讲座视频 - 转速计 - 接口

大家好，我是 Jon Valvano，在本视频中， 我们将讨论码盘。 在前一个视频中， 我向您展示了如何使用输入捕获来测量周期， 在本视频中，我们希望具体 讨论一下码盘，包括我们将如何 连接它以及它的数字意味着什么。 那么，让我们开始吧。 好，那么当我们搭建码盘时，它必须 包含一个传感器。 如果您看看这里，您会看到这些部件， 它们就是传感器。 这个 -- 这个小圆盘固定在 电机轴上，随着该圆盘 在传感器旁边旋转， 您将获得脉冲信号，它们 是电机旋转速度的函数。 那么，我们在前一个实验中搭建了该编码器， 现在我们要把它连接到微控制器。 好，那么这里是将要发生的事情。 由于该码盘的特定工作方式， 我们可以 -- 我们知道，轮子每转动一周， 我们将得到 360 个脉冲。 那么，如果您愿意，我们可以看到， 我们在这里有一个角分辨率约为 1 度的角， 即此处的 θ，它是该码盘的分辨率。 但我们将尝试测量速度，因此， 如果我们在这里对速度方程进行 量纲分析，我们从旋转一周 是 360 个脉冲这个知识点开始，现在， 我们想把它转换为 RPM -- 因此我要把秒转换为纳秒。 一秒包含十亿纳秒。 一分钟包含 60 秒。 现在，正如您从前一章 了解到的，我的测量的分辨率 将是每次测量每个脉冲 83.33 纳秒。 那么，这个变量是由 输入捕获测量得到的， 然后，在您完成上面的运算之后， 将得到一个相当简单的转换公式， 这个公式将输入捕获测量到的周期 转换为以 RPM 为单位的速度。 有关该传感器的另一件事 -- 实际上，这只是连接在双通道 示波器上的码盘中的一个。 它是 -- 码盘上实际上有两个引脚， 一个引脚连接到输入捕获， 因此如果我们连接好以后， 将测量这里的周期。 但实际上还有第二个信号， 我们可以通过两种方法来使用它。 在本章中的使用方法是 在该边沿时 -- 您应该记得，这是一个上升沿中断。 如果您在发生该中断时查看另一个引脚， 您可以测量方向。 因此，我们用到的测量是 -- 不仅测量您的电机旋转速度有多快， 您还可以测量它在向哪个方向旋转。 现在，您差不多知道了它在向 哪个方向旋转，因为您编写了输出该方向的代码， 但这只是一个应用场景。 如果您愿意，您可以使用第二个引脚完成的功能是 可以在每个边沿设置一个 输入捕获。 如果您在两个信号的每个上升沿 进行输入捕获，现在我们将得到的是 四倍数量的脉冲。 那么，如果您仅查看上升沿， 每一圈有 360 个上升沿， 但如果您查看两个波形的所有边沿， 您实际上会实现四倍的分辨率。 现在，实际上我们并不需要这么高的分辨率， 因此我们不会这么做。 好，这里是硬件电路。 在前一个实验中，我们向您展示了如何连接它。 这些是每个码盘的引脚， 这些是每个码盘的引脚， 因此，对于左侧和右侧码盘， 我们将连接引脚 A 和 B。 那么，我们将在一个引脚上使用输入捕获， 在另一个引脚上使用常规 GPIO。 可以使用 5 V电压为编码器本身供电。 输出实际上 -- 编码器的输出有两种状态。 它有一个低电平状态和一个悬空状态。 我们要做的是，使用这里连接到 3.3V 的上拉电阻， 以便在这里为我们的微控制器 获取 3.3V 的信号。 这些引脚是用于电机的引脚， 我们不会在本实验中连接它们。 因此，为了使这一切发生， 我们必须切断这里的导线， 我们必须切断这里的导线， 然后把 VPU 连接到 3.3V。 电机驱动板上的这两处硬件改动是 为了使码盘工作而必须进行的修改， 我将会把输入捕获连接到这里。 我将会把输入捕获连接到这里。 因此，我们将使用两个捕获引脚，8.2 和 10.4， 然后，如果您需要，使用两个 GPIO 引脚进行方向测量。 