带霍尔编码器的 STM32F407 定时器

Question

鉴于我对 STM32 的了解，我有点不确定解决该问题的最佳方法是什么。我想用每转 6400 rising/falling 个边缘的集成霍尔编码器测量电机的速度和位置，分为两个通道（一个 CH 提供 3200 rising/falling 个边缘）。

最好的方法是什么？

问题是...我有 4 个电机要测量。我考虑了很多选择，但我想要一个只在位置数据已知时产生中断的选项（基本上，所以我不会在每个脉冲时增加自己的位置变量，而是让计时器为我做）。

据我所知，一些计时器支持一种称为 "Encoder mode" 的模式。我不知道有关此模式的详细信息，但我希望（如果可能的话）能够在固定的时间内（比如大约 20 毫秒）计算我的速度。在编码器模式下，是否有可能使用一个计时器来了解 rising/falling 边沿计数（我猜这将在 CNT 寄存器中）并让它每 20 毫秒触发一次中断，所以我可以将 CNT 寄存器除以 20ms 以获得 ISR 内的 count/sec 速度？

我的另一个选择是用输入捕捉直接模式计数，每个定时器有两个通道（每个电机一个），还有另一个定时器，固定周期为 20 毫秒，并计算 4 个的所有速度电机在那里。但是它需要5个定时器...

如果还有其他问题，DMA 是否可以帮助将其保持为 4 个定时器？例如，我们可以用 DMA 计数吗？

谢谢！

Answer 1

一个计时器可以计算一种类型的事件

它可以依靠某些外部信号（例如您的传感器）或时钟信号来计数，但不能同时依靠它们。如果你想每 20 毫秒做一些事情，你需要 一些东西 依靠稳定的时钟源。

DMA 当然可以计算它正在执行的传输，但是要让它每 20 毫秒执行一次操作，它必须以固定的时间间隔被某些东西触发。

因此，您需要第五个计时器。

幸运的是，有很多计时器可供选择

另外 10 个计时器

F407有14个硬件定时器。您不想使用超过 4 个，我假设其中 10 个在您的应用程序的其他地方使用。检查它们的使用情况。也许有一个依靠合适的时钟频率，并且可以生成频率适合编码器采样的中断。

SysTick 计时器

Cortex-M 内核有一个名为 SysTick 的内部定时器。许多应用程序使用它每 1ms 产生一次中断，用于计时和其他周期性任务。如果是这种情况，您可以在每 20 个 SysTick 中断中读取编码器值 - 这具有不需要额外中断 entry/exit 开销的优点。否则你可以直接设置它每20ms产生一个中断。请注意，您不会在参考手册中找到 SysTick，它记录在 STM32F4 程序员手册中。

实时时钟

RTC具有周期性自动唤醒功能，每20ms产生一次中断。

UART

除非你使用所有 6 个 UART，否则你可以将其中一个设置为非常慢的波特率，如 1000 波特，并继续传输虚拟数据（你不必为其分配物理引脚）。以 1000 波特、8 位、一个起始位和一个停止位进行传输，每 10 毫秒产生一次中断。（它不会让你降低到 500 波特，除非你的 APB 频率低于允许的最大值）

Answer 2

定时器 1 和 8（高级控制定时器 - 16 位）和定时器 2 至 5（通用定时器 - 16/32 位）支持 STM32F407 上的编码器接口模式。定时器 9 到 14（也是通用的）不支持正交编码输入。

重要的是，在此模式下，计时器作为 计数器 而不是计时器运行。正交输入允许 up/down 根据方向计数，因此它将提供 相对位置 .

请注意，如果您的电机只会沿一个方向行驶，则不需要编码器模式，您可以简单地从单个通道为定时器计时，尽管这会显着降低分辨率，因此低速时的精度可能会受苦。

要确定速度，您需要计算相对位置的变化 时间。

所有 ARM Cortex-M 设备都有一个 SYSTICK 定时器，它会产生一个周期性的中断。你可以用它来计算时间。

那么你有两种可能：

定期读取编码器计数器，计数的变化与速度成正比（因为时间的变化是常数），
不定期读取编码器并计算位置变化超过时间变化

编码器接口模式的重载值是可配置的，对于这个应用程序（速度而不是位置），您应该将其设置为最大值（0xffff 或 0xffffffff），因为它使算法更简单，因为您不会处理环绕（只要它在读取之间不环绕两次）。

对于非周期性方法，假设您在 32 位模式下使用定时器 2 到 5，以下伪代码将生成以 RPM 为单位的速度，例如：

int speedRPM_Aperiodic( int timer_id )
{
    int rpm = 0 ;

    static struct
    {
        uint32_t count ;
        uint32_t time ;
    } previous[] = {{0,0},{0,0},{0,0},{0,0}} ;

    if( timer_id < sizeof(previous) / sizeof(*previous) )
    {
        uint32_t current_count = getEncoderCount( timer_id ) ;
        int delta_count = previous[timer_id].count - current_count ;
        previous[timer_id].count = current_count ;

        uint32_t current_time = getTick() ;
        int delta_time = previous[timer_id].time - current_time ;
        previous[timer_id].time = current_time ;

        rpm = (TICKS_PER_MINUTE * delta_count) / 
              (delta_time * COUNTS_PER_REVOLUTION) ;
    }

    return rpm ;
}

该函数需要足够频繁地调用，以确保计数不会循环多次，并且调用速度不能太快以至于计数太小而无法进行准确测量。

这可以适用于周期性方法，其中 delta_time 是固定的并且非常准确（例如来自定时器中断或定时器处理程序）：

int speedRPM_Periodic( int timer_id )
{
    int rpm = 0 ;

    uint32_t previous_count[] = {0,0,0,0} ;

    if( timer_id < sizeof(previous_count) / sizeof(*previous_count) )
    {
        uint32_t current_count = getEncoderCount( timer_id ) ;
        int delta_count = previous[timer_id].count - current_count ;
        previous_count[timer_id] = current_count ;

        rpm = (TICKS_PER_MINUTE * delta_count) / 
              (SPEED_UPDATE_TICKS * COUNTS_PER_REVOLUTION) ;
    }

    return rpm ;
}

此函数必须每隔 SPEED_UPDATE_TICKS.

调用一次

非周期方法可能更容易实现，并且适用于您想要了解经过一段时间内的平均速度的应用程序。适用于更新速度相对较慢的人类可读显示器。

周期性方法更适合速度控制 应用，在这些应用中您使用反馈环路来控制电机速度。如果反馈时间不恒定，您将无法控制。

当然可以定期调用非周期函数，但在增量时间是确定性的情况下会产生不必要的开销。

带霍尔编码器的 STM32F407 定时器

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