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STM32F1/HAL库/CubeMX下实现编码器模式测速：平衡小车与直流减速电机的超详细指南

系列文章目录（STM32常用外设/HAL库版）

一、HC-SR04超声波模块的使用
二、OLED的HAL库代码介绍及使用
三、直流减速电机的测速以及电机驱动的使用（本篇）

文章目录

  • 系列文章目录（STM32常用外设/HAL库版）
  • 前言
  • 一、所用的器材模块介绍
  • 二、接线说明
  • 三、CubeMX配置
  • 3.1. 时钟树的配置
  • 3.2. PWMA配置（TIM4）
  • 3.3. 编码器模式配置（TIM3）
  • 3.4. 定时器配置（TIM1）
  • 3.5. IIC和USART配置
  • 3.6. NVIC配置
  • 3.7. 最终引脚图
  • 四、程序代码及说明
  • 4.1. encoder.h
  • 4.2. encoder.c
  • 4.3. motor.h
  • 4.4. main.c
  • 总结

    • 前言

    由于之后要着手开始做一些闭环的小项目，比如常见的两轮平衡小车，那就必须使用编码器来测量直流减速电机的转速，本文将介绍如何使用stm32f103c8t6的编码器模式测量带15线霍尔编码器的直流减速电机的空载转速。

    预告：我即将会写一篇全网最详细PID平衡小车教程（HAL库版）

    先放上最终效果展示吧

    使用STM32的编码器模式测量直流减速电机的转速





    提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

    一、所用的器材模块介绍

    1. stm32f103c8t6最小系统板
    2. 12V锂电池
    3. DC-DC可调降压模块（LM2596S）
    4. 0.96寸OLED（IIC接口）
    5. HC-08蓝牙模块
    6. 两路直流电机驱动（这里用的是DRV8848而不是TB6612，因为TB6612已经停产）
    7. 直流减速电机（电机型号为GM25-370，空载转速12V12000RPM，减速比为34:1，减速后350转/分）
    8. 15线霍尔编码器（编码器单圈15脉冲，减速后单圈为510脉冲每圈，可以通过stm32编码器模式4倍频至2040脉冲每圈）

    所用的带15线霍尔编码器的GM25-370直流减速电机及其参数见下图


    所用模块的具体作用：
    蓝牙模块：通过手机蓝牙直接改变电机转速
    OLED：实时显示电机的转速以及读取到的脉冲数

    二、接线说明

    特别注意：这步至关重要，稍有不慎就会烧坏单片机

    下面给出原理图：（最好不要把电机驱动板上所有的GND都与单片机共地，VCC下面的GND可以不与单片机共地，还有就是STM32只外接信号线，不要用它给电机驱动板的VCC供电，STM32接一些感性负载（比如电机）时最好加光耦隔离，我之前也是用了光耦隔离，但是要想完全隔离只能用双电源，最终就没加）

    三、CubeMX配置

    3.1. 时钟树的配置

    （1）点击RCC ，开启HSE，并选择RC或晶体作为时钟源

    （2）配置时钟树

    3.2. PWMA配置（TIM4）

    （1）点击TIM4，在Mode选项中设置Clock Source为Internal Clock。设置Channel1为PWM Generation CH1，其余默认即可。

    （2）设置Configuration选项中Parameter Settings的参数

    将PWM设置为10KHz

    （3）TIM4_CH1 的GPIO参数设置
    PB6参数设置

    3.3. 编码器模式配置（TIM3）

    （1）点击TIM3，在Mode选项中设置Combined Channels为编码器模式。

    （2）设置Configuration选项中Parameter Settings的参数

    注意：将Encoder Mode 设置为Encoder Mode TI1 and TI2,使得编码器模式为4倍频模式，得到的脉冲值X4

    编码器模式中Polarity是用来设置触发的信号是否反向，即用来匹配编码器与电机的旋转方向，而不是像“输入捕获”功能那样用来设置触发的边沿

    （3）GPIO参数设置

    3.4. 定时器配置（TIM1）

    配置定时器，配置为0.1S定时中断一次读取TIM3编码器模式记录的脉冲值

    3.5. IIC和USART配置

    这部分就是开启I2C1的I2C模式，开启USART2的异步模式

    3.6. NVIC配置

    开启TIM1 update interrupt，USART2 global interrupt 两个中断并将USART2 global interrupt的优先级设置的高于TIM1 update interrupt，因为要通过串口接收中断来改变转速，如果串口中断的优先级低于定时器中断的优先级，此时串口中断就不能立刻执行


    3.7. 最终引脚图

    四、程序代码及说明

    提示:OLED代码见OLED的HAL库代码介绍及使用，这里就不再赘述

    4.1. encoder.h

    #ifndef ENCODER_ENCODER_H_
#define ENCODER_ENCODER_H_

#include "stm32f1xx_hal.h" //HAL库文件声明
#include <main.h>

extern TIM_HandleTypeDef htim1;
extern TIM_HandleTypeDef htim3;

void GET_NUM(void);
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim);

