前言
AMS AS5047P 是一款旋轉位置感測器/磁性編碼器。
它擁有包含 SPI、ABI、UVW 及 PWM 的多種使用模式,及 14 位元的高解析度,和 28krpm 的高反應速度,還擁有動態角度誤差補償(Dynamic angle error compensation,DAEC),非常適合搭配馬達進行控制。
本文將以 NUCLEO-F446RE(STM32F446RE)與 STM32 HAL 作為示範,簡單介紹 AS5047P 的用法。本篇的範例程式有放在 GitHub。
SPI
AS5047P 透過 SPI 進行通訊。其對 SPI 的要求為:
- Mode = 1(CPOL = 0,CPHA = 1)
- 空閒時,SCK 時鐘訊號為低電平(0)。
- 資料在第二個邊緣取樣(即負緣)。
- CSn (Chip select)為低電平有效。
- 資料長度為 16 個位元。其中 MSB 為偶同位(Even parity)位元。
- 位元順序為 MSB 在前(MSB first)。
- SCK 最大速度為 10 MHz。
- 只支援從機模式(Slave operation mode)。
設定範例:
1static void SPI_Init(void)
2{
3 SPI_HandleTypeDef hspi1;
4
5 hspi1.Instance = SPI1;
6 hspi1.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER;
7 hspi1.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES;
8 hspi1.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_16BIT;
9 hspi1.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW;
10 hspi1.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_2EDGE;
11 hspi1.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT;
12 hspi1.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_16;
13 hspi1.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB;
14 hspi1.Init.TIMode = SPI_TIMODE_DISABLE;
15 hspi1.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;
16 hspi1.Init.CRCPolynomial = 10;
17
18 if (HAL_SPI_Init(&hspi1) != HAL_OK)
19 {
20 Error_Handler();
21 }
22}
通訊格式
AS5047P 有 3 種 SPI 訊框格式。
Command Frame
Bit | Name | 描述 |
---|---|---|
15 | PARC | 偶同位(Even parity),使整個訊框的 1 為偶數個。 |
14 | R/W | 0 代表要寫入。1 代表要讀取。 |
13:0 | ADDR | 要讀寫的暫存器位置。 |
讀取「NOP (
0x0000
)」暫存器等同一個nop
(no operation,無操作)指令。
Read Data Frame
Bit | Name | 描述 |
---|---|---|
15 | PARC | 偶同位(Even parity),使整個訊框的 1 為偶數個。 |
14 | EF | 0 代表沒有錯誤發生。1 代表有錯誤發生。 |
13:0 | DATA | 資料。 |
要讀取資料時,先使用「Command Frame」傳輸要讀取的位置,AS5047P 會在 CS 上拉並重新下拉後的下一個讀取指令時,在 MISO 上傳輸「Read Data Frame」。
Write Data Frame
Bit | Name | 描述 |
---|---|---|
15 | PARC | 偶同位(Even parity),使整個訊框的 1 為偶數個。 |
14 | 0 | 永遠為 0 。 |
13:0 | DATA | 資料。 |
要寫入資料時,先使用「Command Frame」傳輸要寫入的位置,再使用「Write Data Frame」傳輸要寫入的資料。
當「Write Data Frame」在 MOSI 上傳輸時,AS5047P 會在 MISO 上傳輸該暫存器目前的值(舊的值),並在下一次的「Command Frame」在 MOSI 上傳輸時,AS5047P 會在 MISO 上傳輸該暫存器實際的值。
程式
完整的程式可以到 GitHub: ziteh/as5047p_driver 查看。
位元操作
1#define BIT_MODITY(src, n, val) ((src) ^= (-(val) ^ (src)) & (1UL << (n)))
2#define BIT_READ(src, n) (((src) >> (n)&1U))
3#define BIT_TOGGLE(src, n) ((src) ^= 1UL << (n))
傳輸「Command Frame」
1void as5047p_send_command(bool is_read_cmd, uint16_t address)
2{
3 uint16_t frame = address & 0x3FFF;
4
5 /* R/W: 0 for write, 1 for read. */
6 BIT_MODITY(frame, 14, is_read_cmd ? 1 : 0);
7
8 /* Parity bit(even) calculated on the lower 15 bits. */
9 if (!is_even_parity(frame))
10 {
11 BIT_TOGGLE(frame, 15);
12 }
13
14 as5047p_spi_transmit(frame);
