STM32定时器---正交编码器模式详解

Posted 2023-02-28 wang328452854

编码器分类：
按工作原理：光电式、磁电式和触点电刷式
按码盘的刻孔方式：增量式和绝对式两类
由于博主接触面还不是很广，一共就用过两个种类的编码器，都是属于光电的
差分编码器:一般由8根线连接 信号线分别为 A+ A- B+ B- Z+ Z- 以及VCC和GND
这里有一种不需要Z信号的，6线差分A+ A- B+ B- VCC 和GND
正交编码器：一般是5根线连接，信号线分别为A B Z VCC和GND

编码器线数: 就是旋转一圈你的A(B)会输出多少个脉冲 ,这里的A B就是上面的输出脉冲信号线，它们转一圈发出的脉冲数一样的,不过存在90°相位差 通常都是360线的 线数越高代表编码器能够反应的位置精度越高

相位差为90° 通过判断哪个信号在前 哪个信号在后 来决定TIM->COUNT是++ 还是 –
360线 AB一圈各为360个，Z信号为一圈一个

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 这个零点位置是固定，厂商指定的
VCC 电源通常分为24V的和5V的
GND 地线

这里需要注意：
1.这里的正交编码器是如果是24V的工作电压还需要用光耦隔离，24V转为3V3在接到STM32的定时器两个通道上
2.脉冲输出是OC门输出，需要上拉电阻
3.Z信号接到STM32的外部中断口上，很容易受到干扰 ，通常需要接一个电容到GND

这里给出一个24V转3.3V的隔离电路，用到的是6N136光耦

硬件连接(这里使用的STM32F103ZET6的TIM4的CH1和CH2)：
PB6–A
PB7–B
PA1–Z

代码详解：
TIM4初始化代码如下:

#include "stm32f10x.h"
#include "encode.h"
#include "misc.h"
#include "nvic.h"
#include "sys.h" 
#include "delay.h"

void TIM4_Mode_Config(void)

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
    TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;      

    //PB6 ch1  A,PB7 ch2 
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4, ENABLE);//使能TIM4时钟  
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);//使能GPIOA时钟

    GPIO_StructInit(&GPIO_InitStructure);//将GPIO_InitStruct中的参数按缺省值输入
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;         
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;//PA6 PA7浮空输入  
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);                           

    NVIC_Config(2);

    TIM_DeInit(TIM4);
    TIM_TimeBaseStructInit(&TIM_TimeBaseStructure);
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 359*4;  //设定计数器重装值   TIMx_ARR = 359*4
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 0; //TIM3时钟预分频值
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision =TIM_CKD_DIV1 ;//设置时钟分割 T_dts = T_ck_int    
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //TIM向上计数 
    TIM_TimeBaseInit(TIM4, &TIM_TimeBaseStructure);              

    TIM_EncoderInterfaceConfig(TIM4, TIM_EncoderMode_TI12, TIM_ICPolarity_BothEdge ,TIM_ICPolarity_BothEdge);//使用编码器模式3，上升下降都计数
    TIM_ICStructInit(&TIM_ICInitStructure);//将结构体中的内容缺省输入
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 6;  //选择输入比较滤波器 
    TIM_ICInit(TIM4, &TIM_ICInitStructure);//将TIM_ICInitStructure中的指定参数初始化TIM3

//  TIM_ARRPreloadConfig(TIM4, ENABLE);//使能预装载
    TIM_ClearFlag(TIM4, TIM_FLAG_Update);//清除TIM3的更新标志位
    TIM_ITConfig(TIM4, TIM_IT_Update, ENABLE);//运行更新中断
    //Reset counter
    TIM4->CNT = 0;//

    TIM_Cmd(TIM4, ENABLE);   //启动TIM4定时器


/*  
void TIM3_Mode_Config(void)

    ///TIM3 clock source enable 
    RCC->APB1ENR|=1<<1;       //TIM3时钟使能
    // Enable 1GPIOA, clock 
    RCC->APB2ENR|=1<<2;    //使能PORTA时钟

    // Configure PA.06,07 as encoder input 
    GPIOA->CRL&=0XF0FFFFFF;//PA6
    GPIOA->CRL|=0X04000000;//浮空输入
    GPIOA->CRL&=0X0FFFFFFF;//PA7
    GPIOA->CRL|=0X40000000;//浮空输入

