編碼器是什么玩意呢，它可是一個好玩的東西，做小車測速必不可少的玩意，下面，我將從編碼器的原理講起，一直到用stm32的編碼器接口模式，測出電機(jī)轉(zhuǎn)速與方向。
1.編碼器
圖1 編碼器示意圖 圖1為編碼器的示意圖，中間是一個帶光柵的碼盤，光通過光柵，接收管接收到高電平，沒通過，接收到低電平。電機(jī)旋轉(zhuǎn)一圈，碼盤上有多少光柵，接受管就會接收多少個高電平。371電機(jī)中的碼盤就是這樣的，他是334線碼盤，具有較高的測速精度,也就是電機(jī)轉(zhuǎn)一圈輸出334個脈沖，芯片上已集成了脈沖整形觸發(fā)電路，輸出的是矩形波，直接接單片機(jī)IO就OK。增量式旋轉(zhuǎn)編碼器通過內(nèi)部兩個光敏接受管轉(zhuǎn)化其角度碼盤的時序和相位關(guān)系，得到其角度碼盤角度位移量增加（正方向）或減少（負(fù)方向）。下圖為編碼器的原理圖：
圖2 增量式旋轉(zhuǎn)編碼器
A,B兩點(diǎn)對應(yīng)兩個光敏接受管，A,B兩點(diǎn)間距為 S2 ,碼盤的光柵間距分別為S0和S1。S0+S1的距離是S2的四倍。這樣保證了A，B波形相位相差90度。旋轉(zhuǎn)的反向不同，鋸齒波A，B先到達(dá)高電平的順序就會不同，如上圖左側(cè)所示，順序的不同，就可以得到旋轉(zhuǎn)的方向。
2.stm32編碼器接口模式（寄存器）stm32的編碼器接口模式在STM32中文參考手冊中有詳細(xì)的說明，在手冊273頁，14.3.12節(jié)。程序是完全按照 下圖方式，設(shè)置寄存器的。
請到本文尾下載STM32中文參考手冊
圖3 從圖3中可以看出，TI1波形先于TI2波形90°時，每遇到一個邊沿變化是，計數(shù)器加1（可以通過寄存器設(shè)置加減），可以看出一個光柵，被計數(shù)了4次。TI1波形后于TI2波形90°時 ，每遇到一次邊沿變化，計數(shù)器減1。//TIM2_Encoder_Init,Tim2_CH1(PA0);Tim2_CH2(PA1)
//arr：自動重裝值 0xFFFF
//psc：時鐘預(yù)分頻數(shù) ，不分頻
void TIM2_Encoder_Init(u16 arr,u16 psc)
{
RCC- APB1ENR|=1 0; //TIM2時鐘使能
RCC- APB2ENR|=1 2; //使能PORTA時鐘
GPIOA- CRL =0xFFFFFF00; //PA0、PA1 清除之前設(shè)置
GPIOA- CRL|=0x00000044; //PA0、PA1 浮空輸入
TIM2- ARR=arr; //設(shè)定計數(shù)器自動重裝值
TIM2- PSC=psc; //預(yù)分頻器
TIM2- CCMR1 |= 1 0; //輸入模式，IC1FP1映射到TI1上
TIM2- CCMR1 |= 1 8; //輸入模式，IC2FP2映射到TI2上
TIM2- CCER |= 0 1; //IC1不反向
TIM2- CCER |= 0 5; //IC2不反向
TIM2- SMCR |= 3 0; //所用輸入均在上升沿或下降沿有效
TIM2- CR1 |= 1 0; //使能計數(shù)器
}復(fù)制代碼3 硬件
用到的模塊有STM32核心板、L298電機(jī)驅(qū)動、371帶編碼器電機(jī)（1：34）。這里主要介紹一下電機(jī)，1：34指的是電機(jī)軸轉(zhuǎn)動34圈，電機(jī)輸出1圈。1：X，X值越小，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速也就越快，扭矩也就越?。环粗?，X值越大，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速越慢，扭矩也越大。
圖4 電機(jī)實(shí)物圖左邊兩根黃線是電機(jī)兩極。綠線和白線是脈沖輸出線，分別接編碼器的接收管A、B，用一根可以測得速度，兩根同時用可測出電機(jī)速度與轉(zhuǎn)向。紅線和黑線是編碼器電源接線，紅正黑負(fù)，電壓3.3V-5V，不不可接反。
4 控制代碼工作指示燈、電機(jī)方向與速度控制代碼。
//LED IO 初始化 端口PD.2 運(yùn)行指示燈void LED_Init(void)
{
RCC- APB2ENR|=1 5; //使能PORTD時鐘
GPIOD- CRL =0xFFFFF0FF;
GPIOD- CRL|=0x00000300; //PD.2推挽輸出
GPIOD- ODR|=1 2; //PD.2輸出高
}
//電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向控制信號端口初始化
//PC1~0推挽輸出，輸出高
void M_Init(void)
{
RCC- APB2ENR|=1 4; //使能PORTC時鐘
GPIOC- CRL =0xFFFFFF00;
GPIOC- CRL|=0x00000033; //PC1~0推挽輸出
GPIOC- ODR|=0XF 0; //PC1~0輸出高電平
}
//定時器TIM3，PWM輸出初始化,CH1（PA6)
//arr：自動重裝值
//psc：時鐘預(yù)分頻數(shù)
//設(shè)置自動重裝值為900，那么PWM頻率=72000/900=8Khz
////見STM32參考手冊，14.3.9PWM模式。
void TIM3_PWM_Init(u16 arr,u16 psc) //arr設(shè)定計數(shù)器自動重裝值
//psc預(yù)分頻器不分頻,psc=0
{
RCC- APB1ENR|=1 1; //TIM3時鐘使能
GPIOA- CRL =0xF0FFFFFF;//PA6輸出
GPIOA- CRL|=0x0B000000;//復(fù)用功能輸出
GPIOA- ODR|=1 6;//PA6上拉
