有没有办法用软件中断编译器来进行马达测速

Question

我在进行pid定速巡航小车的代码编写，购买了一块pcb板，但是没有预留马达编译器的接口引脚

，现在只有如图几个引脚空闲，左右电机各需要两个在同一定时器上的引脚，硬件没办法解决，现在有两个办法，一是如图，二是另外用一个stm32c8t6，但是我不会两块板子互通，如果方案1没法进行，那么方案2会用到哪些知识内容

Answer 1

上午好☀️☀️☀️️
本答案参考通义千问

你目前的问题是关于在没有预留电机编码器接口的PCB板上，如何实现电机测速，尤其是在无法通过硬件扩展引脚的情况下，如何通过软件或外部芯片来完成这一功能。以下是详细的分析与解决方案：

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一、问题核心分析

• 需求：对左右两个电机进行速度反馈（测速）。
• 限制条件：
  • 当前PCB板没有预留编码器接口引脚。
  • 左右电机各需要两个引脚（A/B相），且这两个引脚需在同一定时器上。
  • 硬件无法更改。
• 现有资源：
  • 图中显示有若干空闲引脚。
  • 可以考虑使用STM32C8T6作为辅助控制芯片。

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二、解决方案一：利用已有引脚实现软件中断测速（方案1）

✅ 优点：

• 不需要额外硬件。
• 成本低。
• 灵活度高。

⚠️ 缺点：

• 需要编写**中断服务程序（ISR）**处理编码器信号。
• 对于高速电机，可能需要较高的实时性。
• 需要确保编码器信号稳定，避免误触发。

📌 实现步骤：

1. 选择可用引脚：

   • 从图中选择两个未使用的GPIO引脚，分别连接到电机编码器的A相和B相。
   • 确保这些引脚支持外部中断（EXTI）。

2. 配置GPIO为输入并启用中断：

   • 设置引脚为上拉/下拉输入。
   • 启用上升沿/下降沿中断（根据编码器类型）。

3. 编写中断服务函数（ISR）：

   • 在中断中读取另一个引脚的状态，判断旋转方向。
   • 根据脉冲频率计算转速。

4. 计算速度：

   • 使用定时器或系统时间戳记录脉冲周期。
   • 计算每秒的脉冲数，再换算成 RPM（转/分钟）。

5. 优化与调试：

   • 添加滤波机制防止抖动。
   • 测试不同转速下的响应是否准确。

✅ 示例代码（基于STM32 HAL库）：

// 假设使用PA0和PA1作为编码器A/B相
void Encoder_Init(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;

    // 使能GPIOA时钟
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

    // 配置PA0和PA1为输入
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_IT_RISING_FALLING; // 支持上升/下降沿
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

    // 使能NVIC中断
    HAL_NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn, 0, 0);
    HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn);
}

// 中断服务函数
void EXTI0_IRQHandler(void) {
    HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(GPIO_PIN_0);
}

void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin) {
    if (GPIO_Pin == GPIO_PIN_0) {
        // 读取PA1状态，判断方向
        uint8_t dir = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_1);
        if (dir == GPIO_PIN_SET) {
            // 正转
        } else {
            // 反转
        }

        // 计算速度（此处仅为示例）
        static uint32_t last_time = 0;
        uint32_t current_time = HAL_GetTick();
        if (current_time - last_time > 100) { // 每100ms计算一次
            // 计算速度逻辑
            last_time = current_time;
        }
    }
}

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三、解决方案二：使用STM32C8T6作为辅助控制器（方案2）

✅ 优点：

• 更灵活、更可靠。
• 可独立处理编码器信号，不占用主控资源。

⚠️ 缺点：

• 需要了解串口通信或SPI/I2C通信。
• 需要编写两块板子之间的数据传输协议。

📌 实现步骤：

1. 准备两块STM32开发板：

   • 主板：原PCB板（用于PID控制）。
   • 辅助板：STM32C8T6（用于处理编码器信号）。

2. 在辅助板上实现编码器测速：

   • 使用定时器或外部中断捕获编码器脉冲。
   • 计算转速，并将结果通过串口/SPI/I2C发送给主控。

3. 主控接收数据：

   • 主控通过串口等通信方式接收速度信息。
   • 将其用于PID算法中。

4. 通信协议设计：

   • 定义数据格式（如：[L_SPEED][R_SPEED]）。
   • 确保数据同步与校验。

5. 代码示例（辅助板）：

// 辅助板：STM32C8T6
void Encoder_Init(void) {
    // 初始化编码器引脚
    // ...
}

void UART_Send_Speed(uint16_t left_speed, uint16_t right_speed) {
    char buffer[20];
    sprintf(buffer, "%d %d", left_speed, right_speed);
    HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)buffer, strlen(buffer), 100);
}

1. 主控接收数据：

// 主控：原PCB板
void UART_Receive_Handler(void) {
    if (HAL_UART_Receive_IT(&huart1, rx_buffer, 1) == HAL_OK) {
        // 解析rx_buffer中的速度值
        sscanf(rx_buffer, "%d %d", &left_speed, &right_speed);
    }
}

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四、推荐方案建议

| 方案 | 推荐程度 | 说明 | |------|----------|------| | 方案1（软件中断） | ★★★★☆ | 适合小车速度要求不高、编程能力较强的场景。 | | 方案2（外接STM32C8T6） | ★★★★★ | 更可靠、更灵活，适合复杂项目，但需要掌握通信协议。 |

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五、所需知识内容（方案2）

如果你选择方案2，你需要掌握以下知识：

1. STM32C8T6基本开发：

   • GPIO配置、中断、定时器使用。
   • 外部编码器信号采集。

2. 串口通信（UART）：

   • 发送与接收数据的基本原理。
   • 数据帧格式设计。

3. 主从通信协议：

   • 如何定义数据格式（如：左轮速度、右轮速度）。
   • 数据校验与错误处理。

4. 嵌入式C语言编程：

   • 熟悉指针、结构体、字符串操作等。

5. 调试技巧：

   • 使用调试器或串口打印调试信息。
   • 调试通信稳定性。

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六、总结

• 如果时间允许、技术储备足够，推荐使用方案2（外接STM32C8T6），它更稳定、可扩展性强。
• 如果时间紧张、仅需简单测速，可以尝试方案1，但需注意中断处理和抖动过滤。

如需进一步帮助（如具体引脚分配、通信协议设计等），欢迎继续提问！