文章目錄

• 一、前言
• 二、本次實驗的編碼器
• 三、編碼器與STM32的連接
• 四、CubeMX的配置
• • 4.1、RCC
  • 4.2、Clock Configuration
  • 4.3、TIM2
  • 4.4、生成代碼
• 五、Keil
• • 5.1、Target
  • 5.2、C/C++
  • 5.3、Debug
• 六、代碼
• • 6.1、main.c
• 七、DEBUG
• • 7.1、用手讓步進電機逆時鐘旋轉約1圈
  • 7.2、用手讓步進電機順時鐘旋轉約1圈
• 八、示波器
• 九、細節補充
• • 9.1、Encoder Mode

一、前言

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STM32工程：

鏈接：https://pan.baidu.com/s/1o4lovPLwxNpSxf_jlLvCBA
提取碼：hf2i

STM32F407，STM32F103，STM32H743的TIM都有編碼器的功能。STM32的TIM上的編碼器功能真的非常強大，它是純硬件計算的，意味著MCU不需要參與脈沖數的計算（所以不需要進入中斷做累加了），MCU只需要在合適的時間上讀一下脈沖總數即可。如果你的閉環控制頻率是500Hz的話，那么每2ms就需要讀一下脈沖總數。通過STM32CubeMX可以非常便利地使用STM32的編碼器功能去讀取編碼器反饋的脈沖數，在CubeMX生成的代碼后，添加一點點代碼就能實現該功能了。

有關步進電機與編碼器的知識介紹，可以查看廣州硬石科技《硬石YS-F4Pro開發板開發手冊》從第40章開始。在嵌入式運動控制領域，廣州硬石科技算是資料比較多的。

在機器人開發中，我經常使用步進電機。為了能夠實現運動的閉環控制，步進電機是一定要增加編碼器的。如下圖所示：

**雖然這邊博文不是介紹編碼器的基本知識，但是為了看懂代碼的目的。**編碼器的關鍵參數需要了解一下：

1、分辨率

其實就是電機的轉軸旋轉一周，編碼器的A相或B相（就是一個相）輸出多少個脈沖信號而已。如下圖的編碼器所示，電機的轉軸旋轉一周，編碼器的某一個相反饋3600個脈沖。

2、脈沖的電壓

脈沖其實就是PWM信號，有1與0兩種狀態。一定要弄清楚脈沖的1是多少V（最好用示波器確認好！！！），不小心的話會燒掉芯片。STM32芯片基本都是支持3.3V與5V（容忍值，在芯片手冊能查到是否支持5V）。

如下這個編碼器，當VCC與GND接入5V時，它的脈沖的最高電壓就是5V。

3、編碼器的相數

一般的工業控制，采用兩相（A/B相）的編碼器足夠。如下圖所示，使用A相/B相就好了，細心的同學肯定發現，不是還有一個Z相嗎？答案是，是有Z相，但是它的作用是電機的轉軸旋轉一周后，才反饋一個脈沖。其實就是反饋電機轉了多少圈。這個Z相真的沒什么用，原因是我通過A/B相也能知道電機旋轉的多少圈，而且轉了1/360也能測出來。但是Z相的話，只能測試1，2，3，4圈，無法測量0.5圈，0.3圈。

二、本次實驗的編碼器

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分辨率：1000線 （意思是電機的轉軸旋轉一周，A相反饋1000個脈沖，B相也會反饋1000個脈沖）

脈沖電壓：5V （博文最后，有示波器的觀察，可以看到電壓）

編碼器相數：A/B相（Z相是電機轉軸旋轉一周，才反饋一個脈沖）

三、編碼器與STM32的連接

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編碼器與單片機需要在同一個GND上（不然單片機與編碼器怎么溝通呀），接著給編碼器輸入5V電源。

四、CubeMX的配置

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4.1、RCC

4.2、Clock Configuration

4.3、TIM2

選擇TIM2的原因是，只有TIM2與TIM5是32位的計數器（-2147483648 ~ 2147483647），其他TIM都是16位的計數器（-32768 ~ 32767）。說白了，當步進電機在旋轉時，16位的計數器會頻繁溢出，程序里要做好計數器溢出的處理。當使用TIM2與TIM5的32位計數器時，我覺得就可以省去了處理"計數器溢出"的問題了。

博文的后面，會解釋為什么選用"Encoder Mode TI1 and TI2"即4倍頻模式。

4.4、生成代碼

五、Keil

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5.1、Target

5.2、C/C++

5.3、Debug

六、代碼

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6.1、main.c

七、DEBUG

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7.1、用手讓步進電機逆時鐘旋轉約1圈

用手擰著電機的轉軸逆時鐘旋轉一周（手動很難做到剛剛好的1圈），encoder_Counter = 4040（Encoder Mode TI1 與 TI2的四倍頻模式），編碼器是1000線 * 4倍頻 = 4000個脈沖。脈沖的方向是：0x01（可以說是CW，也可以說是CCW。這取決于我們項目的定義）

7.2、用手讓步進電機順時鐘旋轉約1圈

程序復位后，用手擰著電機的轉軸順時鐘旋轉一周（手動很難做到剛剛好的1圈），encoder_Counter = -4040（Encoder Mode TI1 與 TI2的四倍頻模式），編碼器是1000線 * 4倍頻 = 4000個脈沖。脈沖的方向是：0x00（可以說是CW也可以說是CCW。但是，如果0x01是CW的話，那么CCW肯定就是CCW）

八、示波器

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最后，我用示波器觀察一下電機的B相。步進電機旋轉時，B相究竟會輸出怎么樣的電平。從GIF圖看到，脈沖的高電平電壓是5V左右。

九、細節補充

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9.1、Encoder Mode

Encoder Mode一共有三種模式：

1、Encoder Mode TI1

2、Encoder Mode TI2

3、Encoder Mode TI1 and TI2

其實，這三種模式是決定定時器計數的方式，如下圖所示：

通過時序圖來理解Encoder Mode TI1 and TI2為什么能將脈沖數4倍頻，也解釋了TIM是如何判斷脈沖的方向。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的STM32F407+CubeMX-使用TIM计算编码器的脉冲总数，并计算脉冲方向的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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