Stm32-使用TB6612驱动电机及编码器测速

起因

最近在学习编码电机以及尝试使用编码电机测速。遇到了很多问题，花费了很多时间，在这里做一个记录，对自己学习到的知识进行一个总结

找了很多资料，看了很多视频，这些太多了，以至于让我不知道究竟哪一个是正确的，今天看这个，明天看这个，导致自己的学习效率低下

当然，有很多大佬的文章和资料给了我很大的启发

这个电机我玩了四天，把自己觉得重要的东西和大家分享一下

现在一般都是用编码器电机，参加比赛啥的，编码电机常用于测速，所以编码电机就成了一个必须学习的知识点

编码器被广泛应用于电机测速，实现电机闭环控制。

相关的知识点有：定时器的输出比较（输出pwm）、定时器的输入捕获，定时器的编码器接口、速度控制

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一、电机及编码器的参数

编码电机其实就是一个带有编码器的电机，我的这个电机是一个增量式的带霍尔传感器的电机

电机的型号是jgb37-520电机

下方是电机的参数
主要关注的就是电机的额定电压 12v
电机的减速比 30（这个很重要）

编码器的参数
主要关注编码器的线数 11线 （也就是说电机转一圈会产生11个脉冲）
供电电压 5v
输出类型 方波

编码器的连接

一般这种编码器都有六根线
两边靠外的两根线是电机电源线
往里两根是编码器的电源线
中间两根是编码器的a,b相

具体大概是啥意思呢？
就是电机转动的时候编码器会通过编码电机的a相和b相输出两个正交的方波

通过输出的两个方波就可以对电机进行测速和识别电机的方向

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二、硬件

整体结构采用洞洞板+tb6612+stm32c8t6+编码电机(起初采用的是这种结构)

后面采用stm32zet6+tb6612+洞洞板+编码电机+12v电源(原因是c8t6烧坏了，哭😥)

主控stm32c8t6 or stm32zet6
电机驱动 tb6612（由于上一个l298n烧了）
520霍尔编码电机
12v电源

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三、接线

这里展示驱动一个编码电机的示例，毕竟先从一个电机玩起，弄懂后后面就会使用的更加得心应手啦

主要使用到了定时器的pwm模式（输出比较）功能

大家一定要认真接线，看清出每根线的作用，不要随便接线，一不小心电机驱动就烧了，或者是单片机烧了（在学习的时候就烧了一个单片机，人民币-15）

注意这个是我实现的接线，大家可以根据自己单片机的片上资源合理选择，选择合适的io口

电机驱动

tb6612	c8t6
stby	高电平(+3.3v)
ain1	pb14
ain2	pb15
pwma	pa8 （tim1-ch1）
ao1	电机电源+
ao2	电机电源-
vm	12v
vcc	3.3v
gnd	和单片机共地

编码器

编码器的a、b相	c8t6
a相	pa0 (tim2-ch1)
b相	pa1 (tim2-ch2)

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四、驱动电机

1、tb6612电机驱动

首先了解一下tb6612

下图是tb6612驱动模块
原理图

stby接高电平 清零电机全部停止
置 1 通过 ain1 ain2， bin1，bin2 引脚来控制正反转
pwm引脚控制占空比
vm： 接 12v 以内电源
vcc： 接 5v 电源
gnd： 接电源负极

下图是驱动逻辑
可以看出in引脚控制正反转，pwm引脚控制速度

2、定时器的pwm模式驱动电机

使用定时器的pwm模式 生成一个需要的 占空比可调的 频率 符合要求的方波信号。

方波信号的频率不宜过高或者过低，过高容易导致电机驱动的晶闸管经常处于开关状态–发热巨大；过低则容易产生噪音，对电机也低频的冲击

这里输出pwm信号的定时器是tim1-ch1

设置成pwm模式，频率和占空比可调

有关定时器pwm模式，可以看其他大佬的文章和资料，看看手册

可以看看江科大的教学视频，比我讲的详细多了，也很好理解

我贴出视频链接，大家学习32的时候可以跟他
tim输出比较，pwm模式

下方的pwm模式的代码作为一个参考

motor.h

#ifndef __motor_h
#define __motor_h
#include "sys.h"	 

