磁性角度传感器ZK-CG-A V说明书

ZK-CG-A说明书

版本号：V10

产品类别：磁性角度传感器

概述：ZK-CG-A是一种基于霍尔效应的磁性角度传感器，应用时需要配套磁铁，定位精度小于0.1度，A/B正交脉冲输出4096个/圈。

目录

第一章功能 (3)

第二章原理 (3)

第三章应用 (4)

第四章正交信号编码原理 (5)

第五章应用STM32F10X单片机正交接口应用 (6)

第一章功能

ZK-CG-A是为转台等需要做位置反馈的设备而设计的增量式角度传感器，可以安装在步进电机、伺服电机、直流无刷电机机座后端做半闭环用，也可以用在电机机械负载最后机械输出轴上做位置环全闭环。

本角度传感器应用非常简单，供电电源范围很宽，输出是正交的A/B脉冲。

●支持3.3V和5V供电，最小电源电压是3V，最大电源电压是5.5V。

●正交脉冲输出电压是供电电压，可以直接和单片机连接，脉冲个数是4096个/圈，

A/B为正交输出，相位相差90°，可以利用相位差准确判断角度旋转方向。

第二章原理

ZK-CG-A是基于霍尔效应设计的，将8个磁敏电阻按照严谨的正交角度安装封装在了SO-8的塑料封装内部（图1），8个电阻组成了双H桥，双H桥在旋转磁场作用下产生两路正弦电流（图2），两路15位的ADC对两路正/余弦电流做差分AD采样，将AD结果送入小型逻辑处理器转换为正交的脉冲输出（图3）。

图1

图2

图3

第三章应用

ZK-CG-A V10版本PCB直径为37.592mm，有4个安装孔（图4），用于固定及安装外壳。出厂时会配套金属外壳，可以承受一定的撞击。图5是安装在电机上的应用。

ZK-CG-A A/B脉冲输出最大频率是1MHz，最大转速14000转/分钟，最大脉冲信号延迟50us。

引脚定义如下表：

引脚功能

VDD 3.3V或者5V

GND0V

IFA A向输出

IFB B向输出

其它引脚功能保留

图4

图5

第四章正交信号编码原理

正交信号编码器具有直接输出数字量信号，低噪声，高精度，高分辨率，制作简便，成本低等优点。它产生两个方波信号A和B，它们相差+/-90°，其符号由转动方向决定。如图6所示：

图6

ZK-CG-A正交输出脉冲数A、B各为每圈4096个脉冲。

第五章应用STM32F10X单片机正交接口应用

STM32F10x的所有通用定时器及高级定时器都集成了正交编码器接口。定时

器的两个输入TI1和TI2直接与增量式正交编码器接口。当定时器设为正交编码器

模式时，这两个信号的边沿作为计数器的时钟。定时器正交编码器接口如下图7：

图7

选择编码器接口模式的方法是：如果计数器只在TI2的边沿计数，则置TIM1_SMCR 寄存器中的SMS=001；如果只在TI1边沿计数，则置SMS=010；如果计数器同时在TI1和TI2边沿计数，则置SMS=011。通过设置TIM1_CCER寄存器中的CC1P和CC2P位，可以选择TI1和TI2极性；如果需要，还可以对输入滤波器编程。两个输入TI1和TI2被用来作为增量编码器的接口。参看表2，假定计数器已经启动(TIM1_CR1寄存器中的CEN=1)，则TI1FP1或TI2FP2上的有效跳变作为计数器的时钟信号。TI1FP1和

TI2FP2是TI1和TI2在通过输入滤波器和极性控制后的信号；如果没有滤波和变相，则TI1FP1=TI1，TI2FP2=TI2。根据两个输入信号的跳变顺序，产生了计数脉冲和方向信号。依据两个输入信号的跳变顺序，计数器向上或向下计数，因此TIM1_CR1寄存器的DIR位由硬件进行相应的设置。不管计数器是对TI1计数、对TI2计数或者同时对TI1和TI2计数。在任一输入(TI1或者TI2)跳变时都会重新计算DIR位。

编码器接口模式基本上相当于使用了一个带有方向选择的外部时钟。这意味着计数器只在0到TIM1_ARR寄存器中自动装载值之间连续计数(根据方向，或是0到ARR 计数，或是ARR到0计数)。所以在开始计数之前必须配置TIM1_ARR；同样，捕获器、比较器、预分频器、周期计数器、触发输出特性等仍工作如常。编码模式和外部时钟模式2不兼容，因此不能同时操作。在这个模式下，计数器依照增量编码器的速度和方向被自动的修改，因此，它的内容始终指示着编码器的位置。计数方向与相连的传感器旋转的方向对应。表2列出了所有可能的可能的组合，假设TI1和TI2不同时变换。

表2

一个外部的增量编码器直接和MCU连接不需要外部接口逻辑。但是，一般使用比较器将编码器的差动输出转换到数字信号，这大大增加了抗噪声干扰能力。编码器输出的第三个信号表示机械零点，可以连接到一个外部中断输入，触发一个计数器复位。图8给出一个计数器操作的实例，显示了计数信号的产生和方向控制。它还显示了当选择了双边沿时，输入抖动是如何被抑制的；这种情况可能会在传感器的位置靠近一

个方向转换点时发生。在这个例子中，我们假定配置如下：z CC1S=’01’(TIMx_CCMR1寄存器，IC1FP1映射到TI1)z CC2S=’01’(TIMx_CCMR2寄存器，IC2FP2映射到TI2) z CC1P=’0’(TIMx_CCER寄存器，IC1FP1不反相，IC1FP1=TI1)z CC2P=’0’(TIMx_CCER 寄存器，IC2FP2不反相，IC2FP2=TI2)z SMS=’011’(TIMx_SMCR寄存器，所有的输入均在上升沿和下降沿有效).z CEN=’1’(TIMx_CR1寄存器，计数器使能)

图8

图8为当IC1FP1极性反相时计数器的操作实例(CC1P=’1’，其他配置与上例相同)

图9

当定时器配置成编码器接口模式时，提供传感器当前位置的信息。如果使用另一个配置在捕获模式的定时器，测量两个编码器事件的间隔，可以获得动态的信息(速度，加速度，减速度)。指示机械零点的编码器输出可被用作此目的。根据两个事件间的间隔，可以按照固定的时间读出计数器值。如果可能的话，你可以把计数器的值锁存到第三个输入捕获寄存器(捕获信号必须是周期的并且可以由另一个定时器产生)。它也可以通过一个由实时时钟产生的DMA请求来读取它的值。