STM32CubeMX笔记(10)–定时器TIM4的Encoder Mode(编码器模式)使用

定时器的Encoder Mode(编码器模式)使用

  • 1、编码器相关知识
  • 1.1 相关编码器的知识点:
  • 1.2 STM32相关定时器编码器模式(Encoder Mode)的知识点:
  • 2、STM32CubeMX引脚设置和代码生成
  • 2.1 相关STM32CubeMX生成代码配置如下:
  • 2.1.1 配置定时器TIM4的编码器模式
  • 2.1.2 配置定时器TIM4的编码器模式相关参数
  • 3、编写相关的C函数文件
  • 3.1、相关定时器的Encoder Mode配置函数开启:
  • 3.2、编码器数据的读取使用
  • 3.3、使用(short)强制类型转换,编码器数据正负处理
  • 3.4、编码器数据读取函数整理
  • 4、编译工程文件,使用ST-Link烧录,测试定时器TIM4的Encoder Mode(编码器模式)使用

  • 1、编码器相关知识

    1.1 相关编码器的知识点:

    机器人开发过程中,对于直流电机来说,编码器至关重要,它不仅可以使我们对电极进行精确的速度闭环,位置闭环,还可以通过时间积分,根据运动学关系,获得速度、位置等信息

    STM32的定时器有编码器模式,大大的方便我们的开发。使用STM32cubeMX配置工具,使得这个过程变得无比简单

    该笔记中使用STM32cubeMX 开发配置编码器,STM32定时器编码器模式(Encoder Mode),使用定时器TIM4编码器模式读取编码器的值,做闭环控制


    1.2 STM32相关定时器编码器模式(Encoder Mode)的知识点:

    stm32使用手册可以看到如下的配置,和图片。基本上程序也是这样去设置的相关寄存器的。

    如果TI1TI2分别接电机的A相B相的话,那么,当电机正转的时候,如下图计数器回想上计数,反转的时候会向下计数,注意了这个向下计数并不会出现负的值,依旧是从(0-ARR)计数。
    这种模式的好处:1.上升沿和下降沿都会计数,所以被软件4倍频了。2.当某一相有毛刺的时候,计数器会在硬件上停止计数。


    2、STM32CubeMX引脚设置和代码生成

    2.1 相关STM32CubeMX生成代码配置如下:

    2.1.1 配置定时器TIM4的编码器模式

  • 1、设置定时器TIM4的Combined Channels的选项为Encoder Mode,编码器模式;
  • 2、设置定时器TIM4相关参数:PSC:0Counter:65535 (设置计数器的值为65535,最大值);
  • 2.1.2 配置定时器TIM4的编码器模式相关参数

  • 1、在参数配置中的Econder Mode中选择Econder Mode TI1 and TI2
  • 2、在TI1、TI2的选项中选择Rising Edge上升沿计数;
  • 3、选择GPIO模式配置,配置定时器两个GPIO引脚模式,全部改成Pull-Up,即上拉模式,主要用于没有外部上拉的编码器读取时,可以确定引脚电平,防止出错;

  • 配置定时器TIM4的编码器模式

    编码器模式配置

    定时器引脚设置上拉模式


    3、编写相关的C函数文件

    3.1、相关定时器的Encoder Mode配置函数开启:

    1)添加定时器4的通道1和通道2的Encoder Mode开启使能函数,放置于到main.c中的用户代码区
    定时器TIM4的Encoder Mode(编码器模式)使用的是TIM4的通道1和通道2;

    /* USER CODE BEGIN 2 */
    	HAL_TIM_Encoder_Start(&htim4,TIM_CHANNEL_1 | TIM_CHANNEL_2);
    /* USER CODE END 2 */
    

    3.2、编码器数据的读取使用

    2)编码器数据的读取使用:
    在循环中调用 __HAL_TIM_IS_TIM_COUNTING_DOWN 可以获得当前电机的转向 0为正、1为负
    在循环中调用 __HAL_TIM_GET_COUNTER 获取计数器的计数值,即编码器的脉冲数

      /* Infinite loop */
      /* USER CODE BEGIN WHILE */
      while (1)
      {
    		int 	Direction = __HAL_TIM_IS_TIM_COUNTING_DOWN(&htim4);   //读取电机转动方向
    		int CaptureNumber =	(short)__HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim4);	  //读取编码器数据
    		__HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim4) = 0;							  //计数器值重新置位
    		
    		UART1_printf_DMA("Direction is %d \r\n",Direction);
    		HAL_Delay(10);
    		UART1_printf_DMA("CaptureNumber is %d \r\n",CaptureNumber);
    		HAL_Delay(500);
    
        /* USER CODE END WHILE */
    
        /* USER CODE BEGIN 3 */
      }
      /* USER CODE END 3 */
    

    以下代码与上面代码片相同,直接使用读取寄存器的值,进行读取编码器数据;

    	int CaptureNumber= (short)TIM4 -> CNT; //读取定时器2的计数值
    	TIM4 -> CNT=0;                   	   //清零计数
    	UART1_printf_DMA("Encoder_TIM is %d \r\n",CaptureNumber);
    	HAL_Delay(500);
    

    3.3、使用(short)强制类型转换,编码器数据正负处理

    使用(short)强制类型转换,读取编码器数据正负

    上面这样传进去要读的定时器,返回的是相关编码器的速度值。但是为什么,会是一个负数呢。计数器只能计数(0-ARR);
    注意看上面使用了强制类型转换。把寄存器的值读出来了之后,转换成了short型(2字节,32位系统下),范围为(-32768-32767),此时当我们把计数器的初始值设置为0之后,如果出现反转,它就会从0开始向下计数(0,65535,65534,…)但是经过强制类型转换之后就变成了(0,-1,-2,…)。

    short的表示范围(-32768-32767),也就是说当读出来的值为(32767, 32768, 32769,…,65535,65536,65537…)的时候会因为溢出而转换为
    (32767,-32768,-32767,…, -1, ,0, , 1)就这样不断地循环下去。所以我们的电机反转的时候读出的数就是反方向的速度值。而不必用65535去减去读出的值再加上负号才可以的到方便观察的值。只需要一个强制类型转换就可以了。


    3.4、编码器数据读取函数整理

    可以根据下面的代码片改成自己的代码风格

    int Read_Encoder(u8 TIMX)
    {
       int Encoder_TIM;    
       switch(TIMX)
    	 {
    	     case 2:   Encoder_TIM = (short)TIM2 -> CNT;   TIM2 -> CNT=0;	 break;
    		 case 3:   Encoder_TIM = (short)TIM3 -> CNT;   TIM3 -> CNT=0;	 break;	
    		 case 4:   Encoder_TIM = (short)TIM4 -> CNT;   TIM4 -> CNT=0;	 break;	
    		 default:  Encoder_TIM = 0;
    	 }
    		return Encoder_TIM;
    }
    

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