STM32编码器接口笔记

news2024/9/30 10:49:49

1. 引言

在现代控制系统中，编码器扮演着非常重要的角色。它就像一个精密的测量工具，可以告诉我们机械部件的位置和运动状态。在STM32微控制器中，编码器接口可以轻松地与各种编码器连接，实现精确的控制。我将在这里探讨STM32编码器接口的电路结构、工作逻辑以及如何有效地抗噪声。

2. 编码器接口的电路结构

2.1 基本组成

STM32编码器接口主要由以下部分组成：

输入部分：接收来自编码器的A相和B相信号。
输出部分：将处理后的位置信息和状态反馈给主控系统。
定时器模块：负责计数和计算速度。

2.2 电路连接

将正交编码器的A相和B相信号分别连接到STM32的定时器输入引脚。编码器的VCC和GND分别连接到电源和地线。这样，编码器的信号就可以通过定时器被STM32读取。

可以把这个过程想象成一条高速公路，车辆的运动就像编码器的信号。车上的传感器（即编码器）通过监测车轮的转动（A相和B相信号）来确定位置，而STM32微控制器则是交通指挥中心，实时接收并处理这些信息。

3. 工作逻辑

3.1 输入部分

输入部分主要负责接收编码器信号。正交编码器通常输出两个信号（A相和B相），它们之间有90度的相位差。这样，STM32可以通过这两个信号判断旋转的方向和位置。

3.2 输出部分

输出部分将编码器的状态反馈给主控系统，通常是通过定时器的计数器值来实现。比如，可以读取当前计数值，得出旋转角度，并进一步控制电机的运动。

想象你在骑自行车，A相和B相信号就像你脚踏板的转动。每转动一次，你的车轮就会前进一定的距离（输出位置）。同时，你的身体会感知到车轮的转动（输出反馈），这样你就能调整踏板的速度，保持骑行的平稳。

4. 三种工作模式

STM32的编码器接口支持三种工作模式：

4.1 计数模式

在这个模式下，STM32会持续计数输入的A相信号脉冲。每次检测到脉冲，计数器就会加一。这种模式适合于需要精确位置跟踪的场合。

// 初始化定时器
void TIM_Encoder_Init(void) {
    // 选择定时器和通道
    TIMx->SMCR |= TIM_SMCR_SMS_2; // 设置为编码器模式
    TIMx->CCMR1 |= TIM_CCMR1_CC1S_0; // A相选择
    TIMx->CCMR1 |= TIM_CCMR1_CC2S_0; // B相选择
    TIMx->CR1 |= TIM_CR1_CEN; // 启动定时器
}

// 获取计数值
uint32_t Get_Position(void) {
    return TIM_GetCounter(TIMx); // 获取编码器计数值
}

4.2 方向模式

该模式可以根据A相和B相的相位关系来判断旋转的方向。如果A相先于B相变化，表示顺时针旋转；反之则为逆时针旋转。这有助于系统对旋转方向做出反应。

// 判断旋转方向
void Check_Direction(void) {
    static uint32_t last_position = 0;
    uint32_t current_position = TIM_GetCounter(TIMx);

    if (current_position > last_position) {
        // 顺时针旋转
    } else {
        // 逆时针旋转
    }
    last_position = current_position; // 更新位置
}

4.3 增量模式

增量模式结合了计数和方向模式，能够同时提供旋转的增量信息。这种模式特别适合于动态系统中，例如机器人手臂的控制。

// 判断旋转方向
void Check_Direction(void) {
    static uint32_t last_position = 0;
    uint32_t current_position = TIM_GetCounter(TIMx);

    if (current_position > last_position) {
        // 顺时针旋转
    } else {
        // 逆时针旋转
    }
    last_position = current_position; // 更新位置
}

可以将三种模式想象成不同的行驶方式：