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模块学习（一）——编码电机

2023-05-16 
想实现对电机的测速，因此开始接触编码电机。此次采用的是RS365编码器电机。

一、编码电机的初步了解

通过编码电机可以测出速度。常见一般编码电机分成两种，一是光电编码器，另一个是霍尔编码器。有六个接口，两个是电机的正负极，两个是编码器的正负极，还有两个是A,B相。

倍频的概念：如果只采集A/B相的上升/下降沿，即一倍频。若采集A/B的上升和下降沿，即二倍频，最多可以达到四倍频。这样测出来的速度是非常精确的。
在这里插入图片描述

具体直观了解可由上图可见。

在这里插入图片描述

以上是此次采用的编码电机的各个参数。所以可以得知，减速电机转动一周，可以产生30390个脉冲。若采用四倍频，则可以产生430*390个脉冲，可以大大提高精确度。

软件测量方面，可以采用外部中断捕获上升沿或者下降沿来实现测速。

二、如何测量一定时间内的脉冲

这就要用到TIM的输入捕获功能了，正好之前学习TIM的时候，仅仅涉及到普通PWM波的输出，今天顺便一起学习一下TIMA的输入捕获功能。

1.TIMA

根据手册可知TIMA具有7个输入捕获通道，并且具有广泛的中断功能。

在这里插入图片描述
由上图可初步了解定时器A的工作框图。

具体配置方法如下，这个配置方法之中，参阅了许多资料，最后还是只能靠自己一点点啃数据手册，如有不完善，还希望各位一起交流。

第一步：配置IO口

GPIO_setAsPeripheralModuleFunctionInputPin(GPIO_PORT_P1,GPIO_PIN2);//配置为外围输入

配置P2.0为外设输出

第二步：连续模式初始化

 //Start timer in continuous mode sourced by SMCLK
   Timer_A_initContinuousModeParam initContParam = {0};//定义连续模式初始化结构体
   initContParam.clockSource = TIMER_A_CLOCKSOURCE_SMCLK;//确定时钟源SMCLK
   initContParam.clockSourceDivider = TIMER_A_CLOCKSOURCE_DIVIDER_1;//不分频
   initContParam.timerInterruptEnable_TAIE = TIMER_A_TAIE_INTERRUPT_DISABLE;//禁用Tim A中断
   initContParam.timerClear = TIMER_A_DO_CLEAR;//重置计数方向等.....
   initContParam.startTimer = false;//先不开启计数器
   Timer_A_initContinuousMode(TIMER_A0_BASE, &initContParam);

第三步：清除比较模式中断

//清楚比较模式中断（初始化比较模式）
   Timer_A_clearCaptureCompareInterrupt(TIMER_A0_BASE,
       TIMER_A_CAPTURECOMPARE_REGISTER_1
       );

第四步：捕获模式初始化

Timer_A_initCaptureModeParam initCapParam = {0};//定义比较模式初始化结构体
   initCapParam.captureRegister = TIMER_A_CAPTURECOMPARE_REGISTER_1;//选择TIM_A0的捕获比较通道1
   initCapParam.captureMode = TIMER_A_CAPTUREMODE_RISING_EDGE;//捕获上升沿
   initCapParam.captureInputSelect = TIMER_A_CAPTURE_INPUTSELECT_CCIxA;//确定输入选择为CCIxA（这个不知道怎么看怎么确定）
   initCapParam.synchronizeCaptureSource = TIMER_A_CAPTURE_SYNCHRONOUS;//与时钟同步
   initCapParam.captureInterruptEnable = TIMER_A_CAPTURECOMPARE_INTERRUPT_ENABLE;//使能捕获中断
   Timer_A_initCaptureMode(TIMER_A0_BASE, &initCapParam);

第五步：开始计时，打开全局中断

Timer_A_startCounter( TIMER_A0_BASE,//开启计时
           TIMER_A_CONTINUOUS_MODE
               );