#endif /* ENCODER_ENCODER_H_ */

    4.2. encoder.c

    #include"encoder.h"
#include"../oled/oled.h"

float  n=0;//转速，单位为：转/秒
short encoder_counter=0;//STM32编码器模式读取的总脉冲数

/**
 * @function: void GET_NUM(void)
 * @description: 使用STM32编码器模式，读取编码器产生的脉冲值
 * @param {*} 
 * @return {*}
 */
void GET_NUM(void)
{
	encoder_counter=(short) __HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim3);
	__HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim3,0);
}

/**
 * @function:void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
 * @description: 定时器中断回调函数，0.1S中断一次并计算转速，将电机转速以及编码器产生的脉冲数显示在OLED屏上
 * @param {TIM_HandleTypeDef *htim} 
 * @return {*}
 */
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
	if(htim==&htim1)
	{
		 GET_NUM();//得到所记录的脉冲数
		 OLED_Showdecimal(0,6,encoder_counter,5,2,12,0);//在特定位置显示5位整数+2位小数的脉冲数
		 n=(float)encoder_counter/2040/0.1;//转速为n，r/s
		 OLED_Showdecimal(0,4,n,2,2,12,0);//在特定位置显示2位整数+2位小数的电机转速
	}
}

    4.3. motor.h

    这个.h就是给电机驱动板AO1,AO2赋高低电位的

    #ifndef MOTOR_MOTOR_H_
#define MOTOR_MOTOR_H_

#include "stm32f1xx_hal.h" //HAL库文件声明
#include <main.h>

#define MOTOR_GO HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, AIN1_Pin, GPIO_PIN_RESET); HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, AIN2_Pin, GPIO_PIN_SET)

#endif /* MOTOR_MOTOR_H_ */

    4.4. main.c

    /* USER CODE BEGIN Includes */
#include "../../icode/motor/motor.h"
#include "../../icode/usart/usart.h"
#include "../../icode/encoder/encoder.h"
#include "../../icode/oled/oled.h"
/* USER CODE END Includes */

      /* USER CODE BEGIN 2 */
  HAL_TIM_PWM_Start(&htim4, TIM_CHANNEL_1); //开启TIM4 PWMA模式
  HAL_TIM_Encoder_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_ALL);//开启TIM3编码器模式
  HAL_UART_Receive_IT(&huart2,(uint8_t *)&USART2_NewData,1); //开启串口二的接收中断，用于蓝牙改变电机转速
  HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim1);//开启TIM1的定时器中断

  OLED_Init();                           //OLED初始
  OLED_Clear();                         //清屏
  OLED_ShowString(0,0,"Rotational Speed:",12,0);
  OLED_ShowString(50,4,"rad/s",12,0);
    /* USER CODE END 2 */

    下面这部分main.c内容是通过蓝牙改变电机转速，与本文的重点>通过STM32编码器模式对直流减速电机测速的讲解关系不大

      /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */

	  if(USART2_RX_STA&0x8000)           //判断中断接收标志位（蓝牙模块使用USART2)
	  {
		 if((USART2_RX_STA&0x7FFF) ==4 	//判断接收数量是不是为四个
				&& USART2_RX_BUF[0]==0xA5 	//判断接收第一个数据是不是包头0xA5
				&& USART2_RX_BUF[3]==(USART2_RX_BUF[1]+USART2_RX_BUF[2])%0x100)	//判断接收校验码是不是原数据之和的低八位

		{
			 switch(USART2_RX_BUF[2])      //接收并读取蓝牙发送过来的第三个数,改变车速
			 {   //ARR的在CubeMX中设置为20000

				 case(0x00):__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim4, TIM_CHANNEL_1,0);break;    //0%的speed

				 case(0x14):__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim4, TIM_CHANNEL_1,1440) ;break;//20%

				 case(0x28):__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim4, TIM_CHANNEL_1,2880) ;break;//40%

				 case(0x3C):__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim4, TIM_CHANNEL_1,4320);break;//60%

				 case(0x50):__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim4, TIM_CHANNEL_1,5760);break;//80%

				 case(0x64):__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim4, TIM_CHANNEL_1,7200);break;//100%

				 default:break;

			 }
		}
		USART2_RX_STA=0;//标志位清0
	  }

	  MOTOR_GO;
  }
  /* USER CODE END 3 */

    总结

    最终结果就是文章开头视频中显示的，还是测量的比较精准，和电机的参数十分接近，这部分内容对于之后的平衡小车至关重要，因为后续PID控制时要经常读取电机转速来对小车进行闭环控制。

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