--- title: '[STM32學習記錄-7] AS5047P 旋轉位置感測器/磁性編碼器使用教學' description: '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 。' canonical: 'https://blog.ziteh.dev/posts/learningstm32-as5047p' created: 2022-04-16T00:09:00.000Z tags: ['電子電路', '教學', 'STM32', 'C/C++', '程式', '嵌入式'] categories: ['STM32學習記錄'] author: 'ZiTe' rights: 'CC BY-NC-SA' --- ## 前言 [AMS AS5047P](https://ams.com/en/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](https://github.com/ziteh/as5047p_driver)。 ## 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： ```c static void SPI_Init(void) { SPI_HandleTypeDef hspi1; hspi1.Instance = SPI1; hspi1.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER; hspi1.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES; hspi1.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_16BIT; hspi1.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW; hspi1.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_2EDGE; hspi1.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT; hspi1.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_16; hspi1.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB; hspi1.Init.TIMode = SPI_TIMODE_DISABLE; hspi1.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE; hspi1.Init.CRCPolynomial = 10; if (HAL_SPI_Init(&hspi1) != HAL_OK) { Error_Handler(); } } ``` ## 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](https://github.com/ziteh/as5047p_driver/tree/main/lib/AS5047P) 查看。 ### 位元操作 ```c #define BIT_MODITY(src, n, val) ((src) ^= (-(val) ^ (src)) & (1UL << (n))) #define BIT_READ(src, n) (((src) >> (n)&1U)) #define BIT_TOGGLE(src, n) ((src) ^= 1UL << (n)) ``` ### 傳輸「Command Frame」 ```c void as5047p_send_command(bool is_read_cmd, uint16_t address) { uint16_t frame = address & 0x3FFF; /* R/W: 0 for write, 1 for read. */ BIT_MODITY(frame, 14, is_read_cmd ? 1 : 0); /* Parity bit(even) calculated on the lower 15 bits. */ if (!is_even_parity(frame)) { BIT_TOGGLE(frame, 15); } as5047p_spi_transmit(frame); } ``` ### 寫入資料到指定的暫存器 ```c void as5047p_send_data(uint16_t address, uint16_t data) { uint16_t frame = data & 0x3FFF; /* Data frame bit 14 always low(0). */ BIT_MODITY(frame, 14, 0); /* Parity bit(even) calculated on the lower 15 bits. */ if (!is_even_parity(frame)) { BIT_TOGGLE(frame, 15); } as5047p_send_command(false, address); as5047p_spi_transmit(frame); } ``` ### 讀取資料自指定的暫存器 ```c uint16_t as5047p_read_data(uint16_t address) { as5047p_send_command(true, address); uint16_t received_data = as5047p_spi_receive(); return received_data; } ``` ### 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。 ```c int as5047p_get_angle(bool with_daec, float *angle_degree) { uint16_t address; if (with_daec) { /* Measured angle WITH dynamic angle error compensation(DAEC). */ address = AS5047P_ANGLECOM; } else { /* Measured angle WITHOUT dynamic angle error compensation(DAEC). */ address = AS5047P_ANGLEUNC; } uint16_t data = as5047p_read_data(address); if (BIT_READ(data, 14) == 0) { *angle_degree = (data & 0x3FFF) * (360.0 / 0x4000); return 0; /* No error occurred. */ } return -1; /* Error occurred. */ } ``` ### 偶同位計算 ```c bool is_even_parity(uint16_t data) { uint8_t shift = 1; while (shift < (sizeof(data) * 8)) { data ^= (data >> shift); shift <<= 1; } return !(data & 0x1); } ``` ### SPI 通訊 ```c void as5047p_spi_transmit(uint16_t data) { delay(T_CSN_DELAY); as5047p_spi_select(); as5047p_spi_send(data); as5047p_spi_deselect(); } uint16_t as5047p_spi_receive(void) { delay(T_CSN_DELAY); as5047p_spi_select(); uint16_t data = as5047p_spi_read(); as5047p_spi_deselect(); return data; } void delay(volatile uint16_t t) { while (t--) { __asm__("nop"); /* Do nothing. */ } } void as5047p_spi_send(uint16_t data) { HAL_SPI_Transmit(&hspi1, (uint8_t *)&data, 1, HAL_MAX_DELAY); } uint16_t as5047p_spi_read(void) { uint16_t data = 0; HAL_SPI_Receive(&hspi1, (uint8_t *)&data, 1, HAL_MAX_DELAY); return data; } void as5047p_spi_select(void) { HAL_GPIO_WritePin(AS5047P_SS_GPIO_Port, AS5047P_SS_Pin, GPIO_PIN_RESET); } void as5047p_spi_deselect(void) { HAL_GPIO_WritePin(AS5047P_SS_GPIO_Port, AS5047P_SS_Pin, GPIO_PIN_SET); } ``` > 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](https://github.com/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)](https://ithelp.ithome.com.tw/articles/10302235) - [AS5047P Datasheet](https://ams.com/documents/20143/36005/AS5047P_DS000324_3-00.pdf)