一:概要
主控芯片为stm32f407,通过编码器计算行驶距离，pid闭环控制，程序源码中包含上一期的pid速度控制。使用本程序所需知道的条件：编码器一周几个脉冲，电机的减速比和车轮的直径。
（注：免费源码链接，请点赞关注私信）
二：效果演示
视频介绍;行驶距离120厘米，换算编码器脉冲共3103个。
stm32行驶指定距离文章来源：https://www.toymoban.com/news/detail-856476.html
三:程序代码
1:固定距离行驶pid.c
#include "./BSP/PID/pid.h"
#include "./SYSTEM/sys/sys.h"
#include "./BSP/LCD/lcd.h"
#include "./SYSTEM/usart/usart.h"
extern TIM_HandleTypeDef g_timx_pwm_chy_handle; /* 定时器x句柄 */
extern TIM_HandleTypeDef g_timx_cnt_chy_handle; /* 定时器x句柄 */
extern TIM_HandleTypeDef g_tim3_cnt_chy_handle; /* 定时器x句柄 */
TIM_HandleTypeDef g_timx_handler; /* 定时器参数句柄 */
//uint8_t Point=120; /* 设定目标转速 */
//#define SetPointL Point*528/3000 /* 转速转化为 20ms 编码器脉冲数量 */
//uint16_t Moto;
/*3.1416 * 车轮的直径 /车轮一圈产生的编码脉冲 */
#define Extent ( 3.1416*6.5/528 ) /* 一个编码器脉冲行走的距离 0.038675cm 一圈20.4204cm*/
//uint16_t Destina= 120/Extent; /* 行走距离脉冲数 */
PID zspeed,zpos;
Error value,vpos;
void PID_init(void) /* 初始化 P I D */
{
/* 速度PID */
zspeed.P=20;
zspeed.I=2.5;
zspeed.D=0;
value.Current_Error=0;//当前误差
value.Last_Error=0;//上一次误差
value.Previous_Error=0;//上上次误差
/* 位置PID */
zpos.P=20;
zpos.I=2.5;
zpos.D=0;
vpos.Current_Error=0;//当前误差
vpos.Last_Error=0;//上一次误差
vpos.Previous_Error=0;//上上次误差
}
/*!
* @brief 增量式PID
* @since v1.0
* *sptr ：误差参数
* *pid: PID参数
* NowPlace：实际值
* Point： 期望值
*/
// 增量式PID电机控制
uint32_t PID_Increase(Error *sptr, PID *pid, uint32_t NowPlace, uint32_t Point)
{
uint32_t iError, //当前误差
Increase; //最后得出的实际增量
iError = Point - NowPlace; // 计算当前误差
Increase = pid->P * (iError - sptr->Last_Error) //比例P
+ pid->I * iError //积分I
+ pid->D * (iError - 2 * sptr->Last_Error + sptr->Previous_Error); //微分D
sptr->Previous_Error = sptr->Last_Error; // 更新前次误差
sptr->Last_Error = iError; // 更新上次误差
return Increase; // 返回增量
}
/*!
* @brief 位置式PID
* @since v1.0
* *sptr ：误差参数
* *pid: PID参数
* NowPlace：当前位置
* Point： 预期位置
*/
// 位置式PID控制
float PID_Realize(Error *sptr,PID *pid, uint32_t NowPlace, float Point)
{
uint32_t iError, // 当前误差
Realize; //实际输出
iError = Point - NowPlace; // 计算当前误差
sptr->Current_Error += pid->I * iError; // 误差积分
sptr->Current_Error = sptr->Current_Error > pid->limit?pid->limit:sptr->Current_Error;//积分限幅
sptr->Current_Error = sptr->Current_Error <-pid->limit?-pid->limit:sptr->Current_Error;
Realize = pid->P * iError //比例P
+ sptr->Current_Error //积分I
+ pid->D * (iError - sptr->Last_Error); //微分D
sptr->Last_Error = iError; // 更新上次误差
return Realize; // 返回实际值
}
//行使固定位置PID
void Destina_PID(float JULI)
{
uint16_t Destina= JULI/Extent;
uint32_t count = 0,Destination=0,Increase=0;
__HAL_TIM_DISABLE(&g_tim3_cnt_chy_handle); /* 关闭编码器定时器 */
__HAL_TIM_SET_COUNTER(&g_tim3_cnt_chy_handle, 0); /* 计数器清零 */
__HAL_TIM_ENABLE(&g_tim3_cnt_chy_handle); /* 开启编码器定时器 */
do
{
