📚 课程目录第2章读取电机编码器数据

2. 读取电机编码器数据

任务目标

通过SPI接口读取AS5047P磁编码器的原始角度数据（14位，0~16383），并验证读取值与手动旋转电机时的物理角度变化一致。

环境与依赖

硬件：STM32F405最小系统板 + AS5047P编码器模块（SPI模式，CS接PB12，SCK=PB13，MISO=PB14，MOSI=PB15）
软件：STM32CubeIDE（HAL库），SPI1时钟分频后不超过10MHz（AS5047P最高支持10MHz）
接线：编码器VCC=3.3V，GND共地，CS/SCK/MISO/MOSI按上述引脚连接

关键实现说明

AS5047P的SPI读取协议为16位帧：前8位为命令（最高位为读标志1，后7位为寄存器地址），后8位为数据。读取角度寄存器（地址0x3FFF）时，发送0xFFFF后，在下一个16位帧的MISO上返回角度值。本实现使用HAL库的HAL_SPI_TransmitReceive，通过片选拉低启动通信，连续收发两个16位帧完成一次角度读取。

完整代码

// main.c 中用户代码区（USER CODE BEGIN Includes / PV / 0 / 4 之间添加）
#include <stdio.h>
#include <string.h>

SPI_HandleTypeDef hspi1;
#define AS5047P_CS_LOW()   HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_12, GPIO_PIN_RESET)
#define AS5047P_CS_HIGH()  HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_12, GPIO_PIN_SET)

// 读取AS5047P寄存器值（16位命令/数据协议）
uint16_t AS5047P_ReadReg(uint16_t regAddr) {
    uint16_t cmd = 0x4000 | (regAddr & 0x3FFF);  // 读标志位bit14=1
    uint16_t txData[2] = {cmd, 0x0000};          // 第二帧发送0，用于获取数据
    uint16_t rxData[2] = {0, 0};

    AS5047P_CS_LOW();
    HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi1, (uint8_t*)txData, (uint8_t*)rxData, 2, HAL_MAX_DELAY);
    AS5047P_CS_HIGH();

    return rxData[1];  // 第二帧返回寄存器内容
}

// 读取14位角度值（0~16383）
uint16_t AS5047P_GetAngle(void) {
    return AS5047P_ReadReg(0x3FFF) & 0x3FFF;  // 角度寄存器地址0x3FFF
}

// main() 中 USER CODE BEGIN 2 之后添加初始化与主循环
// SPI1 已在 MX_SPI1_Init() 中配置为：MSB先行，CPOL=0，CPHA=1（SPI模式1），预分频32（此时钟约2.625MHz）
// GPIOB Pin12 已在 MX_GPIO_Init() 中配置为推挽输出，初始为高电平

uint16_t angle;
char msg[64];

while (1) {
    angle = AS5047P_GetAngle();
    sprintf(msg, "Angle: %u\r\n", angle);
    HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t*)msg, strlen(msg), 100);
    HAL_Delay(200);
}

运行与验证

编译烧录后，打开串口助手（波特率115200，对应USART2），观察输出。
静态验证：保持电机轴不动，串口输出的角度值应稳定在±2 LSB以内（AS5047P内部噪声极小）。
动态验证：手动缓慢旋转电机轴一整圈，观察输出值应从0~16383连续递增（或递减，取决于旋转方向），且无跳变、无重复段。
通过标准：旋转360°过程中，输出值覆盖整个0~16383范围且单调变化；停止旋转后数值稳定不漂移。

常见问题

输出恒为0或0x3FFF：检查SPI模式是否为模式1（CPOL=0，CPHA=1），以及CS引脚是否在通信前后正确拉低/拉高。
数值跳变剧烈：检查MISO/MOSI接线是否松动，或SPI时钟是否超过10MHz（降低分频系数）。
角度非线性：确认编码器磁铁是否居中安装，偏心会导致角度读数呈正弦误差。