基于STM32的正交编码器接口应用含源程序.doc

基于STM32的正交编码器接口应用本设计应用了ST公司的最新单片机STM32完成。STM32应用的是ARM 32位的Cortex-M3 CPU，最高72MHz工作频率，单周期乘法和硬件除法，高速的运行速度，可以保证编码器高转速条件下的高速脉冲依旧能够被准确的计数。多达7个定时器，3个16位定时器，每个定时器有多达4个用于输入捕获/输出比较/PWM或脉冲计数的通道和增量编码器输入。因此只要对MCU进行配置之后，MCU只需要少量的中断程序，就可以方便的完成对编码器的方向和角速度的运算。STM32单片机工作在3.3V下。拥有内部8M晶振，可以通过锁相环倍频到48M（内部晶振由于稳定度不够，只能倍频到48M）。采用标准的JATGE接口进行程序的烧录和调试。采用一块lm1117-3.3V作为芯片的稳压电源。LM1117为一块LDO（低压差线性稳压器），输入最低为3.3+0.7=4v用一块LCD5110手机屏作为显示设备，可以显示输出电压以及当前状态。液晶屏参数为72*48，点阵式，使用一个驱动库作为支持，方便开发，工作在3.3V电压下，与单片机相适应。耗电极低，小于1MA，背光耗电为20MA。采用USB接口与编码器连接，线序定义为V+，A相，B相,GND,正好将USB的所有连线用完，可以同时完成给编码器提供电力以及返回信号的功能。同时MINIUSB接口良好的物理连接特性也保证了应用的稳定性。由于编码器为NPN集电极输出，所以需要在信号线上提供一定的上拉电阻。所使用的编码器为远征牌，200线（转一圈输入200个脉冲），AB 两相，最大转速200rad/s,输入电压可以为5到18V（编码器内部带有稳压芯片）。STM32F10x正交编码器接口详述STM32F10x的所有通用定时器及高级定时器都集成了正交编码器接口。定时器的两个输入TI1和TI2直接与增量式正交编码器接口。当定时器设为正交编码器模式时，这两个信号的边沿作为计数器的时钟。而正交编码器的第三个输出（机械零位），可连接外部中断口来触发定时器的计数器复位。2.1 定时器正交编码器接口框图 图2：定时器正交编码器接口2.2 功能描述 选择编码器接口模式的方法是：如果计数器只在TI2的边沿计数，则置TIM1_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。 通过设置TIM1_CCER寄存器中的CC1P和CC2P位，可以选择TI1和TI2极性；如果需要，还可以对输入滤波器编程。 两个输入TI1和TI2被用来作为增量编码器的接口。参看表1，假定计数器已经启动(TIM1_CR1寄存器中的CEN=1)，则TI1FP1或TI2FP2上的有效跳变作为计数器的时钟信号。TI1FP1和TI2FP2是TI1和TI2在通过输入滤波器和极性控制后的信号；如果没有滤波和变相，则TI1FP1=TI1，TI2FP2=TI2。根据两个输入信号的跳变顺序，产生了计数脉冲和方向信号。依据两个输入信号的跳变顺序，计数器向上或向下计数，因此TIM1_CR1寄存器的DIR位由硬件进行相应的设置。不管计数器是对TI1计数、对TI2计数或者同时对TI1和TI2计数。在任一输入(TI1或者TI2)跳变时都会重新计算DIR位。 2/7应用笔记 STM32F10xxx 正交编码器接口 编码器接口模式基本上相当于使用了一个带有方向选择的外部时钟。这意味着计数器只在0到TIM1_ARR寄存器中自动装载值之间连续计数(根据方向，或是0到ARR计数，或是ARR到0计数)。所以在开始计数之前必须配置TIM1_ARR；同样，捕获器、比较器、预分频器、周期计数器、触发输出特性等仍工作如常。编码模式和外部时钟模式2不兼容，因此不能同时操作。 在这个模式下，计数器依照增量编码器的速度和方向被自动的修改，因此，它的内容始终指示着编码器的位置。计数方向与相连的传感器旋转的方向对应。表1列出了所有可能的可能的组合，假设TI1和TI2不同时变换。 表1：计数方向与编码器信号的关系 一个外部的增量编码器直接和MCU连接不需要外部接口逻辑。但是，一般使用比较器将编码器的差动输出转换到数字信号，这大大增加了抗噪声干扰能力。编码器输出的第三个信号表示机械零点，可以连接到一个外部中断输入，触发一个计数器复位。 /*/编码器库函数/操作环境：MDK /*#include enconder.h/#include LCD.h/*/正交编码器接口的初始化/*void ENC_Init(void) TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure; TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure; GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APBPeriph_ENCODER_TIMER, ENABLE);/TIM4 / ENCODER_TIMER时钟初始化 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APBPeriph_ENCODER_GPIO, ENABLE); / ENCODER_GPIO时钟初始化 GPIO_StructInit(&GPIO_InitStructure); /TI1 TI2初始化 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = ENCODER_TI1 | ENCODER_TI2; /PB6,PB7 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;/浮空输出 GPIO_Init(ENCODER_GPIO, &GPIO_InitStructure); NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIMER_IRQChannel;/TIM4_IRQn /设置ENCODER_TIMER的优先级 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = TIMx_PRE_EMPTION_PRIORITY; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = TIMx_SUB_PRIORITY; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); /* Timer configuration in Encoder mode */设置ENCODER_TIMER为编码器模式 TIM_DeInit(ENCODER_TIMER); /ENCODER_TIMER复位 TIM_TimeBaseStructInit(&TIM_TimeBaseStructure); TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 0x0; / 无分频 TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = (4*ENCODER_PPR)-1; /计数器重载值4*200-1 TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;/向上计数模式 TIM_TimeBaseInit(ENCODER_TIMER, &TIM_TimeBaseStructure);/TIM4 /TIM4 TIM_EncoderInterfaceConfig(ENCODER_TIMER, TIM_EncoderMode_TI12,TIM_ICPolarity_Rising, TIM_ICPolarity_Rising);/编码器接口初始化 TIM_ICStructInit(&TIM_ICInitStructure); TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = ICx_FILTER; /6 TIM_ICInit(ENCODER_TIMER, &TIM_ICInitStructure); / Clear all pending interrupts TIM_ClearFlag(ENCODER_TIMER, TIM_FLAG_Update); TIM_ITConfig(ENCODER_TIMER, TIM_IT_Update, ENABLE); /Reset counter TIM2-CNT = COUNTER_RESET; /0 TIM_Cmd(ENCODER_TIMER, ENABLE); /*/ 计算马达转子相对于初始位置的角度 -180至+180/*void ENC_Get_Electrical_Angle(uint16_t *degree)int32_t temp;int16_t tim_count; tim_count=TIM_GetCounter(ENCODER_TIMER); /获取ENCODER_TIMER TIM4的值if(tim_count=400)/如果超过180度，角度为负数degree0=-;degree1=(800-tim_count)*180/(4*ENCODER_PPR/2);/整数部分temp = (int32_t)(800-tim_count) * (int32_t)(1000000/(4*ENCODER_PPR/2)*360-degree1*1000000; degree2=(unsigne