15}
寫入資料到指定的暫存器
1void as5047p_send_data(uint16_t address, uint16_t data)
2{
3 uint16_t frame = data & 0x3FFF;
4
5 /* Data frame bit 14 always low(0). */
6 BIT_MODITY(frame, 14, 0);
7
8 /* Parity bit(even) calculated on the lower 15 bits. */
9 if (!is_even_parity(frame))
10 {
11 BIT_TOGGLE(frame, 15);
12 }
13
14 as5047p_send_command(false, address);
15 as5047p_spi_transmit(frame);
16}
讀取資料自指定的暫存器
1uint16_t as5047p_read_data(uint16_t address)
2{
3 as5047p_send_command(true, address);
4 uint16_t received_data = as5047p_spi_receive();
5 return received_data;
6}
讀取角度資訊,可選擇是否啟用動態角度誤差補償(DAEC)
讀取「ANGLECOM (0x3FFF
)」可取得有 DAEC 的角度數值,讀取「ANGLEUNC (0x3FFE
)」可取得無 DAEC 的角度資訊。
1int as5047p_get_angle(bool with_daec, float *angle_degree)
2{
3 uint16_t address;
4 if (with_daec)
5 {
6 /* Measured angle WITH dynamic angle error compensation(DAEC). */
7 address = AS5047P_ANGLECOM;
8 }
9 else
10 {
11 /* Measured angle WITHOUT dynamic angle error compensation(DAEC). */
12 address = AS5047P_ANGLEUNC;
13 }
14
15 uint16_t data = as5047p_read_data(address);
16 if (BIT_READ(data, 14) == 0)
17 {
18 *angle_degree = (data & 0x3FFF) * (360.0 / 0x4000);
19 return 0; /* No error occurred. */
20 }
21 return -1; /* Error occurred. */
22}
偶同位計算
1bool is_even_parity(uint16_t data)
2{
3 uint8_t shift = 1;
4 while (shift < (sizeof(data) * 8))
5 {
6 data ^= (data >> shift);
7 shift <<= 1;
8 }
9 return !(data & 0x1);
10}
SPI 通訊
1void as5047p_spi_transmit(uint16_t data)
2{
3 delay(T_CSN_DELAY);
4 as5047p_spi_select();
5 as5047p_spi_send(data);
6 as5047p_spi_deselect();
7}
8
9uint16_t as5047p_spi_receive(void)
10{
11 delay(T_CSN_DELAY);
12 as5047p_spi_select();
13 uint16_t data = as5047p_spi_read();
14 as5047p_spi_deselect();
15 return data;
16}
17
18void delay(volatile uint16_t t)
19{
20 while (t--)
21 {
22 __asm__("nop"); /* Do nothing. */
23 }
24}
25
26void as5047p_spi_send(uint16_t data)
27{
28 HAL_SPI_Transmit(&hspi1, (uint8_t *)&data, 1, HAL_MAX_DELAY);
29}
30
31uint16_t as5047p_spi_read(void)
32{
33 uint16_t data = 0;
34 HAL_SPI_Receive(&hspi1, (uint8_t *)&data, 1, HAL_MAX_DELAY);
35 return data;
36}
37
38void as5047p_spi_select(void)
39{
40 HAL_GPIO_WritePin(AS5047P_SS_GPIO_Port, AS5047P_SS_Pin, GPIO_PIN_RESET);
41}
42
43void as5047p_spi_deselect(void)
44{
45 HAL_GPIO_WritePin(AS5047P_SS_GPIO_Port, AS5047P_SS_Pin, GPIO_PIN_SET);
46}
若要在 STM32 HAL 以外的平臺使用的話,只需要修改
as5047p_spi_send()
、as5047p_spi_read()
、void as5047p_spi_select()
、as5047p_spi_deselect()
這 4 個函式的實作就好了。
後記
最近在做馬達的閉迴路位置控制,因此買了這個 AS5047P 來用,就順便寫了本篇文章做記錄。而此程式我也有放在 GitHub 上:ziteh/as5047p_driver
若有問題或內容有誤還請告知,謝謝!
相關連結
- LibOpenCM3 STM32 SPI 教學:STM32 LibOpenCM3:SPI (Master mode)
- AS5047P Datasheet
留言可能不會立即顯示。若過了幾天仍未出現,請 Email 聯繫:)
comments powered by Disqus