玩转X-CTR100 l STM32F4 l 电机正交编码器

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本文介绍X-CTR100控制器的电机正交编码器，X-CTR100具有2路32位AB项正交编码器和3路16位正交编码器，共5路。

可用于电机转速和角度测量，用于智能车、机械臂、机器人制作。

原理

什么是正交？如果两个信号相位相差90度，则这两个信号称为正交。由于两个信号相差90度，因此可以根据两个信号哪个先哪个后来判断方向。

正交编码器（Quadrature Encoder）是一种用于测量旋转速度和方向的传感器，通过积分（累加）运算后，还可以用来测算距离。最常见的正交编码器有两个输出信号：A相 和 B相，有些编码器会有 Z相 的校准功能（用于消除累计误差）。「正交」一词来源于 AB 两个信号的特征，一般情况下 A相 和 B相 的输出信号总是有 π/2 的相位差。

上图中 A 和 B 分别连接到两个传感器单元上，黑白相间的圆环称之为「栅格」。传感器和栅格的实现方式有很多种：反射式传感器+不同反光率的栅格；对射式传感器+镂空光栅；霍尔传感器+磁极圆环；触点+导电轨道；等等。

例程

初始化编码器，每隔500ms采样一次编码器数值并串口输出显示。

硬件说明

硬件资源：

• 串口UART1
• RA、RB扩展接口（TIM2 32AB正交编码器接口）
• 具有正交编码器电机（需自备）
  

硬件连接：

软件生态

X-SOFT软件生态，X-API扩展文件如下。

ax_encoder.c——X-CTR100 电机正交编码器源文件

ax_encoder.h——X-CTR100 电机正交编码器头文件

接口函数

void AX_ENCODER_TIM2_AB_Init(uint32_t cycle); //编码器AB初始化(32位)

uint32_t AX_ENCODER_TIM2_AB_GetCounter(void); //编码器AB获取计数器数值

void AX_ENCODER_TIM2_AB_SetCounter(uint32_t count); //编码器AB设置计数器数值

 

void AX_ENCODER_TIM5_CD_Init(uint32_t cycle); //编码器CD初始化(32位)

uint32_t AX_ENCODER_TIM5_CD_GetCounter(void); //编码器CD获取计数器数值

void AX_ENCODER_TIM5_CD_SetCounter(uint32_t count); //编码器CD设置计数器数值

 

void AX_ENCODER_TIM3_GH_Init(uint16_t cycle); //编码器GH初始化

uint16_t AX_ENCODER_TIM3_GH_GetCounter(void); //编码器GH获取计数器数值

void AX_ENCODER_TIM3_GH_SetCounter(uint16_t count); //编码器GH设置计数器数值

 

void AX_ENCODER_TIM4_KL_Init(uint16_t cycle); //编码器KL初始化

uint16_t AX_ENCODER_TIM4_KL_GetCounter(void); //编码器KL获取计数器数值

void AX_ENCODER_TIM4_KL_SetCounter(uint16_t count); //编码器KL设置计数器数值

 

void AX_ENCODER_TIM1_OP_Init(uint16_t cycle); //编码器OP初始化

uint16_t AX_ENCODER_TIM1_OP_GetCounter(void); //编码器OP获取计数器数值

void AX_ENCODER_TIM1_OP_SetCounter(uint16_t count); //编码器OP设置计数器数值

软件说明

函数初始化编码器，设定编码器计数周期为60000，设置当前值为30000，while循环每隔500ms采样编码器一次，主程序代码如下。

int main(void)

{

    //X-CTR100初始化

    AX_Init(115200);

    printf("***电机正交编码器例程***\r\n\r\n");

 

    //模块初始化及配置

    AX_ENCODER_TIM2_AB_Init(60000); //32位正交编码器初始化，计数周期60000

    AX_ENCODER_TIM5_CD_Init(60000); //32位正交编码器初始化，计数周期60000

    AX_ENCODER_TIM3_GH_Init(60000); //16位正交编码器初始化，计数周期60000

    AX_ENCODER_TIM4_KL_Init(60000); //16位正交编码器初始化，计数周期60000

    AX_ENCODER_TIM1_OP_Init(60000); //16位正交编码器初始化，计数周期60000

 

                                     //设置编码器当前计数值为30000

    AX_ENCODER_TIM2_AB_SetCounter(30000);

    AX_ENCODER_TIM5_CD_SetCounter(30000);

    AX_ENCODER_TIM3_GH_SetCounter(30000);

    AX_ENCODER_TIM4_KL_SetCounter(30000);

    AX_ENCODER_TIM1_OP_SetCounter(30000);

 

    //X-API测试：5路正交编码器测试    

    printf("*5路正交编码器测试\r\n");

 

    while (1)

    {

        printf("*AB:%5d CD:%5d GH:%5d KL:%5d OP:%5d\r\n",

            AX_ENCODER_TIM2_AB_GetCounter(), AX_ENCODER_TIM5_CD_GetCounter(),

            AX_ENCODER_TIM3_GH_GetCounter(), AX_ENCODER_TIM4_KL_GetCounter(),

            AX_ENCODER_TIM1_OP_GetCounter());

        AX_Delayms(500);

    }

}

实现效果

X-CTR100按照编码器接口定义连接编码器，编码器A、B接口线序可更换。手动转动编码器可观察编码器数值变化，一个方向转动编码器数值增加，另一个方向转动编码器数值减小。

参考

https://zhuanlan.zhihu.com/p/20268680