#define pwma   tim1->ccr1  //pa8  pwma  tim1_ch1
#define ain2   pbout(15)
#define ain1   pbout(14)

void motor_pwm_init(u16 arr,u16 psc);
void motor_setspeed(u8 mode ,u16 speed);

#endif

motor.c

void motor_init(void)	//in引脚初始化
{
    gpio_inittypedef gpio_initstructure;
    rcc_apb2periphclockcmd(rcc_apb2periph_gpiob, enable); //使能pb端口时钟
    gpio_initstructure.gpio_pin = gpio_pin_14|gpio_pin_15;	//端口配置
    gpio_initstructure.gpio_mode = gpio_mode_out_pp;      //推挽输出
    gpio_initstructure.gpio_speed = gpio_speed_50mhz;     //50m
    gpio_init(gpiob, &gpio_initstructure);				 //根据设定参数初始化gpiob
}
void motor_pwm_init(u16 arr,u16 psc)	//pwm引脚初始化
{
    gpio_inittypedef gpio_initstructure;
    tim_timebaseinittypedef  tim_timebasestructure;
    tim_ocinittypedef  tim_ocinitstructure;

    motor_init();

    rcc_apb2periphclockcmd(rcc_apb2periph_gpioa | rcc_apb2periph_tim1 | rcc_apb2periph_afio,enable);//开启时钟

    //输出tim1 ch1 
    gpio_initstructure.gpio_pin = gpio_pin_8; //tim_ch1 
    gpio_initstructure.gpio_mode = gpio_mode_af_pp;  //复用推挽输出
    gpio_initstructure.gpio_speed = gpio_speed_50mhz;
    gpio_init(gpioa, &gpio_initstructure);

    tim_timebasestructinit(&tim_timebasestructure);//初始化定时器。
    tim_timebasestructure.tim_period = arr; //设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值
    tim_timebasestructure.tim_prescaler =psc; //设置用来作为timx时钟频率除数的预分频值  不分频
    tim_timebasestructure.tim_clockdivision = 0; //设置时钟分割:tdts = tck_tim
    tim_timebasestructure.tim_countermode = tim_countermode_up;  //tim向上计数模式
    tim_timebaseinit(tim1, &tim_timebasestructure); //根据tim_timebaseinitstruct中指定的参数初始化timx的时间基数单位


    tim_ocinitstructure.tim_ocmode = tim_ocmode_pwm1; //选择定时器模式:tim脉冲宽度调制模式1
    tim_ocinitstructure.tim_outputstate = tim_outputstate_enable; //比较输出使能
    tim_ocinitstructure.tim_pulse = 0;                            //设置待装入捕获比较寄存器的脉冲值
    tim_ocinitstructure.tim_ocpolarity = tim_ocpolarity_high;     //输出极性:tim输出比较极性高
    tim_oc1init(tim1, &tim_ocinitstructure);  //根据tim_ocinitstruct中指定的参数初始化外设timx

    tim_ctrlpwmoutputs(tim1,enable);	//moe 主输出使能		高级定时器一定要写这个语句

    tim_arrpreloadconfig(tim1, enable); //使能timx在arr上的预装载寄存器

    tim_cmd(tim1, enable);  //使能tim1
}

void motor_setspeed(u8 mode ,u16 speed)		//mode 代表正反转 speed pwm占空比即速度
{
    pwma = speed;
    if(mode==1)
    {
        ain1 = 1;
        ain2 = 0;
    }
    else {
        ain1 = 0;
        ain2 = 1;
    }
}

五、编码器测速

编码器一般应用于电机控制，使用pwm驱动电机，然后再使用编码器测量速度，再使用pid算法进行闭环控制

记住下面这句话

在一定的时间内，电机转动一圈，通过霍尔传感器的a、b两相输出一定数量的脉冲，我们可以根据一定时间内的脉冲数计算出电机的瞬时速度。

1、定时器的编码器接口模式

采用的是定时器的编码器接口模式，stm32中的定时器只有tim1-5和tim8才有编码器接口功能，而且只有ch1通道和ch2通道有用。

2、定时器编码器模式测速的原理

原理：接收编码器的a、b相产生的正交信号，根据编码器产生的正交信号脉冲，自动控制cnt自增或自减，根据计数方向和编码器的信号关系来指示编码器的位置、旋转方向和旋转速度，利用脉冲值来计算电机的转动位移

