Renesas R7FA8D1BH (Cortex®-M85) 上光电编码器测速功能

目录

概述

1 软硬件

1.1 软硬件环境信息

1.2 开发板信息

1.3 调试器信息

2 硬件架构

2.1 硬件框架结构

2.2 测速功能原理介绍

2.2.1 理论描述

2.2.2 实现原理

2.2.3 系统硬件结构

3 软件实现

3.1 FSP配置项目

3.2 代码实现

3.2.1 初始化函数

3.2.2 功能函数

3.3 源代码

4 系统测试

4.1 编译代码

4.2 测试

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源代码下载地址：

https://www.firebbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=37943&extra=page%3D1

概述

本文主要介绍Renesas R7FA8D1BH (Cortex®-M85) 上光电编码器测速功能，笔者介绍了测速功能的实现原理，FSP配置MCU资源的方法，还编写系统的软件代码，实现测速的功能。

1 软硬件

1.1 软硬件环境信息

软硬件信息	版本信息
Renesas MCU	R7FA8D1BH
Keil	MDK ARM 5.38
FSP 版本	5.3.0
调试工具：N32G45XVL-STB	DAP-LINK

1.2 开发板信息

笔者选择使用野火耀阳开发板_瑞萨RA8，该板块的主控MCU为R7FA8D1BHECBD，7FA8D1BHECBD的内核为ARM Contex-M85。

1.3 调试器信息

对于R7FA8D1BHECBD芯片，其使用的内核为Cortex®-M85 Core, ST-LINK-V2或者J-LINK-V9不支持下载和调试功能。笔者经过多次尝试，发现N32G45XVL-STB板卡上自带的DAP-LINK可以下载和调试R7FA8D1BHECBD。

下图为N32G45XVL-STB开发板实物图：

2 硬件架构

2.1 硬件框架结构

IO接口配置功能：

IRQ1和IRQ11配置为外部中断模式，用于接收两个光电编码器的输入信号

TIMER-7: 配置为10us响应间隔，计算1s时间内总共经过的脉冲个数

系统工作框架结构如下：

2.2 测速功能原理介绍

2.2.1 理论描述

M法又叫做频率测量法。这种方法是在一个固定的定时时间内（以秒为单位），统计这段时间的编码器脉冲数，计算速度值。设编码器单圈总脉冲数为 C，在时间 T0 内，统计到的编码器脉冲数为 M0，则转速 n 的计算公式为：

参数介绍：

M0 ： T0时间内的编码器脉冲数

C：    编码器单圈总脉冲数

T0：   单位时间

 n：    转速

公式中的编码器单圈总脉冲数 C 是常数，所以转速 n 跟 M0 成正比。这就使得在高速测量时 M0变大，可以获得较好的测量精度和平稳性，但是如果速度很低，低到每个 T0 内只有少数几个脉冲，此时算出的速度误差就会比较大，并且很不稳定。也有一些方法可以改善 M 法在低速测量的准确性，例如：增量式编码器倍频技术就是其中一种，比如原本捕获到的脉冲 M0 只有4 个，经过 4 倍频后，相同电机状态 M0 变成了 16 个，也就提升了低速下的测量精度。

2.2.2 实现原理

M0: 表示基准时钟周期，一般为1s

T0: 表示在一个M0时间内计数的秒冲总数

该码盘一周总共有20个孔，则其将一个圆分为20个等分，在测速的时候。只需记录其在M0(1 second)时间内走过孔的个数T0，然后通过轮胎的周长与孔等分的关系，就能计算出速度。