而本幻灯片的有趣之处实际上 在于设计。 在整个机器人系统中，您将使用 许多模块、许多引脚，您的任务是 把它们全部整合在一起，把所有 I/O 应用都整合在一个 微控制器中。 这里只是完成它的一种可能方法， 但它不是唯一的方法。 您可以看到，该芯片上几乎 到处都有计时器。 再说一次，我们将在这里，在端口 10.4 和端口 8.2 上 进行输入捕获，然后在这里的其他两个引脚上使用 常规 GPIO 引脚。 事实证明，如果该引脚为高电平， 那么您的电机向前旋转，如果该引脚 为低电平，那么电机向后旋转。 向前和向后是指相对于机器人 的行进方向。 在前一个视频中，我们有单个输入捕获， 现在，您将有两个输入捕获， 因此您将看到 -- 您将有两个中断服务例程， 一个用于左侧电机，一个用于右侧电机。 由于中断向量（不同）， 因此我们将有两个中断服务例程。 因此，我们必须要 设置两个优先级寄存器， 我们必须要设置两个嵌套矢量中断控制器 的使能位。 这些功能都要通过阅读数据手册 和改变系统来实现， 改变系统是指把一个中断更改为两个中断。 让我们来讨论如何使用它。 现在，可以测量速度之后，我们可以做一些 非常有趣的事情。 我在下一个模块将进行介绍， 但在这里，在本实验中， 您可以做一些有趣的事情。 那么现在，正如您知道的，如果您输入占空比， 如果我们看看占空比， 它是电机的输入，我们把速度看作输出， 您可能会问这样一个问题，该响应看起来是什么样的？ 我们现在可以这么做。 我们现在可以测量速度，把它作为占空比的函数， 在我们这么做之后，我们可以查看一些指标， 比如它的增益是多少，该响应的斜率是多少， 形状看起来是什么样的。 我们还可以做另一件事情， 如果我们将这里的占空比从 25% 增大为 50%， 我们这么做之后，会发生了什么情况？ 嗯，电机原来具有一定的速度， 然后电机又提高到一个新的速度。 该时间常数， 即达到该差值的 e 的负 1 次方所需的时间， 如果您在这里有一个 ΔS， 上升到 63% 需要多长时间？ 这是一个很有趣的参数，称为时间常数， 它将告诉您电机 的响应速度有多快。 您知道这样一个事实， 它不会响应 PWM 的各个高电平和低电平， 但您可能想知道该数字来自哪里。 它实际上来自该实验。 让我们看看一些实际数据。 这是该模块中我的实验的结果。 我所做的是，我做了刚才所说的事情。 我有一个占空比， 然后，嘣，让我们把它从 25% 增加到 50%， 接下来，我测量电机转速，以 RPM 为单位。 那么，这是初始速度， 这是最终速度，那里是该变化的 63%。 您可以在这里看到，电机花费了大约 50 毫秒的 时间进行响应。 我在实验 10 里进行了这个测试，因为我可以 在机器人沿着赛道行进时做这个实验。 那么，这个测试可以 在机器人移动时执行， 因为我把该数据存储到了微控制器的 ROM 中。 如果我建立一种非常简单的关系，我们可以 -- 这称为线性模型， 它是电机最简单的模型。 它也许不是那么简单，但这个模型允许 我们估算电机的速度， 以及电机的时间常数。 总结一下，我们在本模块中了解到了输入捕获。 我们知道了可以通过预分频 来调节分辨率和测量范围之间的差异。 来调节分辨率和测量范围之间的差异。 通过输入捕获测量周期， 用周期计算速度，然后通过该速度， 我们可以推导出时间常数。 在下一个模块中，我们要做的是， 把该速度运用到一个控制系统中， 以使得电机能够以任意所需要的速度进行旋转， 这将通过反馈环路完成。 这将是下一个模块的主题。 好的，希望您喜欢本次实验。 电机正在旋转， 我们很快将可以进行比赛。