利用非對稱PWM模式體驗(yàn)編碼器功能

通常在STM32芯片的通用TIMER或高級TIMER都帶編碼器功能，支持基于1路或2路輸入的編碼脈沖計(jì)數(shù)。我們一般外接正交編碼器，使用2路輸入。TIMER硬件基于2路輸入的相差特征來確定計(jì)數(shù)方向并依據(jù)方向?qū)τ?jì)數(shù)器做遞增或遞減操作。

正交編碼器一般使用5根線連接，分別為A、B、 Z信號線及VCC和GND電源線。其中，A、B兩路是存在相差的同頻信號。Z信號即零點(diǎn)信號，當(dāng)編碼器旋轉(zhuǎn)到某位置時，它會發(fā)出一個脈沖表示約定的零位。VCC、GND分別是電源線和地線。至于編碼器線數(shù)，是指旋轉(zhuǎn)一圈A(B)端會輸出的脈沖個數(shù) ，二者轉(zhuǎn)一圈所發(fā)出的脈沖數(shù)相同,但存在90°相差。編碼器的線數(shù)越高代表其能夠反應(yīng)的位置精度越高。

關(guān)于STM32片內(nèi)TIMER編碼器接口的工作原理，這里就不介紹了。更多細(xì)節(jié)請參考STM32的相應(yīng)系列的參考手冊。這里想重點(diǎn)分享的是，如果手頭沒有正交編碼器實(shí)物，如何來驗(yàn)證或體驗(yàn)TIMER的編碼器接口功能呢？

其實(shí)，TIMER編碼器處理單元就是對外來的兩路同頻但輸出具有前后時序差的脈沖信號進(jìn)行方向辨認(rèn)后做TIMER計(jì)數(shù)器的遞增或遞減計(jì)數(shù)。既然手頭沒有編碼器實(shí)物，我們何不利用STM32片內(nèi)的TIEMR產(chǎn)生2路帶相差的同頻信號，再接到另一個支持編碼器接口的TIMER不就OK了嗎？

當(dāng)然，使用STM32的TIMER產(chǎn)生2路帶相差的同頻信號，有多種方法。比方通過2個定時器主從級聯(lián)、單個定時器使用OC toggle模式加以DMA輔助、利用非對稱PWM輸出模式來實(shí)現(xiàn)。

其中，前2種方法在STM32芯片里通用性好，每個STM32系列都支持。而非對稱PWM輸出模式雖然可以非常方便地實(shí)現(xiàn)帶相差的同頻輸出信號，但不是所有STM32系列支持。當(dāng)然，不支持的主要是ST推出得比較早的STM32系列，比方STM32F1STM32F2STM32F4這些老舊的系列，后來推出的STM32系列，比方STM32L4,STM32G4,STM32C0、STM32U5、STM32F7、STM32H7、STM32H5等都支持非對稱PWM輸出模式。

我這里采用非對稱PWM輸出模式并使用STM32L4開發(fā)板來演示實(shí)現(xiàn)過程。先用TIM1結(jié)合非對稱PWM輸出模式輸出2路帶相差的同頻信號，然后連接到TIM2的編碼器接口。另外，我還用了個按鍵【接到PC13】動態(tài)調(diào)整TIM1兩路輸出相差的前后關(guān)系，以觀察TIM2計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)變化情況，即遞增還是遞減計(jì)數(shù)。

我先配置TIM1的CH1/CH2，實(shí)現(xiàn)2路帶相差的PWM輸出。

基于CubeMx配置后生成初始化工程，添加2行上圖中的代碼就可以輸出了。

我這里使用ARM MDK IDE自帶的邏輯分析儀就可以看到下面波形。2路波形分別從GPIOA_PIN8/GPIOA_PIN9輸出。

然后我將這兩路輸出分別連接到TIM2的編碼器接口腳【GPIOA_PIN0、GPIOA_PIN1】。

我把有關(guān)TIM2編碼器應(yīng)用的CubeMx配置也截圖出來供參考?！酒渲蠥RR可按需調(diào)整，為了便于查看效果，后來我將其改為1000了。這點(diǎn)不影響功能演示?！浚?/p>

然后，添加啟動TIMER編碼器功能的API函數(shù)?！続PI函數(shù)里啟動了2個通道的輸入捕獲中斷，我這里只保留通道1的而關(guān)閉了通道2的。即每次在TIM2通道1的捕獲中斷里讀取其計(jì)數(shù)器的值。】

編譯、除錯后運(yùn)行，即可在IDE的邏輯分析儀上看到下面的結(jié)果。其中CNT_value就是TIM2的計(jì)數(shù)器動態(tài)值。目前看到的是TIM2的編碼器接口針對當(dāng)前2路輸入信號進(jìn)行周期計(jì)數(shù)。綠色和紫色是上面提到過的兩路輸入信號【因顯示分辨率的關(guān)系下面相關(guān)圖形變成單色方塊了】。

當(dāng)然，我們可以通過按鍵來調(diào)整TIM1兩路輸出信號的相差時序，進(jìn)而改變TIM2編碼器計(jì)數(shù)的方向。不難看出下圖中3個圓圈的地方就是切換計(jì)數(shù)方向的位置。

我們還可以調(diào)整TIM1的參數(shù)改變輸出給TIM2的信號頻率。整個過程就是利用TIMER的非對稱PWM輸出模式構(gòu)造2路帶相差的編碼器信號，從而讓TIMER的編碼器接口電路實(shí)現(xiàn)對外部編碼輸入信號的計(jì)數(shù)。實(shí)現(xiàn)這些基本功能之后，可以進(jìn)一步研究應(yīng)用中可能涉及的各種測量功能。

聊到這里，可能有人對上面邏輯分析儀的配置感興趣。

這里的CNT_value連續(xù)記錄TIM2計(jì)數(shù)器的值，這里為Analog量。

Level_PA8記錄GPIOA_PIN8的電平情況，1或0兩個值之一，為Bit量。

Level_PA9跟Level_PA8是完全相同的數(shù)據(jù)類型，不過顯示的是GPIOA_PIN9的電平。顯然，邏輯分析儀配置里關(guān)于Level_PA9的顯示算式的屏蔽數(shù)應(yīng)該是0x00000200,右移位為9。我目前是在SYSTICK的毫秒中斷里讀取GPIOA->IDR的值即管腳電平到變量Level_PA8和Level_PA9的。

審核編輯：劉清