AB相增量式编码器以及STM32定时器编码器模式测速/测距离(HAL库)

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#stm32 #嵌入式硬件 #单片机 #制造

于 2023-08-13 17:49:31 首次发布

本文详细介绍了STM32微控制器如何支持编码器，尤其是增量编码器的工作原理，涉及计数器、信号捕获、编码器模式以及STM32配置示例。同时讨论了不同编码器类型和处理方法，如滤波、中断处理与DMA的应用。

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介绍

编码器（Encoder）是一种用于测量旋转运动或位置的设备。编码器通常与定时器模块一起使用，以便在微控制器中获取和计算旋转的脉冲数量，从而确定物体的运动方向和距离。编码器在许多应用中都很有用，例如机器人运动控制、电机位置反馈和位置传感。
STM32微控制器提供了多种类型的编码器支持，其中一种常见的编码器类型是增量编码器。增量编码器基于两个脉冲信号通道，通常称为A相和B相。当旋转发生时，这两个信号通道的相位关系会发生变化，从而可以计算出旋转方向和旋转的步数。STM32提供了硬件支持，使您可以使用定时器模块来捕获和计数编码器信号。以下是一些与STM32编码器相关的重要概念：
计数器值（Counter Value）：这是定时器模块中的计数器，它记录了编码器信号的脉冲数量。计数器的增加和减少取决于编码器信号的变化。
计数方向（Counter Direction）：计数器可以递增或递减，具体取决于编码器信号的变化。计数方向可以用于确定物体的旋转方向。
捕获：定时器可以配置为捕获编码器信号的状态，以便在脉冲信号变化时记录计数器的值。捕获允许您测量脉冲的时间间隔，从而用于速度和位置计算。
编码器模式（Encoder Mode）：这是定时器模块的一个设置，用于指定它将用作编码器。编码器模式配置定时器的输入通道，使其能够捕获编码器信号。
编码器计数器（Encoder Counter）：某些STM32型号提供了特殊的硬件编码器计数器，可直接处理编码器的信号和计数。

AB相编码器

AB相编码器，也称为正交编码器或增量式编码器，是一种常用于测量旋转位置和方向的设备。它基于两个输出信号通道，通常称为A相和B相，这两个信号在相位上相差90度，用于确定旋转方向和计数。

！！网上好多人这些编码器区分不出来下面是总结！！

增量式编码器：

增量式编码器通常有两个输出通道，分别称为A相和B相，以及一个索引信号通道（有时可能没有）。
当旋转运动发生时，A相和B相信号的脉冲数量发生变化。这两个信号相位差90度，可以通过监测它们的变化来确定旋转方向和计数值。
增量式编码器的输出是增量脉冲，需要进行计数和积分以获得位置信息。可以使用两个通道的信号来测量速度。

正交编码器：

正交编码器也有A相和B相两个输出通道，这两个通道的信号脉冲相位差90度，就像增量式编码器一样。
与增量式编码器不同的是，正交编码器的输出已经是经过积分的位置信息，因此可以直接获取旋转位置。
正交编码器还可以提供一个Z相或索引信号，用于标记一个完整的旋转周期。

原理介绍：
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
可以通过判断其中一相上升/下降沿时，另一相是高或者低电平判断转动方向

常用最后一个，这里面的内容就是对应AB相的判断。比如图中FP1上升 FP2高电平，若1为A相2为B相，即A在上升时B在高电平，对应反转，因此向下计数。
在这里插入图片描述
编码器接口判断是正反转，控制CNT++或–。ARR设置为65535，这样CNT=0时一自减就变为65535，也可以转为有符号型直接折半变为正负65535/2。

STM32配置

主要配置：
在这里插入图片描述
几个重要参数:
预分配 ：可以设置编码器输出脉冲是否分频
滤波：滤波消除毛刺，越大效果越好，看需求
下面是示例代码

#include "tim.h"

// 声明外部的 TIM_HandleTypeDef 结构体变量，该结构体变量在其他文件中定义
extern TIM_HandleTypeDef htim2;

// 初始化 TIM2 编码器
void MX_TIM2_Init(void)
{
   
   
  // 定义 TIM_Encoder_InitTypeDef 结构体变量，并初始化为 0
  TIM_Encoder_InitTypeDef sConfig = {
   
   0};
  // 定义 TIM_MasterConfigTypeDef 结构体变量，并初始化为 0
  TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {
   
   0};

  // 设置 htim2 结构体的相关参数
  htim2.Instance = TIM2;
  htim2.Init.Prescaler = 2;
  htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
  htim2.Init.Period = 65536;
  htim2.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
  htim2.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_ENABLE;

  // 设置编码器模式和输入捕获相关参数
  sConfig.EncoderMode = TIM_ENCODERMODE_TI12;
  sConfig.IC1Polarity = TIM_ICPOLARITY_RISING;
  sConfig.IC1Selection = TIM_ICSELECTION_DIRECTTI;
  sConfig.IC1Prescaler = TIM_ICPSC_DIV1;
  sConfig.IC1Filter = 15;
  sConfig.IC2Polarity = TIM_ICPOLARITY_RISING