   //Enter LPM0, enable interrupts开启全局中断
   __bis_SR_register(LPM0_bits + GIE);

   //For debugger
   __no_operation();

第六步：中断服务函数

在main.c中，写上输入捕获的中断服务函数

#pragma vector = TIMER0_A1_VECTOR//定时器中断
__interrupt void Timer_A(void)//生命一个函数为中断函数
{
  static int CNT = -1;
  CNT++;
  switch(__even_in_range(TA0IV,14))//中断标志位——对应捕获通道
  {
    case 2 ://如果是CCR1产生的中断
    GPIO_setOutputHighOnPin(GPIO_PORT_P4,GPIO_PIN7);
    if(CNT % 2 == 0)//记录第一次的上升沿Counter计数值
    {
        edge_count1 = Timer_A_getCaptureCompareCount(TIMER_A0_BASE,TIMER_A_CAPTURECOMPARE_REGISTER_1);//将此时的上升沿计数值存入变量

    }
    else if(CNT % 2 == 1)//检测到下降沿触发
    {
        edge_count2 = Timer_A_getCaptureCompareCount(TIMER_A0_BASE,TIMER_A_CAPTURECOMPARE_REGISTER_1);//将此时的下降沿计数值存入变量
    }
    PWM_Frequency  = (unsigned int)(1000000/(abs(edge_count1 - edge_count2) * 0.948));
    break;
    case 4 : break;
    case 10: break;
    case 14:break;//此时发生计数器溢出
    default: break;
  }
}

中断服务函数中这种编写方式，对于低频50HZ，100HZ是比较准确的。

看效果图
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

问题：

一旦频率上升超过1Khz，就不准确了。对于此时才用的是MCLK时钟，频率为1.054Mhz，也就是说CNT计数器每次+1，对应的时间是0.948us，按理来说，可测量频率范围应该在0-1.054Mhz之间，而实际可测频率仅有几百HZ，这是为什么呢？？

采用一下测量方法，效果依然不好，这是为啥啊啊啊啊啊
下面这部分进行了10倍分频…因此是105400

#pragma vector = TIMER0_A1_VECTOR//定时器中断
__interrupt void Timer_A(void)//生命一个函数为中断函数
{
  static int CNT = -1;
  CNT++;
  switch(__even_in_range(TA0IV,14))//中断标志位——对应捕获通道
  {
    case 2 ://如果是CCR1产生的中断
        PWM_Frequency = 105400/Timer_A_getCounterValue(TIMER_A0_BASE);
        Timer_A_clear(TIMER_A0_BASE);
        break;
    case 4 : break;
    case 10: break;
    case 14:break;//此时发生计数器溢出
    default: break;
  }
}

等我解决后再来继续补充！如果各位大佬有解决办法，也麻烦留言评论一下，谢谢！

问题在昨日晚八点解决！但是具体原因我还是不太清楚为啥。在那之后，我将主频升到16MHZ之后，发现对于频率的测量可以精准到1KHZ误差之内，再改进一下算法，现在误差只有十几赫兹了，代码如下。

基本配置

 GPIO_setAsPeripheralModuleFunctionInputPin(GPIO_PORT_P1,GPIO_PIN2);//配置为外围输入

    //Start timer in continuous mode sourced by SMCLK
   Timer_A_initContinuousModeParam initContParam = {0};//定义连续模式初始化结构体
   initContParam.clockSource = TIMER_A_CLOCKSOURCE_SMCLK;//确定时钟源SMCLK
   initContParam.clockSourceDivider = TIMER_A_CLOCKSOURCE_DIVIDER_10;//不分频
   initContParam.timerInterruptEnable_TAIE = TIMER_A_TAIE_INTERRUPT_DISABLE;//禁用Tim A中断
   initContParam.timerClear = TIMER_A_DO_CLEAR;//重置计数方向等.....
   initContParam.startTimer = false;//先不开启计数器
   Timer_A_initContinuousMode(TIMER_A0_BASE, &initContParam);

