

只看该作者 · 2024-1-30 16:54

2、定时器编码器模式测速的原理
原理：接收编码器的A、B相产生的正交信号，根据编码器产生的正交信号脉冲，自动控制CNT自增或自减，根据计数方向和编码器的信号关系来指示编码器的位置、旋转方向和旋转速度，利用脉冲值来计算电机的转动位移

这个可以参考手册里定时器的编码器模式，比我讲的清楚多了
定时器的编码器接口托管了输入捕获的前两个接口

还有一句话记住，编码器模式下就相当于一个带有方向选择的外部时钟

只看该作者 · 2024-1-30 16:55

3、编码器模式的配置
具体配置流程就是

时钟–>GPIO–>时基单元配置–>编码器接口配置–>开启定时器–>读取一个时间段内的脉冲–>计算电机旋转轴转速

使用这个函数把定时器设置为编码器接口模式

TIM_EncoderInterfaceConfig(TIM3, TIM_EncoderMode_TI12, TIM_ICPolarity_Rising, TIM_ICPolarity_Rising);
1
采用的是编码器模式3，在TI1和TI2边沿都计数，也就是在一个周期内对A相和B相的上升沿下降沿都计数，一个周期内计4次，所以采用这种模式后,相应的计数值（CNT）就会变成4倍，这就是很多资料里说的四倍频计数。

只看该作者 · 2024-1-30 16:55

4、编码器模式相关代码
采用的是定时器2的编码器接口模式，通道1和通道2捕获
encoder.c

/**
* @brief 把TIM2初始化为编码器接口模式
* @param psc 预分频系数
* @param arr 自动重装载值
* @retval None
*/
void Encoder_Init_TIM2(uint16_t psc,uint16_t arr)
{
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
//NVIC_InitTypeDef  NVIC_InitStructure;

//使能定时器2的时钟
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
//使能PB端口时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

//端口配置
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1;
//浮空输入
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
//根据设定参数初始化GPIOB
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

TIM_TimeBaseStructInit(&TIM_TimeBaseStructure);
// 预分频器
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = psc;
//设定计数器自动重装值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr;
//选择时钟分频：不分频
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
//TIM向上计数
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);

//使用编码器模式3
TIM_EncoderInterfaceConfig(TIM2, \
                           TIM_EncoderMode_TI12, \
                           TIM_ICPolarity_Rising, \
                           TIM_ICPolarity_Rising);
TIM_ICStructInit(&TIM_ICInitStructure);
TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 10;
TIM_ICInit(TIM2, &TIM_ICInitStructure);

//清除TIM的更新标志位
TIM_ClearFlag(TIM2, TIM_FLAG_Update);
TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_Update, ENABLE);

//Reset counter
TIM_SetCounter(TIM2,0);
TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}

/**
* @brief 单位时间读取编码器计数
* @param TIMX 定时器
* @retval 速度值是编码器返回的脉冲
*/
int Read_Encoder()
{
int Encoder_TIM;
      Encoder_TIM= (short)TIM2 -> CNT;
      //Encoder_TIM= (int)((int16_t)(TIM4->CNT));;
      TIM2 -> CNT=0;
         return Encoder_TIM;
}

只看该作者 · 2024-1-30 16:55

encoder.h
#ifndef __ENCODER_H
#define __ENCODER_H

#include "sys.h"

void Encoder_Init_TIM2(uint16_t psc,uint16_t arr);
int Read_Encoder();

#endif

只看该作者 · 2024-1-30 16:55

5、测速方法
在一个时间周期T0内，定时的读取编码器产生的脉冲，以我的编码器为例（11线，减速比30），转一圈会产生1320个脉冲（因为采用的是编码模式3）
这个1320 = 11 * 30 * 4

通过在固定的周期T0内，产生的脉冲就相当于路程，而这个固定的周期就相当于时间

所以速度就等于在T0这段时间获取到的脉冲总数/（编码器单圈产生的总脉冲数*T0）

对于我的电机就是

T0这段时间获取到的脉冲总数/（1320*T0）

只看该作者 · 2024-1-30 16:55

六、相关问题以及解答
在看了前面之后，应该对编码器模式和编码器测速有了一个大概的认识，知道了它测速的原理，但肯定有好多疑问，我把我学习过程中遇到的问题和解决方法做一个总结，你肯定也有这些疑问，不要着急，看下去。

1、编码器模式下的自动重装值ARR和预分频PSC应该如何设置
ARR，自动重装值，指的是CNT计数自增或自减到ARR就会溢出，（可以产生中断），然后继续从0开始计数。

PSC,预分频系数，（前面不是说过编码器相当于一个外部时钟吗），PSC相当于外部时钟的频率，如果分频(假设PSC=2)的话，就会（比如电机转一圈产生100个脉冲），此时编码器模式下只能计数50个脉冲。

只看该作者 · 2024-1-30 16:56

所以我们应该如何设置？

PSC呢？ PSC没有必要设置，因为我要计数的本来就是电机转动一圈产生的真实脉冲，所以PSC给0就好啦

ARR呢？目前在各种论坛和博客和资料中有两种版本。

第一种，根据电机的线数和减速比来设置，比如我的电机是11线，减速比30，转动一圈的脉冲数是1320，这个值就可以设置为1320。

产生的脉冲数恰好是你定时器溢出的时候，溢出一次记录一次，这个的次数就是电机的圈数（当然这种误差很大）

也就是说电机转一圈正好是1320，当CNT计数到ARR时，计数器就会清零并且重新计数，所以这个ARR就是电机转一圈产生的脉冲数的最大值。、

只看该作者 · 2024-1-30 16:56

第二种,直接设置成定时器ARR的最大值，也就是65535（2^16-1）,这样设置的目的就是无论你电机产生多少脉冲，都可以记录，且不会溢出。

不过使用65535的话，就要在最开始的时候初始化编码器模式提前把CNT清零，然后再开始计数。再在一个周期内定时读取脉冲数，再清零，这个脉冲也是周期内读取到的脉冲值。

电机旋转一圈能产生脉冲，那么我们就能记录一段时间产生的脉冲数来计算速度