这个可以参考手册里定时器的编码器模式，比我讲的清楚多了
定时器的编码器接口托管了输入捕获的前两个接口

还有一句话记住，编码器模式下就相当于一个带有方向选择的外部时钟

3、编码器模式的配置

具体配置流程就是

时钟–>gpio–>时基单元配置–>编码器接口配置–>开启定时器–>读取一个时间段内的脉冲–>计算电机旋转轴转速

使用这个函数把定时器设置为编码器接口模式

tim_encoderinterfaceconfig(tim3, tim_encodermode_ti12, tim_icpolarity_rising, tim_icpolarity_rising);

采用的是编码器模式3，在ti1和ti2边沿都计数，也就是在一个周期内对a相和b相的上升沿下降沿都计数，一个周期内计4次，所以采用这种模式后,相应的计数值（cnt）就会变成4倍，这就是很多资料里说的四倍频计数。

4、编码器模式相关代码

采用的是定时器2的编码器接口模式，通道1和通道2捕获
encoder.c

/**
 * @brief 把tim2初始化为编码器接口模式
 * @param psc 预分频系数
 * @param arr 自动重装载值
 * @retval none
 */
void encoder_init_tim2(uint16_t psc,uint16_t arr)	
{
    tim_timebaseinittypedef tim_timebasestructure;
    tim_icinittypedef tim_icinitstructure;
    gpio_inittypedef gpio_initstructure;
    //nvic_inittypedef  nvic_initstructure;



    //使能定时器2的时钟
    rcc_apb1periphclockcmd(rcc_apb1periph_tim2, enable);
    //使能pb端口时钟
    rcc_apb2periphclockcmd(rcc_apb2periph_gpioa, enable);



    //端口配置
    gpio_initstructure.gpio_pin = gpio_pin_0|gpio_pin_1;
    //浮空输入
    gpio_initstructure.gpio_mode = gpio_mode_in_floating;
    //根据设定参数初始化gpiob
    gpio_init(gpioa, &gpio_initstructure);



    tim_timebasestructinit(&tim_timebasestructure);
    // 预分频器
    tim_timebasestructure.tim_prescaler = psc;
    //设定计数器自动重装值
    tim_timebasestructure.tim_period = arr;
    //选择时钟分频：不分频
    tim_timebasestructure.tim_clockdivision = tim_ckd_div1;
    //tim向上计数
    tim_timebasestructure.tim_countermode = tim_countermode_up;
    tim_timebaseinit(tim2, &tim_timebasestructure);



    //使用编码器模式3
    tim_encoderinterfaceconfig(tim2, \
                               tim_encodermode_ti12, \
                               tim_icpolarity_rising, \
                               tim_icpolarity_rising);
    tim_icstructinit(&tim_icinitstructure);
    tim_icinitstructure.tim_icfilter = 10;
    tim_icinit(tim2, &tim_icinitstructure);



    //清除tim的更新标志位
    tim_clearflag(tim2, tim_flag_update);
    tim_itconfig(tim2, tim_it_update, enable);

    //reset counter
    tim_setcounter(tim2,0);
    tim_cmd(tim2, enable);
}

/**
 * @brief 单位时间读取编码器计数
 * @param timx 定时器
 * @retval 速度值	是编码器返回的脉冲
 */
int read_encoder()
{
    	int encoder_tim;
        encoder_tim= (short)tim2 -> cnt;
        //encoder_tim= (int)((int16_t)(tim4->cnt));;
        tim2 -> cnt=0;
   	    return encoder_tim;
}

encoder.h

#ifndef __encoder_h
#define __encoder_h


#include "sys.h"
	 
void encoder_init_tim2(uint16_t psc,uint16_t arr);
int read_encoder();


#endif

5、测速方法

在一个时间周期t0内，定时的读取编码器产生的脉冲，以我的编码器为例（11线，减速比30），转一圈会产生1320个脉冲（因为采用的是编码模式3）
这个1320 = 11 * 30 * 4

