编码器是一种常见的产品,也可以看作是传感器。它通常与电机配合使用。你对编码器有多少了解呢?
一、关于编码器
编码器有多种类型,包括增量式编码器、绝对值编码器,还有带轴和无轴编码器,以及电压输出、推拉输出和集电极开路输出等不同的输出方式,等等。但不论是哪种类型的编码器,其主要目的都是获取转动的角度、角速度和位移等信息。
本文将介绍常见的增量式编码器。增量式编码器也被称为正交编码器,这意味着我们可以通过它的A、B相位来判断编码器是顺时针转动还是逆时针转动。此外,我们还可以根据编码器的参数计算旋转的角度等。
常见的增量式编码器通常由三根线组成,分别是A、B和Z线。对于使用过编码器的人来说,理解这些含义并不困难。以下是对初学者简要解释:
A、B两根线提供相位相差90度的脉冲信号,我们可以利用这些脉冲信号计算旋转的角度。Z线是过零点线,也就是说,每转动一圈,在某个特定位置都会输出一个脉冲信号。它主要用于”过零校正”。三根线的信号大致如下图所示:
![image-20231207193151705](https://lxlinux.superbed.verylink.top/item/6571ad76c458853aefae921d.png)
有些编码器出来的线有一个对应的“非”信号线(如上图右边),其实主要用于抗干扰的。
更多关于编码器的描述,请网上搜索相关的知识进行了解,本文不再讲述。
二、STM32编码器接口模式
在STM32芯片中,都有这么一个定时器,叫通用定时器“General-purpose timers”,定时器里面存在这么一个模式,叫编码器接口模式“Encoder interface mode”。当然,具体可参看芯片对应的数据手册。
STM32提供的编码器接口模式主要针对的就是“正交编码器”,它可以利用定时器的“计数”功能,得出编码器计了多少个脉冲;同时,它可以根据编码器AB的相位得出编码器是正转,还是反转。
![image-20231207193154672](https://lxlinux.superbed.verylink.top/item/6571ad77c458853aefae935d.png)
(图片来自STM32参考手册)
1.计算脉冲个数
有点类似TIM的捕获功能,捕获A相、B相的脉冲信号;只是编码器模式是捕获A(TI1)、B(TI2)相的边沿信号(如上图),相当于一个周期内,计4个脉冲信号的值。
2.计数器的增减(方向)
STM32的计数器会根据方向(+ 或者 -)来进行计数,TI1和TI2相位相差90,4个阶段的边沿,对应TI1和TI2不同电平信号,从这个不同的信号,硬件自身可以判断出其方向。在编码器模式下,有个寄存器(TIMx_CR1)中有一个方向位(DIR),会随着编码器旋转方向的改变而改变,我们可以通过读取该位来判断编码器的正转,还是反转。
3.TIM时基
STM32编码器接口模式,其实是通过利用AB相位TIM时基提供时钟信号,使其计数。
![image-20231207193159594](https://lxlinux.superbed.verylink.top/item/6571ad77c458853aefae9449.png)
三、应用编程
相信看了上面的一些描述,大家应该对编码器有所理解了。其实,在STM32中,可以通过配置编码器模式对应的函数,就能实现获取编码器传感器上面的信息了。
使用STM32提供的标准外设库,或者使用STM32CubeMX工具很容易将TIM配置成编码器模式。
1.标准外设库配置编码器
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。(当然,需要复杂的操作,还需要做其他相应的配置)
2.STM32CubeMX配置
STM32CubeMX是一套快速开发的工具,让很多不了解STM32底层的朋友可以快速的在STM32上编写应用程序。
本文说的配置编码器接口,在某些TIM上存在一个“Combined Channel”配置,可以理解为“连接通道”,也算是TIM的一种复用模式。选择里面的“Encoder Mode”即可。
![image-20231207193203902](https://lxlinux.superbed.verylink.top/item/6571ad76c458853aefae9212.png)
四、实例代码
本文提供的代码为一个使用标准外设库编写的简单Demo工程,其中里面附带一个工程(用于模拟编码器AB相波形的工程),如下:
![image-20231207193207252](https://lxlinux.superbed.verylink.top/item/6571ad77c458853aefae944d.png)
该工程主要配置TIM的编码器模式,通过定时读取编码器的方向(DIR),和计数(CNT),并通过串口打印出来。
下载地址:
百度网盘:
链接:https://pan.baidu.com/s/1jH8yOqM
密码:t4kx
GitHub:
https://github.com/EmbeddDeveloper/STM32F4_TIM_Encoder
CSDN:
http://download.csdn.net/download/ybhuangfugui/10165086
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