//__HAL_TIM_SET_COMPARE(&g_timx_pwm_chy_handle, TIM_CHANNEL_1 ,500); /* 控制小车电机的运行pwm占空比 */
count=__HAL_TIM_GET_COUNTER(&g_tim3_cnt_chy_handle); /* 获取当前编码器脉冲计数值 */
lcd_show_num(50,100,count,6,16,RED);
Destination=(count)*Extent; /* 计算当前行走的距离 */
lcd_show_num(50,80,Destination,3,16,RED);
Increase=PID_Increase( &vpos , &zpos , count , Destina ); /* 计数得到增量式PID的增量数值 */
lcd_show_num(50,60,Increase,3,16,RED);
if(Increase<2)
{
__HAL_TIM_SET_COMPARE(&g_timx_pwm_chy_handle, TIM_CHANNEL_1 ,0);
}
printf("%d\r\n",Destination);
}while(count<=Destina-2); /* 防止惯性的影响 */
__HAL_TIM_SET_COMPARE(&g_timx_pwm_chy_handle, TIM_CHANNEL_1 ,0);/* 停止电机运行 */
//HAL_NVIC_DisableIRQ(BTIM_TIMX_INT_IRQn); /* 关闭中断 */
}
2:pid.h
#ifndef __PID_H
#define __PID_H
#include "./SYSTEM/sys/sys.h"
#include "./SYSTEM/sys/sys.h"
void btim_timx_int_init(uint16_t arr, uint16_t psc); /* 基本定时器 定时中断初始化函数 */
typedef struct
{
float P,I,D,limit;
}PID;
typedef struct
{
float Current_Error;//当前误差
float Last_Error;//上一次误差
float Previous_Error;//上上次误差
}Error;
void gtim_timx_int_init(uint16_t arr, uint16_t psc);
uint32_t PID_Increase(Error *sptr, PID *pid, uint32_t NowPlace, uint32_t Point);
float PID_Realize(Error *sptr,PID *pid, uint32_t NowPlace, float Point);
void PID_init(void);
//void Speed_PID(uint8_t Point);
void Destina_PID(float JULI);
#endif
3:定时器编码器模式
#include "./BSP/TIMER/gtim.h"
#include "./BSP/LED/led.h"
#include "./SYSTEM/usart/usart.h"
TIM_HandleTypeDef g_timx_cnt_chy_handle; /* 定时器x句柄 */
/*********************************以下是通用定时器PWM输出实验程序*************************************/
TIM_HandleTypeDef g_timx_pwm_chy_handle; /* 定时器x句柄 */
/**
* @brief 通用定时器TIMX 通道Y PWM输出 初始化函数（使用PWM模式1）
* @note
* 通用定时器的时钟来自APB1,当PPRE1 ≥ 2分频的时候
* 通用定时器的时钟为APB1时钟的2倍, 而APB1为42M, 所以定时器时钟 = 84Mhz
* 定时器溢出时间计算方法: Tout = ((arr + 1) * (psc + 1)) / Ft us.
* Ft=定时器工作频率,单位:Mhz
*
* @param arr: 自动重装值。
* @param psc: 预分频系数
* @retval 无
*/
void gtim_timx_pwm_chy_init(uint16_t arr, uint16_t psc)
{
GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;
GTIM_TIMX_PWM_CHY_GPIO_CLK_ENABLE(); /* 开启通道y的CPIO时钟 */
GTIM_TIMX_PWM_CHY_CLK_ENABLE(); /* 使能定时器时钟 */
gpio_init_struct.Pin = GTIM_TIMX_PWM_CHY_GPIO_PIN; /* 通道y的CPIO口 */
gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP; /* 复用推完输出 */
gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP; /* 上拉 */
gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; /* 高速 */
gpio_init_struct.Alternate = GTIM_TIMX_PWM_CHY_GPIO_AF; /* IO口REMAP设置, 是否必要查看头文件配置的说明! */
HAL_GPIO_Init(GTIM_TIMX_PWM_CHY_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);
TIM_OC_InitTypeDef timx_oc_pwm_chy = {0}; /* 定时器输出句柄 */
g_timx_pwm_chy_handle.Instance = GTIM_TIMX_PWM; /* 定时器x */
g_timx_pwm_chy_handle.Init.Prescaler = psc; /* 预分频系数 */
g_timx_pwm_chy_handle.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP; /* 递增计数模式 */
