基于CW32的有刷直流電機(jī)控制實驗二：編碼器模式

1.1編碼器概述

編碼器是一種將角位移或者角速度轉(zhuǎn)換成一連串電數(shù)字脈沖的旋轉(zhuǎn)式傳感器，我們可以通過編碼器測量到底位或者速度信息。編碼器從輸出數(shù)據(jù)類型上分，可以分為增量式編碼器和絕對式編碼器。從編碼器檢測原理上來分，還可以分為光學(xué)式、磁式、感應(yīng)式、電容式。我們做小車應(yīng)用的編碼器都屬于增量式AB相編碼器。

1.2正交AB相編碼器原理

• 霍爾編碼器是一種通過磁電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。由霍爾碼盤和霍爾元件組成。
• 霍爾碼盤是在一定直徑的圓板上等分地布置有不同的磁極。
• 碼盤與電動機(jī)同軸，電動機(jī)旋轉(zhuǎn)時，霍爾元件檢測輸出若干脈沖信號，為判斷轉(zhuǎn)向，一般輸出兩組 存在一定相位差的方波信號。

1.3軟件四倍頻

CW32自帶編碼器接口，可以直接使用定時器通道進(jìn)行硬件計數(shù)。因為編碼器輸出的是標(biāo)準(zhǔn)的方波序列，各種單片機(jī)都能很方便的讀取。

而沒有編碼器接口的單片機(jī)如 51 、 Arduino，可以通過外部中斷讀取，將編碼器 A 相接到單片機(jī)的外部中斷輸入口，通過跳變沿觸發(fā)中斷，然后在對應(yīng)的外部中斷服務(wù)函數(shù)中，通過 B 相的電平高低判斷 旋轉(zhuǎn)方向。

四倍頻的方法是同時測量A相和B相的上升沿和下降沿全部計數(shù)。大幅度提高了采樣的精度。

1.4編碼器測速思路

1.4.1 M法

M 法是指在一定的時間周期 Tc 內(nèi)，測量編碼器輸出的脈沖個數(shù) M1來計算轉(zhuǎn)速。用個數(shù)除以時間就可以得到編碼器輸出脈沖的頻率，因此 M 法也稱為頻率法，f1=M1/Tc。我們可以使用 CW32 的定時器定時 10ms 的中斷，每過 10ms 就將編碼器的計數(shù)值取出計算轉(zhuǎn)速。

由于編碼器轉(zhuǎn)一圈只能輸出固定個數(shù)的脈沖，因此 M 法的最大誤差也為 1 個脈沖，經(jīng)過程序計算后會發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速會以固定大小變化，這種方法適合高速場景下的測量，對于低速的情況，M 法存在較大的誤差。

1.4.2 T法

T 法是測量編碼器兩個脈沖之間的時間間隔來計算轉(zhuǎn)速，也被稱為周期法。實際使用中通過一個高頻時鐘脈沖的個數(shù) M2 來計算編碼器兩個脈沖之間的時間間隔。

在低速下，T 法可以在兩個編碼器脈沖輸出之間采到更多的高頻時鐘脈沖，而在高速下采到的脈沖更少，所以 T 法更適用于低速的場景。

1.5編碼電機(jī)接線說明

如下圖所示，常見的直流編碼電機(jī)雖然形狀不同，但是基本都是提供6PIN的接 口。而直流電機(jī)本身是只用接兩根線的。圖示電機(jī)插口最外側(cè)兩根線1/6號線，其實是跟電機(jī)引腳焊在一起的如圖示的紅白線。電機(jī)線 M1 M2 有的廠家標(biāo)的是 M+ M- 但是其實沒有絕對的正負(fù)關(guān)系。而中間的四根引線都是編碼測速電路的接線，跟直流電機(jī)本身沒關(guān)系，分別是VCC、A、B、GND

審核編輯 黃宇