代码收藏家技术教程 2023-02-05

STM32自学笔记15：驱动步进电机的磁编码器MT6816

这个闭环驱动系统中，充当闭环反馈的是磁编码器MT6816，它的作用是告诉主控现在电机的转动位置。

一般来说磁编码器和光编码器相比，精度、分辨率和响应时间都要差一些，但优势是对环境要求较低，粉尘、油污、液体等等对磁编码器没有什么影响，不像光码需要清洁和透明，而且近来磁编码器的精度和分辨率都有显著提高，加入了无电池多圈技术，从而解决了多圈无法反馈的老问题，使得磁编码器成为闭环电机系统很好的选择。

MT6816是一款国产磁编码器，和项目相关的主要参数如下：

- 14bit绝对角度数据
- 提供4线SPI接口通信14bit的绝对值数据，也提供增量ABZ输出来替代光电编码器
- 支持最高电机转速为25K rpm

下面这张图将磁铁安装和芯片的相对位置描述得很易懂，MT6816的几何中心必须和电机转动轴中心一致，而且磁铁离芯片的距离尽量小（1-3mm为宜）。这就决定了这个驱动器必须安装在步进电机的尾端，且PCB布板的时候也要注意芯片的放置位置。

我们按照datasheet的4线SPI参考电路来接线，如下图所示
研究下4线SPI是怎么读取磁编码器的角度数据的

这里其实不用管0x05的数据了，一般步进电机的应用中超速的概率不大

从图17和图19可以得到读取0x03和0x04数据的指令为10000011和10000100，即0x83和0x84，由于DI7到DI0为0（没有要写入到芯片的数据），所以在库函数HAL_SPI_TransimitReceive()来读取寄存器的数据时，发送指令为0x8300和0x8400，从而接收到14bit的角度数据Angle[13:0]。

uint16_t ReadAngledata(uint16_t _dataTx)
{
    uint16_t dataRx;

    GPIOA->BRR = GPIO_PIN_15; // 拉低CSN，准备通信
    HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi1, (uint8_t*) &_dataTx, (uint8_t*) &dataRx, 1, HAL_MAX_DELAY);
    GPIOA->BSRR = GPIO_PIN_15; //拉高CSN，结束通信

    return dataRx;
}

完整的读取数据的代码如下（有很详细的注释，应该都能看懂）

void MT6816_SPI_Get_AngleData(void)
{
    uint16_t data_t[2];  //SPI发送数据
    uint16_t data_r[2];  //SPI接收数据，即角度数据
    uint8_t h_count;  //奇偶校验计数用

    data_t[0] = 0x8300;  //根据MT6816 Datasheet, 0x8300读取0x03寄存器数据
    data_t[1] = 0x8400;  //同上

    for(uint8_t i=0; i<3; i++)
    {
        MT6816_SPI_CS_L();
        HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi1, (uint8_t *)&data_t[0], (uint8_t *)&data_r[0], 1, HAL_MAX_DELAY);
        MT6816_SPI_CS_H();
        MT6816_SPI_CS_L();
        HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi1, (uint8_t *)&data_t[1], (uint8_t *)&data_r[1], 1, HAL_MAX_DELAY);
        MT6816_SPI_CS_H();

        mt6816_spi.sample_data = ((data_r[0] & 0xFF) << 8 | (data_r[1]) & 0xFF);  //16bits SPI接收数据

        //以下为奇偶校验
        h_count = 0;
        for(uint8_t j=0; j<16; j++)
        {
            if(mt6816_spi.sample_data & (0x0001 << j))
                h_count++;
        }
        if(h_count & 0x01)
        {
            mt6816_spi.pc_flag = false;
        }
        else{
            mt6816_spi.pc_flag = true;
            break;  //奇偶校验结束
        }

    }
    if(mt6816_spi.pc_flag)
    {
        mt6816_spi.angle = mt6816_spi.sample_data >> 2;  //前14bits 角度数据
        mt6816_spi.no_mag_flag = (bool) (mt6816_spi.sample_data & 0x0010);  //弱磁标志位，根据datasheet
    }
}

有了电机的旋转角度数据，就可以进行下一步的闭环计算等工作了。

未完待续