g_timx_pwm_chy_handle.Init.Period = arr; /* 自动重装载值 */
HAL_TIM_PWM_Init(&g_timx_pwm_chy_handle); /* 初始化PWM */
timx_oc_pwm_chy.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1; /* 模式选择PWM1 */
timx_oc_pwm_chy.Pulse = 500 ; /* 设置比较值,此值用来确定占空比 */
timx_oc_pwm_chy.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH; /* 输出比较极性为高 */
HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&g_timx_pwm_chy_handle, &timx_oc_pwm_chy, GTIM_TIMX_PWM_CHY); /* 配置TIMx通道y */
HAL_TIM_PWM_Start(&g_timx_pwm_chy_handle, GTIM_TIMX_PWM_CHY); /* 开启对应PWM通道 */
}
/*********************************以下是通用定时器脉冲计数 速度 实验程序*************************************/
uint32_t g_timxchy_cnt_ofcnt = 0 ; /* 计数溢出次数 */
void gtim_timx_cnt_chy_init(uint16_t psc)
{
GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;
TIM_SlaveConfigTypeDef tim_slave_config = {0};
GTIM_TIMX_CNT_CHY_CLK_ENABLE(); /* 使能TIMx时钟 */
GTIM_TIMX_CNT_CHY_GPIO_CLK_ENABLE(); /* 开启GPIOA时钟 */
g_timx_cnt_chy_handle.Instance = GTIM_TIMX_CNT; /* 定时器x */
g_timx_cnt_chy_handle.Init.Prescaler = psc; /* 预分频系数 */
g_timx_cnt_chy_handle.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP; /* 递增计数模式 */
g_timx_cnt_chy_handle.Init.Period = 65535; /* 自动重装载值 */
HAL_TIM_IC_Init(&g_timx_cnt_chy_handle);
gpio_init_struct.Pin = GTIM_TIMX_CNT_CHY_GPIO_PIN; /* 输入捕获的GPIO口 */
gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP; /* 复用推挽输出 */
gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP; /* 上拉 */
gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH; /* 高速 */
gpio_init_struct.Alternate = GTIM_TIMX_CNT_CHY_GPIO_AF; /* 复用为捕获TIMx的通道 */
HAL_GPIO_Init(GTIM_TIMX_CNT_CHY_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);
/* 从模式：外部触发模式1 */
tim_slave_config.SlaveMode = TIM_SLAVEMODE_EXTERNAL1; /* 从模式：外部触发模式1 */
tim_slave_config.InputTrigger = TIM_TS_TI1FP1; /* 输入触发：选择 TI1FP1(TIMX_CH1) 作为输入源 */
tim_slave_config.TriggerPolarity = TIM_TRIGGERPOLARITY_FALLING; /* 触发极性：上升沿 */
tim_slave_config.TriggerPrescaler = TIM_TRIGGERPRESCALER_DIV1; /* 触发预分频：无 */
tim_slave_config.TriggerFilter = 0x0; /* 滤波：本例中不需要任何滤波 */
HAL_TIM_SlaveConfigSynchronization(&g_timx_cnt_chy_handle, &tim_slave_config);
HAL_NVIC_SetPriority(GTIM_TIMX_CNT_IRQn, 1, 3); /* 设置中断优先级，抢占优先级1，子优先级3 */
HAL_NVIC_EnableIRQ(GTIM_TIMX_CNT_IRQn); /* 开启ITMx中断 */
__HAL_TIM_ENABLE_IT(&g_timx_cnt_chy_handle, TIM_IT_UPDATE); /* 使能更新中断 */
HAL_TIM_IC_Start(&g_timx_cnt_chy_handle, GTIM_TIMX_CNT_CHY1); /* 开始捕获TIMx的通道y */
}
/**
* @brief 通用定时器TIMX 通道Y 获取当前计数值
* @param 无
* @retval 当前计数值
*/
uint32_t gtim_timx_cnt_chy_get_count(void)
{
uint32_t count = 0;
//count = g_timxchy_cnt_ofcnt * 65535; /* 计算溢出次数对应的计数值 */
count += __HAL_TIM_GET_COUNTER(&g_timx_cnt_chy_handle); /* 加上当前CNT的值 */
