基于STM32的正交编码器接口应用

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ARM32位的Cortex™-M3CPU，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）BOOT044NRST7OSC_IN/PD05OSC_OUT/PD16PA0-WKUP10PA111PA212PA313PA414PA515PA616PA717PA829PA930PA1031PA1132PA1233PA13/JTMS/SWDIO34PA14/JTCK/SWCLK37PA15/JTDI38PB018PB119PB2/BOOT120PB3/JTDO39PB4/JNTRST40PB541PB642PB743PB845PB946PB1021PB1122PB1225PB1326PB1427PB1528PC13-TAMPER-RTC2PC14-OSC32_IN3PC15-OSC32_OUT4VBAT1VDD_124VDD_236VDD_348VDDA9VSS_123VSS_235VSS_347VSSA8U1STM32F101C8T61ufC4CapSemi1ufC5CapSemi1ufC6CapSemiVCCGNDVCCGNDVCCGND1ufC3CapSemiLCDSCELCDRSTLCDD/CLCDDINLCDLEDINAINBPC1PC0LCDSCLKJTDOSRSTJTMSJTCKJTDIJNTRST。采用标准的JATGE接口进行程序的烧录和调试。1234567891011121314151617181920P1Header10X2HVCCJNTRSTJTDIJTMSJTCKJTDOSRSTGNDGNDGNDVCCGND10KR3ResSemi10KR1ResSemi10KR2ResSemi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=4vVout2GND1Vin3Q11117-3.35VVCCGND10ufC1CapPol110ufC2CapPol1GNDGND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。12345USB1Header55VGND10kR5ResSemi10kR4ResSemiINAINB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。程序初始化时钟初始化I/O口初始化编码器初始化中断控制器初始化显示屏初始化定时器初始化LCD_Display();显示各项数值While(1)计数器TIM4向上或向下计数，正向加到0或者负向减到799的时候TIM4溢出定时器TIM4每0.25s进入一次中断进入Tim4_IRQ(）获得溢出次数Count[1]和旋转方向Speed[0]进入Tim2_IRQ()计算编码器每秒产生脉冲数软件包在文件夹中