根据轮胎的直径，计算出周长

光电感应器用于实现脉冲计数功能 

 2.2.3 系统硬件结构

光电编码器接在后轮平行的两个电机上，，用于测试两组电机的转动速度：

左边编码器： 测试左边1组电机的转动速度

右边编码器： 测试右边1组电机的转动速度

3 软件实现

3.1 FSP配置项目

1）配置IO口外部中断

step -1: 配置P508接口

配置外部中断参数：

step-2: 配置P708接口

 配置中断函数

 step-3: 配置定时器函数

3.2 代码实现

3.2.1 初始化函数

 在3.1节中完成参数配置后，就可以生成代码，实现定时器配置和外部中断配置的功能。接下来实现具体的测速功能。

函数：void gpt_counter_Init (void)的功能介绍

代码25行： 打开定时器

代码29行： 启动定时器

函数：void Motor_speed_Init( void )的功能介绍

代码36行：打开IRQ1外部中断

代码40行：使能IRQ1的外部中断功能

代码44行：打开IRQ1外部中断

代码48行：使能IRQ1的外部中断功能

代码53行：使能外部中断

 3.2.2 功能函数

1）定时器回调函数，其主要实现计算速度的功能

代码62行：计数器的值加1

代码63行：实现1s的计数功能

代码65、66行：计算速度

2）计算速度和外部中断响应函数
 

函数： static float  calculate_speeds( uint32_t cnt )

功能： 计算当前的转动速度

函数：void g_external_irq1_Callback (external_irq_callback_args_t * p_args)

功能：外部中断IRQ1的中断回调函数

函数：void g_external_irq11_Callback (external_irq_callback_args_t * p_args)

功能：外部中断IRQ11的中断回调函数

3.3 源代码

 /*FILE NAME  :  motor_speed.cDescription:  calculate the motor running speedAuthor     :  [e-mail]       :  2024/09/28*/
#include "motor_speed.h"
#include "bsp_led.h"#define  PI          3.14159
#define  R           6.8         // unit: cm
#define  DIV_CNT     20Stru_MotorSpeed stru_MotorSpeed;
static uint32_t trig_LeftCnt = 0,trig_RightCnt=0;
static uint32_t count;static float calculate_speeds( uint32_t cnt );void gpt_counter_Init (void)
{fsp_err_t err = FSP_SUCCESS;/* Initializes the module. */err = R_GPT_Open(&g_timer7_ctrl, &g_timer7_cfg);/* Handle any errors. This function should be defined by the user. */assert(FSP_SUCCESS == err);/* Start the timer. */(void) R_GPT_Start(&g_timer7_ctrl);
}void Motor_speed_Init( void )
{/* Configure the external interrupt. */fsp_err_t err = R_ICU_ExternalIrqOpen(&g_external_irq1_ctrl, &g_external_irq1_cfg);assert(FSP_SUCCESS == err);/* Enable the external interrupt. *//* Enable not required when used with ELC or DMAC. */err = R_ICU_ExternalIrqEnable(&g_external_irq1_ctrl);assert(FSP_SUCCESS == err);/* Configure the external interrupt. */err = R_ICU_ExternalIrqOpen(&g_external_irq11_ctrl, &g_external_irq11_cfg);assert(FSP_SUCCESS == err);/* Enable the external interrupt. *//* Enable not required when used with ELC or DMAC. */err = R_ICU_ExternalIrqEnable(&g_external_irq11_ctrl);assert(FSP_SUCCESS == err);// init timer as 1ms gpt_counter_Init();
}void g_timer7_CallBack (timer_callback_args_t * p_args)
{if (TIMER_EVENT_CYCLE_END == p_args->event){/* Add application code to be called periodically here. */MONTIOR_TOGGLE;count++;if((count%1000) == 0){stru_MotorSpeed.leftSpeed = calculate_speeds(trig_LeftCnt);stru_MotorSpeed.rightSpeed =  calculate_speeds(trig_RightCnt);trig_RightCnt = 0;trig_LeftCnt = 0;}}
}static float  calculate_speeds( uint32_t cnt )
{float speeds;speeds = (float)(((PI*R)/20) * cnt);return  speeds;
}/* Called from icu_irq_isr */
void g_external_irq1_Callback (external_irq_callback_args_t * p_args)
{(void) p_args;trig_RightCnt++;
}/* Called from icu_irq_isr */
void g_external_irq11_Callback (external_irq_callback_args_t * p_args)
{(void) p_args;trig_LeftCnt++;
}/* End of this file */

4 系统测试

4.1 编译代码

编译代码下载到板卡中运行代码，系统通过OLED显示速度的值

4.2 测试

 1）电机停止状态下的速度

2）电机转动之后的速度值