通过在固定的周期t0内，产生的脉冲就相当于路程，而这个固定的周期就相当于时间

所以速度就等于 在t0这段时间获取到的脉冲总数/（编码器单圈产生的总脉冲数*t0）

对于我的电机就是

六、相关问题以及解答

在看了前面之后，应该对编码器模式和编码器测速有了一个大概的认识，知道了它测速的原理，但肯定有好多疑问，我把我学习过程中遇到的问题和解决方法做一个总结，你肯定也有这些疑问，不要着急，看下去。

1、编码器模式下的自动重装值arr和预分频psc应该如何设置

所以我们应该如何设置？

psc呢？ psc没有必要设置，因为我要计数的本来就是电机转动一圈产生的真实脉冲，所以psc给0就好啦

arr呢？ 目前在各种论坛和博客和资料中有两种版本。

第一种，根据电机的线数和减速比来设置，比如我的电机是11线，减速比30，转动一圈的脉冲数是1320，这个值就可以设置为1320。

产生的脉冲数恰好是你定时器溢出的时候，溢出一次记录一次，这个的次数就是电机的圈数（当然这种误差很大）

也就是说电机转一圈正好是1320，当cnt计数到arr时，计数器就会清零并且重新计数，所以这个arr就是电机转一圈产生的脉冲数的最大值。

第二种,直接设置成定时器arr的最大值，也就是65535（2^16-1）,这样设置的目的就是无论你电机产生多少脉冲，都可以记录，且不会溢出。

不过使用65535的话，就要在最开始的时候初始化编码器模式提前把cnt清零，然后再开始计数。再在一个周期内定时读取脉冲数，再清零，这个脉冲也是周期内读取到的脉冲值。

电机旋转一圈能产生脉冲，那么我们就能记录一段时间产生的脉冲数来计算速度

2、如何判断正反转

可以通过判断cr1寄存器中的dir位，这个位是计数方向位

正转就是cnt向上计数（dir==0）

反转就是cnt向下计数（dir==1）

3、圈数如何计算

就是上方说的，把arr设置为电机旋转一周产生的脉冲数

电机转一圈，cnt达到arr，溢出，进中断，设置一个变量++（正转），–（反转）

4、转速如何计算

规定某个某个时钟周期内，读取有多少脉冲，从而计算转速

这里采用的是m法测速，测出的是电机是多少转/s

脉冲相当于路程，某个时钟周期相当于时间

这个上方有描述，可以往上翻翻

5、为什么我的编码器没有输出，获取到的脉冲数是0

检查一下接线，从硬件开始，一步一步排查，对应的引脚是否正确

检查电源，编码器的电源是否打开，相应的pwm波是否有效

硬件确认没有错误，检查软件，编码器接口是否打开,pwm模式是否输出，电机in引脚是否配置

七、测速硬件展示及测速现象

硬件展示

测速展示
可以看到当转速为1的时候，产生的脉冲是66-68，而我设置的闸门时间是50ms,结合电机转一圈是1320个脉冲，也就是说测量的脉冲数几乎正确。

（66*2=132） 和编码器的线数完全吻合，测速成功！！！

八、总结

这个编码器花费了我几乎四天的时间，也可能是自己比较小白，不懂得如何通过电机转一圈产生的脉冲数来计算速度，第一天就实现了读取脉冲

但是后面几天执着于测速，没有采取正确的方法，导致自己无线内耗，浪费了大量时间。

由于网上资料繁杂，找不到自己想要的，浪费了很多时间，很多只是一笔带过，没有系统的讲解原理和方法，我也不知道自己这篇文章是否正解

所以将这个学习总结分享给大家

当然，这都是在借鉴了前人的肩膀下，谢谢各位大佬和优秀的文章，我会在下方贴出自己觉得值得一看大佬们的链接，大家可以一看

欢迎大家指错，看到了就会修改，大家一起共同进步。

九、大家可以参考

参考链接1

带霍尔传感器编码器的直流减速电机测速原理讲解（附源码）-openedv-开源电子网

参考链接2

编码器分类及原理和测速应用（含代码） - 古月居

参考链接3

stm32平衡小车(2)-----编码器电机驱动

参考链接4

带编码器的直流减速电机——基于stm32f407_编码器直流减速电机磁极数目_谁还不是个程序猿的博客

谢谢各位大佬的文章，让我受益匪浅，站在前人的肩膀下才能看的更远