基于STM32的正交编码器接口应用

基于STM32的正交编码器接口应用

本设计应用了ST公司的最新单片机STM32完成。STM32应用的是ARM 32位的

Cortex™-M3 CPU，最高72MHz工作频率，单周期乘法和硬件除法，高速的运行速度，可以保证编码器高转速条件下的高速脉冲依旧能够被准确的计数。多达7个定时器，3个16位定时器，每个定时器有多达4个用于输入捕获/输出比较/PWM或脉冲计数的通道和增量编码器输入。因此只要对MCU进行配置之后，MCU只需要少量的中断程序，就可以方便的完成对编码器的方向和角速度的运算。

STM32单片机工作在3.3V下。拥有内部8M晶振，可以通过锁相环倍频到48M（内部晶振由于稳定度不够，只能倍频到48M）

。

采用标准的JATGE接口进行程序的烧录和调试。

采用一块lm1117-3.3V作为芯片的稳压电源。LM1117为一块LDO（低压差线性稳压器），输入最低为3.3+0.7=4v

用一块LCD5110手机屏作为显示设备，可以显示输出电压以及当前状态。液晶屏参数为72*48，点阵式，使用一个驱动库作为支持，方便开发，工作在3.3V电压下，与单片机相适应。耗电极低，小于1MA，背光耗电为20MA。

采用USB接口与编码器连接，线序定义为V+，A相，B相,GND,正好将USB的所有连线用完，可以同时完成给编码器提供电力以及返回信号的功能。同时MINIUSB接口良好的物理连接特性也保证了应用的稳定性。

由于编码器为NPN集电极输出，所以需要在信号线上提供一定的上拉电阻。

所使用的编码器为远征牌，200线（转一圈输入200个脉冲），AB 两相，最大转速200rad/s,输入电压可以为5到18V（编码器内部带有稳压芯片）。

正交编码器接口详述的所有通用定时器

及高级定时器都集成了正交编码器接口。定时器的两个输入和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。而正交编码器的第三个输出（机械零位），可连接外部中断口来触发定时器的计数器复位。

定时器正交编码器接口框图

图：定时器正交编码器接口

功能描述

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1，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。

应用笔记正交编码器接口

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1列出了所有可能的可能的组合，假设TI1和TI2不同时变换。

表1：计数方向与编码器信号的关系

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。

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