   //清除比较模式中断（初始化比较模式）
   Timer_A_clearCaptureCompareInterrupt(TIMER_A0_BASE,
       TIMER_A_CAPTURECOMPARE_REGISTER_1
       );

   Timer_A_initCaptureModeParam initCapParam = {0};//定义比较模式初始化结构体
   initCapParam.captureRegister = TIMER_A_CAPTURECOMPARE_REGISTER_1;//选择TIM_A0的捕获比较通道1
   initCapParam.captureMode = TIMER_A_CAPTUREMODE_FALLING_EDGE;//捕获上升沿
   initCapParam.captureInputSelect = TIMER_A_CAPTURE_INPUTSELECT_CCIxA;//确定输入选择为CCIxA（这个不知道怎么看怎么确定）
   initCapParam.synchronizeCaptureSource = TIMER_A_CAPTURE_SYNCHRONOUS;//与时钟同步
   initCapParam.captureInterruptEnable = TIMER_A_CAPTURECOMPARE_INTERRUPT_ENABLE;//使能捕获中断
   Timer_A_initCaptureMode(TIMER_A0_BASE, &initCapParam);

   Timer_A_startCounter( TIMER_A0_BASE,//开启计时
           TIMER_A_CONTINUOUS_MODE
               );

   //Enter LPM0, enable interrupts开启全局中断
   __bis_SR_register(LPM0_bits + GIE);

   //For debugger
   __no_operation();

中断服务函数

#pragma vector = TIMER0_A1_VECTOR//定时器中断
__interrupt void Timer_A(void)//生命一个函数为中断函数
{
  static unsigned int CNT = 0;

  switch(__even_in_range(TA0IV,14))//中断标志位——对应捕获通道
  {
    case 2 ://如果是CCR1产生的中断
        if(CNT % 2 == 0)//记录第一次的上升沿Counter计数值
        {
//            edge_count1 = Timer_A_getCounterValue(TIMER_A0_BASE);//将此时的上升沿计数值存入变量
            edge_count1 = Timer_A_getCaptureCompareCount(TIMER_A0_BASE,TIMER_A_CAPTURECOMPARE_REGISTER_1);
        }
        else if(CNT % 2 == 1)//记录第二次上升沿Counter计数值
        {
            edge_count2 = Timer_A_getCaptureCompareCount(TIMER_A0_BASE,TIMER_A_CAPTURECOMPARE_REGISTER_1);//将此时的下降沿计数值存入变量
            Timer_A_clear(TIMER_A0_BASE);
        }
        PWM_Frequency  = (unsigned int)(1600000/(float)(abs(edge_count1 - edge_count2)));
        //PWM_Frequency = 1600000/Timer_A_getCounterValue(TIMER_A0_BASE);
        //Timer_A_clear(TIMER_A0_BASE);
        break;
    case 4 : break;
    case 10: break;
    case 14:break;//此时发生计数器溢出
    default: break;
  }
  CNT++;

  // Enable global interrupt
  _BIC_SR_IRQ(LPM0_bits);
}

尤其注意中断服务函数中的最后一句话，作用大概是是能全局中断的同时退出低功耗模式，如果缺少这句话，会使得你的代码一直在跑中断函数，而无法跑主函数！别问我为啥知道，我试了一整个上午才解决！！！望各位避坑！

接下来就是进行测速了！

unsigned int V_detect(unsigned int FRQ)
{
    //我们测出的频率就是单位时间内的脉冲数
    //对应该编码电机轮子一圈产生4.5 * 12 = 54个脉冲
    //轮子半径 32.5mm
    unsigned int speed = 0;
    float circle = 3.141*2*0.0325;
    speed = (unsigned int)(((float)FRQ/54)*circle);

    return speed;
}

这样测速就完成啦！

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