47“万里”树莓派小车——PicoW学习（PIO、编码器读取）

lb8820265 · 发表于2023-11-12 20:08

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本帖最后由 lb8820265 于 2023-11-12 19:54 编辑

PIO简介

PIO是“Programmable I/O”的缩写，介绍在数据手册的309页，PIO和处理器一样是可编程的。RP2040有2组PIO，每个PIO里有4个状态机，所以Pico里共有8个状态机，可以独立的执行程序来操作gpio和传输数据，相比于传统处理器PIO更加关注与精确的定时和固定功能的硬件功能。单个PIO功能如下。

PIO通过9个汇编指令来实现各种功能，例如：I2C、 I2S、SDIO、SPI, DSPI, QSPI、UART、DVI 、VGA等等，这些功能芯片处理器很多都能实现，但是使用PIO会更加高效。

有人问，为什么不使用python语言进行程序编写，不能使用PIO进行编码器数据的读取这就是最大的理由。

目标

创建基于PIO的编码器读取工程，设置两组AB相编码器数据读取，在定时器中读取编码器的累计值和速度，并通过串口输出。

工程创建

参考上一篇帖子，使用“pico project generato”工具，增加勾选“PIO interface”，工程名为“Test_PIO_Encoder”。通常，PIO外设是需要进行编程的，编程需要用到汇编语言。好在例程编写好了，在“pio/quadrature_encoder”中。我们将“quadrature_encoder.pio”文件复制到创建好的工程根目录中，然后在“CMakeLists.txt”文件中进行修改，将原来的add_executable(Test_PIO_Encoder Test_PIO_Encoder.c )注释掉，改为如下：

add_executable(Test_PIO_Encoder)
pico_generate_pio_header(Test_PIO_Encoder ${CMAKE_CURRENT_LIST_DIR}/quadrature_encoder.pio)
target_sources(Test_PIO_Encoder PRIVATE Test_PIO_Encoder.c)

先编译工程，点击左边的CMake编译工具，再点击“Test_PIO_Encoder”工程后面的编译按钮，在就会出现“Test_PIO_Encoder_quadrature_encoder_pio_h”的可编译按钮，然后点击编译，如下图。

就会在根目录的“build”文件夹中"quadrature_encoder.pio.h"文件。这就是“pio”文件生成的头文件。

代码编写

前面的工作已经将工程框架搭建完成，下面贴出主要的代码。

PIO初始化

主要是PIO接口定义与功能初始化。

    PIO pio = pio0;
    const uint PIN_Encoder_1 = 16;//编码器1输入,16与17号引脚，只需要配置编码器的一个A输入口，相邻的下一个接口就是B
    const uint SM_Encoder_1 = 0;//编码器1的SM编号，0
    const uint PIN_Encoder_2 = 18;//编码器2输入,18与19号引脚，只需要配置编码器的一个A输入口，相邻的下一个接口就是B
    const uint SM_Encoder_2 = 1;//编码器2的SM编号，1

void PIO_Encoder_Init(){
    uint offset = pio_add_program(pio, &quadrature_encoder_program);
    //初始化两个编码器输出PIO,只需要配置编码器的一个A输入口，相邻的下一个接口就是B
    quadrature_encoder_program_init(pio, SM_Encoder_1, offset, PIN_Encoder_1, 0);
    quadrature_encoder_program_init(pio, SM_Encoder_2, offset, PIN_Encoder_2, 0);
}

定时器初始化

初始化一个50ms的定时器。

void Timer_init(){
    //配置定时器，-50表示50ms定时，负数表示从进入该函数开始计算，repeating_timer_callback是回调函数名
    add_repeating_timer_ms(-50, repeating_timer_callback, NULL, &timer);
}

定时器回调函数

在回调函数中，获取两个电机编码器的值好定时器的精确值，算出速度，并通过串口输出。

bool repeating_timer_callback(struct repeating_timer *t) {
    static absolute_time_t t_from;
    absolute_time_t t_to;
    int64_t t_delta;
    int Encoder_New_Value_1, Encoder_New_Value_2 = 0;
    static int Encoder_Old_Value_1, Encoder_Old_Value_2 = 0;
    int Encoder_Dalta_Value_1,Encoder_Dalta_Value_2;
    t_to=get_absolute_time();
    t_delta=absolute_time_diff_us(t_from,t_to);
    t_from=t_to;
    Encoder_New_Value_1 = -quadrature_encoder_get_count(pio, SM_Encoder_1);
    Encoder_Dalta_Value_1 = (Encoder_New_Value_1 - Encoder_Old_Value_1)/(float)t_delta*10000;
    Encoder_Old_Value_1 = Encoder_New_Value_1;
    Encoder_New_Value_2 = quadrature_encoder_get_count(pio, SM_Encoder_2);
    Encoder_Dalta_Value_2 = (Encoder_New_Value_2 - Encoder_Old_Value_2)/(float)t_delta*10000;
    Encoder_Old_Value_2 = Encoder_New_Value_2;
    printf("time_diff_us: %8d\n", (int)t_delta);
    printf("position_1 %8d, delta_1 %8d\n", Encoder_New_Value_1, Encoder_Dalta_Value_1);
    printf("position_2 %8d, delta_2 %8d\n", Encoder_New_Value_2, Encoder_Dalta_Value_2);
}

编译烧录后，将一个编码器的AB线接入16和17引脚，另一个接入18和19引脚。转动电机，连接仿真器的串口，会打印定时器的时间差，电机1和电机2的累计计数和在该定时内的计数差。串口助手显示如下。

源码：

Test_PIO_Encoder.zip (737.62 KB, 下载次数: 10)

walker2048 · 发表于2023-11-12 22:18

相对常规外设来说，PIO模拟的uart，I2C，SPI这些，并没有常规mcu方便和好用。毕竟需要学习更多的硬件底层知识，也没有成熟的代码体系。属于很灵活，但是却不好调用和调试的类型。

Jacktang · 发表于2023-11-13 07:35

Pico里共有8个状态机，可以独立的执行程序来操作gpio和传输数据，比过去那种改进确实很大

freebsder · 发表于2023-11-18 14:08

Jacktang 发表于 2023-11-13 07:35 Pico里共有8个状态机，可以独立的执行程序来操作gpio和传输数据，比过去那种改进确实很大

》》》Pico里共有8个状态机

能详细说说吗？自带状态机？

chejm · 发表于2023-11-21 14:13

感谢楼主提供的技术分享，先收藏学习再发表个人意见，顶起来

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