// printf("gtim_timx count %d \r\n", count);
return count;
}
/**
* @brief 通用定时器TIMX 通道Y 重启计数器
* @param 无
* @retval 当前计数值
*/
void gtim_timx_cnt_chy_restart(void)
{
__HAL_TIM_DISABLE(&g_timx_cnt_chy_handle); /* 关闭定时器TIMX */
g_timxchy_cnt_ofcnt = 0; /* 累加器清零 */
__HAL_TIM_SET_COUNTER(&g_timx_cnt_chy_handle, 0); /* 计数器清零 */
__HAL_TIM_ENABLE(&g_timx_cnt_chy_handle); /* 使能定时器TIMX */
}
/**
* @brief 通用定时器TIMX 脉冲计数 更新中断服务函数
* @param 无
* @retval 无
*/
void GTIM_TIMX_CNT_IRQHandler(void)
{
/* 以下代码没有使用定时器HAL库共用处理函数来处理，而是直接通过判断中断标志位的方式 */
if(__HAL_TIM_GET_FLAG(&g_timx_cnt_chy_handle, TIM_FLAG_UPDATE) != RESET)
{
g_timxchy_cnt_ofcnt++; /* 累计溢出次数 */
}
__HAL_TIM_CLEAR_IT(&g_timx_cnt_chy_handle, TIM_IT_UPDATE);
}
/*********************************以下是通用定时器脉冲计数 位置 实验程序*************************************/
TIM_HandleTypeDef g_tim3_cnt_chy_handle; /* 定时器x句柄 */
uint32_t g_tim3chy_cnt_ofcnt = 0 ; /* 计数溢出次数 */
void gtim_tim3_cnt_chy_init(uint16_t psc)
{
GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;
TIM_SlaveConfigTypeDef tim_slave_config = {0};
GTIM_TIM3_CNT_CHY_CLK_ENABLE(); /* 使能TIMx时钟 */
GTIM_TIM3_CNT_CHY_GPIO_CLK_ENABLE(); /* 开启GPIOA时钟 */
g_tim3_cnt_chy_handle.Instance = GTIM_TIM3_CNT; /* 定时器x */
g_tim3_cnt_chy_handle.Init.Prescaler = psc; /* 预分频系数 */
g_tim3_cnt_chy_handle.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP; /* 递增计数模式 */
g_tim3_cnt_chy_handle.Init.Period = 65535; /* 自动重装载值 */
HAL_TIM_IC_Init(&g_tim3_cnt_chy_handle);
gpio_init_struct.Pin = GTIM_TIM3_CNT_CHY_GPIO_PIN; /* 输入捕获的GPIO口 */
gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP; /* 复用推挽输出 */
gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP; /* 上拉 */
gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH; /* 高速 */
gpio_init_struct.Alternate = GTIM_TIM3_CNT_CHY_GPIO_AF; /* 复用为捕获TIMx的通道 */
HAL_GPIO_Init(GTIM_TIM3_CNT_CHY_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);
/* 从模式：外部触发模式1 */
tim_slave_config.SlaveMode = TIM_SLAVEMODE_EXTERNAL1; /* 从模式：外部触发模式1 */
tim_slave_config.InputTrigger = TIM_TS_TI2FP2; /* 输入触发：选择 TI1FP2(TIMX_CH2) 作为输入源 */
tim_slave_config.TriggerPolarity = TIM_TRIGGERPOLARITY_FALLING; /* 触发极性：上升沿 */
tim_slave_config.TriggerPrescaler = TIM_TRIGGERPRESCALER_DIV1; /* 触发预分频：无 */
tim_slave_config.TriggerFilter = 0x0; /* 滤波：本例中不需要任何滤波 */
HAL_TIM_SlaveConfigSynchronization(&g_tim3_cnt_chy_handle, &tim_slave_config);
HAL_NVIC_SetPriority(GTIM_TIM3_CNT_IRQn, 2, 2); /* 设置中断优先级，抢占优先级1，子优先级3 */
HAL_NVIC_EnableIRQ(GTIM_TIM3_CNT_IRQn); /* 开启ITMx中断 */
__HAL_TIM_ENABLE_IT(&g_tim3_cnt_chy_handle, TIM_IT_UPDATE); /* 使能更新中断 */
HAL_TIM_IC_Start(&g_tim3_cnt_chy_handle, GTIM_TIM3_CNT_CHY2); /* 开始捕获TIMx的通道y */
}
/**
* @brief 通用定时器TIMX 脉冲计数 更新中断服务函数
* @param 无
* @retval 无
*/
void GTIM_TIM3_CNT_IRQHandler(void)
{