    // Enable the TIM3 Update Interrupt 
    //这两个东东要同时设置才可以使用中断
    TIM3->DIER|=1<<0;   //允许更新中断                
    TIM3->DIER|=1<<6;   //允许触发中断

    TIM3_NVIC_Config();


    //Timer configuration in Encoder mode 
    TIM3->PSC = 0x0;//预分频器
    TIM3->ARR = 15-1;//设定计数器自动重装值 
    TIM3->CR1 &=~(3<<8);// 选择时钟分频：不分频
    TIM3->CR1 &=~(3<<5);// 选择计数模式:边沿对齐模式

    TIM3->CCMR1 |= 1<<0; //CC1S='01' IC1FP1映射到TI1
    TIM3->CCMR1 |= 1<<8; //CC2S='01' IC2FP2映射到TI2
    TIM3->CCER &= ~(1<<1);  //CC1P='0'  IC1FP1不反相，IC1FP1=TI1
    TIM3->CCER &= ~(1<<5);  //CC2P='0'  IC2FP2不反相，IC2FP2=TI2
    TIM3->CCMR1 |= 3<<4; // IC1F='1000' 输入捕获1滤波器
    TIM3->SMCR |= 3<<0;  //SMS='011' 所有的输入均在上升沿和下降沿有效
    TIM3->CNT = 0;
    TIM3->CR1 |= 0x01;    //CEN=1，使能定时器

*/

void TIM4_Init(void)

  TIM4_Mode_Config();

这里的NVIC_Config(2)是我个人写的一种多种中断配置的方法单独放在nvic.c中需要了解的可以自己看看工程

这里通常要问的是两点
1.TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 359*4
2.TIM_EncoderInterfaceConfig(TIM4, TIM_EncoderMode_TI12, TIM_ICPolarity_BothEdge ,TIM_ICPolarity_BothEdge);//使用编码器模式3，上升下降都计数

很多人不理解为要360线的编码器为什么这里的重装值乘以4 读出来的为什么又要/4，其实这两个要结合起来解释
首先看看这个函数TIM_EncoderInterfaceConfig,它有4个参数
1.选择哪个定时器 即TIM4
2.编码器模式有三种 见下图
3.TIM_IC1的极性
4.TIM_IC2的极性
这里设置的是编码器模式3，且TI1和TI2都是双边沿触发–即上下边沿都计数

还有一个大家不是很懂的图，我来分析一下

1.有效边沿 其实就是对应上面设置的编码器的三种模式
2.相对信号的电平,这里没有理解手册意思，我把它理解为于它的高低电平意味着将PB6和PB7接口对换，PB7接A PB6接B 这样一来就意味着原来的正转变成反转 计数上升变为下降

TIx 就相当于输入信号的 TIM4->CH1 TIM4->CH2
TIxF 滤波后信号
TIxFPx经过带极性选择的边缘检测器过后的产生的信号

3.至于TI1FP1和TI2FP2信号在上身沿计数还是下降沿计数受两点影响 极性(是否反向) 边缘检测(上升沿还是下降沿)
我们这里设置的是不反向 在双边沿计数,即在A上升下降 B的上身下降都计数

而计数为什么是x4倍 ，下图结合上面的配置详细说明了

由此完成了编码器的配置

至于读取编码器角度的时间，要根据实际需要来设置

编码器线数为 w线/圈
转速为 V 圈/min
读取间隔时间 t(线间隔时间)

t <= 60/WV 单位为秒

还有Z信号归零，在遇到Z信号的时候，将定时器的CNT=0，这样就能保证位置与CNT实际对应上了
中断代码如下

//外部中断1，编码器Z相归零  优先级--①  0 0
void EXTI1_IRQHandler(void)


    TIM4->CNT = 0;//每次遇到相对零(Z信号)就将计数归0
    TIM_Cmd(TIM4, ENABLE);
    EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line1);




//编码器接口模式     优先级--2   1  1
void TIM4_IRQHandler(void)
   
    if(TIM4->SR&0x0001)//溢出中断
    
        ;
       
    TIM4->SR&=~(1<<0);//清除中断标志位    

最后附上工程代码百度云盘跟CSDN下载地址：
百度云盘:http://pan.baidu.com/s/1bowhzDP
CSDN：http://download.csdn.net/detail/wang328452854/9417395