STM32F407+CubeMX-使用TIM计算编码器的脉冲总数,并计算脉冲方向
文章目录
- 一、前言
- 二、本次实验的编码器
- 三、编码器与STM32的连接
- 四、CubeMX的配置
- 4.1、RCC
- 4.2、Clock Configuration
- 4.3、TIM2
- 4.4、生成代码
- 五、Keil
- 5.1、Target
- 5.2、C/C++
- 5.3、Debug
- 六、代码
- 6.1、main.c
- 七、DEBUG
- 7.1、用手让步进电机逆时钟旋转约1圈
- 7.2、用手让步进电机顺时钟旋转约1圈
- 八、示波器
- 九、细节补充
- 9.1、Encoder Mode
一、前言
STM32工程:
链接:https://pan.baidu.com/s/1o4lovPLwxNpSxf_jlLvCBA
提取码:hf2i
STM32F407,STM32F103,STM32H743的TIM都有编码器的功能。STM32的TIM上的编码器功能真的非常强大,它是纯硬件计算的,意味着MCU不需要参与脉冲数的计算(所以不需要进入中断做累加了),MCU只需要在合适的时间上读一下脉冲总数即可。
如果你的闭环控制频率是500Hz的话,那么每2ms就需要读一下脉冲总数。通过STM32CubeMX可以非常便利地使用STM32的编码器功能去读取编码器反馈的脉冲数,在CubeMX生成的代码后,添加一点点代码就能实现该功能了。
有关步进电机与编码器的知识介绍,可以查看广州硬石科技《硬石YS-F4Pro开发板开发手册》从第40章开始。在嵌入式运动控制领域,广州硬石科技算是资料比较多的。
在机器人开发中,我经常使用步进电机。为了能够实现运动的闭环控制,步进电机是一定要增加编码器的。如下图所示:
**虽然这边博文不是介绍编码器的基本知识,但是为了看懂代码的目的。**编码器的关键参数需要了解一下:
1、分辨率
其实就是电机的转轴旋转一周,编码器的A相或B相(就是一个相)输出多少个脉冲信号而已。如下图的编码器所示,电机的转轴旋转一周,编码器的某一个相反馈3600个脉冲。
2、脉冲的电压
脉冲其实就是PWM信号,有1与0两种状态。一定要弄清楚脉冲的1是多少V(最好用示波器确认好!!!),不小心的话会烧掉芯片。STM32芯片基本都是支持3.3V与5V(容忍值,在芯片手册能查到是否支持5V)。
如下这个编码器,当VCC与GND接入5V时,它的脉冲的最高电压就是5V。
3、编码器的相数
一般的工业控制,采用两相(A/B相)的编码器足够。如下图所示,使用A相/B相就好了,细心的同学肯定发现,不是还有一个Z相吗?答案是,是有Z相,但是它的作用是电机的转轴旋转一周后,才反馈一个脉冲。其实就是反馈电机转了多少圈。这个Z相真的没什么用,原因是我通过A/B相也能知道电机旋转的多少圈,而且转了1/360也能测出来。但是Z相的话,只能测试1,2,3,4圈,无法测量0.5圈,0.3圈。
二、本次实验的编码器
分辨率:1000线 (意思是电机的转轴旋转一周,A相反馈1000个脉冲,B相也会反馈1000个脉冲)
脉冲电压:5V (博文最后,有示波器的观察,可以看到电压)
编码器相数:A/B相(Z相是电机转轴旋转一周,才反馈一个脉冲)
三、编码器与STM32的连接
编码器与单片机需要在同一个GND上(不然单片机与编码器怎么沟通呀),接着给编码器输入5V电源。
四、CubeMX的配置
4.1、RCC
4.2、Clock Configuration
4.3、TIM2
选择TIM2的原因是,只有TIM2与TIM5是32位的计数器(-2147483648 ~ 2147483647),其他TIM都是16位的计数器(-32768 ~ 32767)。说白了,当步进电机在旋转时,16位的计数器会频繁溢出,程序里要做好计数器溢出的处理。当使用TIM2与TIM5的32位计数器时,我觉得就可以省去了处理"计数器溢出"的问题了。
博文的后面,会解释为什么选用"Encoder Mode TI1 and TI2"即4倍频模式。
4.4、生成代码
五、Keil
5.1、Target
5.2、C/C++
5.3、Debug
六、代码
6.1、main.c
七、DEBUG
7.1、用手让步进电机逆时钟旋转约1圈
用手拧着电机的转轴逆时钟旋转一周(手动很难做到刚刚好的1圈),encoder_Counter = 4040(Encoder Mode TI1 与 TI2的四倍频模式),编码器是1000线 * 4倍频 = 4000个脉冲。脉冲的方向是:0x01(可以说是CW,也可以说是CCW。这取决于我们项目的定义)
7.2、用手让步进电机顺时钟旋转约1圈
程序复位后,用手拧着电机的转轴顺时钟旋转一周(手动很难做到刚刚好的1圈),encoder_Counter = -4040(Encoder Mode TI1 与 TI2的四倍频模式),编码器是1000线 * 4倍频 = 4000个脉冲。脉冲的方向是:0x00(可以说是CW也可以说是CCW。但是,如果0x01是CW的话,那么CCW肯定就是CCW)
八、示波器
最后,我用示波器观察一下电机的B相。步进电机旋转时,B相究竟会输出怎么样的电平。从GIF图看到,脉冲的高电平电压是5V左右。
九、细节补充
9.1、Encoder Mode
Encoder Mode一共有三种模式:
1、Encoder Mode TI1
2、Encoder Mode TI2
3、Encoder Mode TI1 and TI2
其实,这三种模式是决定定时器计数的方式,如下图所示:
通过时序图来理解Encoder Mode TI1 and TI2为什么能将脉冲数4倍频,也解释了TIM是如何判断脉冲的方向。
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