/* 以下代码没有使用定时器HAL库共用处理函数来处理，而是直接通过判断中断标志位的方式 */
if(__HAL_TIM_GET_FLAG(&g_tim3_cnt_chy_handle, TIM_FLAG_UPDATE) != RESET)
{
g_tim3chy_cnt_ofcnt++; /* 累计溢出次数 */
}
__HAL_TIM_CLEAR_IT(&g_tim3_cnt_chy_handle, TIM_IT_UPDATE);
}
/*（.h）*/
#ifndef __GTIM_H
#define __GTIM_H
#include "./SYSTEM/sys/sys.h"
/******************************************TIMX PWM输出定义 *****************************************************/
#define GTIM_TIMX_PWM_CHY_GPIO_PORT GPIOF
#define GTIM_TIMX_PWM_CHY_GPIO_PIN GPIO_PIN_9
#define GTIM_TIMX_PWM_CHY_GPIO_CLK_ENABLE() do{ __HAL_RCC_GPIOF_CLK_ENABLE(); }while(0) /* PF口时钟使能 */
#define GTIM_TIMX_PWM_CHY_GPIO_AF GPIO_AF9_TIM14 /* 端口复用到TIM14 */
#define GTIM_TIMX_PWM TIM14 /* TIM14 */
#define GTIM_TIMX_PWM_CHY TIM_CHANNEL_1 /* 通道Y, 1<= Y <=4 */
#define GTIM_TIMX_PWM_CHY_CCRX TIM14->CCR1 /* 通道Y的输出比较寄存器 */
#define GTIM_TIMX_PWM_CHY_CLK_ENABLE() do{ __HAL_RCC_TIM14_CLK_ENABLE(); }while(0) /* TIM14 时钟使能 */
/******************************************TIM2 速度 输入计数定义************************************************/
#define GTIM_TIMX_CNT_CHY_GPIO_PORT GPIOA
#define GTIM_TIMX_CNT_CHY_GPIO_PIN GPIO_PIN_0
#define GTIM_TIMX_CNT_CHY_GPIO_AF GPIO_AF1_TIM2 /* AF功能选择 */
#define GTIM_TIMX_CNT_CHY_GPIO_CLK_ENABLE() do{ __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); }while(0) /* PA口时钟使能 */
#define GTIM_TIMX_CNT TIM2
#define GTIM_TIMX_CNT_IRQn TIM2_IRQn
#define GTIM_TIMX_CNT_IRQHandler TIM2_IRQHandler
#define GTIM_TIMX_CNT_CHY1 TIM_CHANNEL_1 /* 通道Y, 1<= Y <=2 */
#define GTIM_TIMX_CNT_CHY_CLK_ENABLE() do{ __HAL_RCC_TIM2_CLK_ENABLE(); }while(0) /* TIM2 时钟使能 */
/*****************************************TIM3 位置 输入计数定义*************************************************/
#define GTIM_TIM3_CNT_CHY_GPIO_PORT GPIOB
#define GTIM_TIM3_CNT_CHY_GPIO_PIN GPIO_PIN_5
#define GTIM_TIM3_CNT_CHY_GPIO_AF GPIO_AF2_TIM3 /* AF功能选择 */
#define GTIM_TIM3_CNT_CHY_GPIO_CLK_ENABLE() do{ __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE(); }while(0) /* PA口时钟使能 */
#define GTIM_TIM3_CNT TIM3
#define GTIM_TIM3_CNT_IRQn TIM3_IRQn
#define GTIM_TIM3_CNT_IRQHandler TIM3_IRQHandler
#define GTIM_TIM3_CNT_CHY2 TIM_CHANNEL_2 /* 通道Y, 1<= Y <=2 */
#define GTIM_TIM3_CNT_CHY_CLK_ENABLE() do{ __HAL_RCC_TIM3_CLK_ENABLE(); }while(0) /* TIM2 时钟使能 */
/****************************************************************************************************************/
void gtim_timx_pwm_chy_init(uint16_t arr, uint16_t psc); /* 通用定时器 PWM初始化函数 */
void gtim_timx_cnt_chy_init(uint16_t psc); /* 通用定时器 脉冲计数初始化函数 */
uint32_t gtim_timx_cnt_chy_get_count(void); /* 通用定时器 获取脉冲计数 */
void gtim_timx_cnt_chy_restart(void); /* 通用定时器 重启计数器 */
void gtim_tim3_cnt_chy_init(uint16_t psc); /* 通用定时器 脉冲计数初始化函数 */
#endif
四：小结
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