TIM3- ARR=arr;//設(shè)定計數(shù)器自動重裝值
TIM3- PSC=psc;//預(yù)分頻器不分頻
TIM3- CCMR1|=6 4; //CH1 PWM1模式 高電平有效
TIM3- CCMR1|=1 3; //CH1預(yù)裝載使能
TIM3- CCER|=1 0; //OC1 輸出使能
TIM3- CR1=0x0080; //ARPE使能
TIM3- CR1|=0x01; //使能定時器3
}
//電機(jī)方向與速度控制，速度調(diào)節(jié)范圍為-100~+100
//大于0時，正轉(zhuǎn)，小于0時，反轉(zhuǎn)
// 占空比低于0.4時電機(jī)不轉(zhuǎn)
//（占空比是指高電平在一個周期之內(nèi)所占的時間比率）
//TIM3- CCR1的設(shè)定范圍為0~900（因?yàn)閍rr=900）
//見STM32參考手冊，14.3.9PWM模式。
void Motor_Speed_Control(s16 motorSpeed)
{
s16 speed = 0 ;
if(motorSpeed 100) speed = 900;
else if (motorSpeed -100) speed = -900;
else speed = motorSpeed;
if(speed == 0)
{
M_1 = 0;
M_2 = 0;
}
else if(speed 0)
{
M_1 = 0;
M_2 = 1;
TIM3- CCR1 = speed * 5 + 400;
}
else
{
M_1 = 1;
M_2 = 0;
TIM3- CCR1 = -speed * 5 +400;
}
}
復(fù)制代碼
電機(jī)速度與方向檢測代碼
//TIM2_Encoder_Init,Tim2_CH1(PA0);Tim2_CH2(PA1)//arr：自動重裝值 0xFFFF
//psc：時鐘預(yù)分頻數(shù) ，不分頻
//見STM32中文手冊 14.3.12編碼器接口模式
void TIM2_Encoder_Init(u16 arr,u16 psc)
{
RCC- APB1ENR|=1 0; //TIM2時鐘使能
RCC- APB2ENR|=1 2; //使能PORTA時鐘
GPIOA- CRL =0xFFFFFF00; //PA0、PA1 清除之前設(shè)置
GPIOA- CRL|=0x00000044; //PA0、PA1 浮空輸入
TIM2- ARR=arr; //設(shè)定計數(shù)器自動重裝值
TIM2- PSC=psc; //預(yù)分頻器
TIM2- CCMR1 |= 1 0; //輸入模式，IC1FP1映射到TI1上
TIM2- CCMR1 |= 1 8; //輸入模式，IC2FP2映射到TI2上
TIM2- CCER |= 0 1; //IC1不反向
TIM2- CCER |= 0 5; //IC2不反向
TIM2- SMCR |= 3 0; //所用輸入均在上升沿或下降沿有效
TIM2- CR1 |= 1 0; //使能計數(shù)器
}
//計數(shù)寄存器賦值
void TIM2_Encoder_Write(int data)
{
TIM2- CNT = data;
}
//讀計數(shù)個數(shù)
int TIM2_Encoder_Read(void)
{
TIM2_Encoder_Write(0); //計數(shù)器清0
delay_ms(10); //檢測時間，可調(diào)節(jié)
return (int)((s16)(TIM2- CNT)); //數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換
//記錄邊沿變化次數(shù)（一個柵格被記錄4次）
}復(fù)制代碼
這里我們只顯示邊沿變化次數(shù)，沒有具體的算出速度。
主函數(shù)
{
// motorSpeed的范圍為-100 ~ +100；
s16 motorSpeed = 100;
Stm32_Clock_Init(9); //系統(tǒng)時鐘設(shè)置
delay_init(72); //延時初始化
uart_init(72,9600); //串口1初始化
LED_Init(); //初始化與LED連接的硬件接口
M_Init(); ////初始化電機(jī)運(yùn)行方向控制端口
TIM3_PWM_Init(900,0); //不分頻。PWM頻率=72000/900=8Khz
TIM2_Encoder_Init(0xffff, 0); //計數(shù)器自動重裝值為最大
while(1)
{
LED =! LED;
Motor_Speed_Control(motorSpeed);
printf("編碼器值：%d\n ",TIM2_Encoder_Read());
}
}復(fù)制代碼5 估算驗(yàn)證
這里我們只是大概的估算驗(yàn)證測量值是否正確，不具有完全正確性。
我們設(shè)置motorSpeed = 100 ，得到測量值如下圖：
圖5 motorSpeed = 100
因?yàn)檎`差是不可避免的，所以看到每次檢測的值都是不一樣的。我們?nèi)?62，因?yàn)橐粋€光柵被記錄了4次，所以在10ms內(nèi)一共檢測到了462/4=115.5，那么得到11.55個/ms,每ms內(nèi)檢測到11.55個光柵。
通過碼表，記錄電機(jī)輸出50圈，用時50.2s，那么這時應(yīng)該檢測到的光柵個數(shù)為50*34（電機(jī)轉(zhuǎn)34圈，輸出1圈）*334（每圈有334個光柵）=567800，除以時間，得到估算值11.31個/ms。可以看出估算值與測量值是相近的，認(rèn)為測量是準(zhǔn)確的。設(shè)置motorSpeed = -50 ，得到測量值如下圖 ：
