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基于STM32G474的SPI获取MT6816编码器绝对角度配置指南

news 来源：原创 2025/8/27 2:13:40

前言：最近上手使用了一款编码器芯片，也是先艰难阅读了一下全英文版本的编码器的规格手册，然后通过SPI读取了一下绝对值角度。虽然发现使用起来还是挺简单的，但使用后还是会产生一个对其原理层面的好奇，比如磁编码器内部是如何工作的等等，了解多点不算多，简单记录一下。。。

1，关于编码器

目前市场上面比较常见的编码器有三种：光电编码器、磁编码器、电感式编码器。三种编码器的用途各有异同。

1.1 光电编码器（Optical Encoder）

原理：通过发光器件（如LED）照射在带有透明和不透明图案的码盘上，接收器读取透光或遮光信号来判断位置或角度。本质是“光线切割式”计数
优点：精度高、分辨率可达上千线以上
缺点：易受灰尘、油污干扰
应用：工业自动化、高精度电机控制

1.2 电感式编码器（Inductive Encoder）

原理：通过电磁感应原理（类似变压器）检测金属目标的位置变化。
优点：抗灰尘油污能力强，适合恶劣环境
缺点：成本高、响应慢于磁式
应用：航空、军工、重工业

1.3 磁编码器（Magnetic Encoder）

原理：使用磁铁 + 霍尔、GMR 或 TMR 传感器检测磁场变化，计算角度或位置。本质是“磁场变化”感知角度。。。磁编码器主要由两个部分组成：永磁体（磁环或磁钢）、磁传感器芯片（如霍尔传感器或磁阻传感器）。当磁体随着轴旋转时，磁场的方向和强度会随之变化，磁传感器芯片感应到这些变化后，通过内部算法将其转换为角度信号或位置信号。。

以 MT6816 为代表的磁编码器通常使用 多轴霍尔传感器阵列，能够精确检测 X、Y 平面的磁通密度：永磁体磁场在平面上随旋转而变化，芯片感应到磁通分量 BxB_xBx 和 ByB_yBy，利用三角函数计算角度：θ=arctan⁡2(By,Bx)，这个角度就是当前磁体相对于初始位置的旋转角度
优点：抗干扰强、结构紧凑、耐环境
缺点：精度稍低于光电
应用：汽车、电动工具、伺服电机

2，MT6816简介

MT6816CT 是麦歌恩（MagEnc/Magconn）推出的一款 磁编码器芯片，集成了磁场感应、信号处理和角度解码模块，适用于旋转位置测量。MT6816CT 通过检测永磁体（一般安装在轴中心）周围的磁场变化来判断角度，适合高精度、无接触式的旋转测量应用。

2.1 主要特点

2.2 一般说明

MagnTek旋转位置传感器MT6816是款基于先进AMR技术的IC。
在x-y传感器平面内的旋转磁场产生两个正弦信号，表示传感器与磁场方向的夹角(a)。
该传感器仅对x-y平面中的磁场方向敏感，因为传感元件的输出被专门设计为独立于磁场强度。这使得设备对磁场变化、杂散磁场、气隙变化和轴心偏移的敏感度降低。
该传感器系列提供增量ABZ输出模式使芯片适合替换各种光学编码器。
最大分辨率为每转4096步或1024脉冲。
标准的 SPI(3线或4线)接口允许主机微控制器从 MT6816 中读取 14 位绝对角度位置数据。
绝对角度位置也作为 12位PWM 输出提供。

2.3 外围电路定义

在这里选用的是4线SPI模式，所以下面连接的主控的接口也会是SPI的4总线模式

2.4 内部结构图

3，MT6816的SPI模式介绍

3.1 MT6816SPI时序

MT6816 SPI使用模式=3(CPOL=1，CPHA=1)来交换数据。如图所示，数据传输从CSN的下降沿开始。MT6816在SCK的上升沿上采样数据，数据传输最终随着CSN的上升沿停止。

3.2 四线SPI协议

SPI数据传输从CSN的下降沿开始，并在CSN的上升沿停止。SCK是串行端口时钟，由SPI主设备控制，在没有SPI传输时为高电平。MOSI(主输出从输入)和MISO(主输入从输出)是串行端口的输入和输出，在SCK的下降沿驱动，应该在SCK的上升沿捕获。

位0:读/写命令位，当它低时，数据DI7~DI0被写入设备，当它高时，从设备读取数据DO7~D00。
位1-7:地址A6~A0。这是索引寄存器的地址字段。位8-15:数据DI7~DI0(写入模式)。这是将被写入设备的数据(MSB首先
位 8-15:数据 D07~DO0(读取模式)。这是将从设备读取的数据(MSB首先)

3.3 四线SPI读取角度

0~360°的绝对角度0可以通过以下公式计算:

位 0x04[1]这是一个诊断位，表示磁通密度不足。当MT6816无法检测到足够的磁场以进行正常操作时，此位被设置为高。
位 0x04[0]是奇偶检验位，它遵循偶检验规则。如果0x03【7:0】和0x04【7:1】的逻辑高的个数为偶数，则0x04[0]=0.如果0x03【7:0】和0x04【7:1】的逻辑高是奇数，0x04[0]=1

4，基于STM32G474的MT6816的SPI获取角度配置代码

基本逻辑是拉低片选，写入1000 0010（0x83 最高位代表读取，后7位代表读取的索引寄存器的地址字段），写入03寄存器的地址和指令，读取03寄存器的数据，拉高片选，得到第一个数据，再次拉低片选，写入0x04寄存器的地址和指令，读取04寄存器的数据，将得到的14bit的数据进行拼接就可以得到对应的编码器的角度数值，除以16384，乘以角度360°得到角度值。

驱动都是通过cubemx配置得到的，后面的角度获取进行位操作获取一下就可以了

spi.c

/* USER CODE BEGIN Header */
/********************************************************************************* @file    spi.c* @brief   This file provides code for the configuration*          of the SPI instances.******************************************************************************* @attention** Copyright (c) 2025 STMicroelectronics.* All rights reserved.** This software is licensed under terms that can be found in the LICENSE file* in the root directory of this software component.* If no LICENSE file comes with this software, it is provided AS-IS.********************************************************************************/
/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "spi.h"/* USER CODE BEGIN 0 *//* USER CODE END 0 */SPI_HandleTypeDef hspi1;
DMA_HandleTypeDef hdma_spi1_tx;
DMA_HandleTypeDef hdma_spi1_rx;// #define SPI_DMA_BUFFER_SIZE 16// uint8_t spi_tx_buffer[SPI_DMA_BUFFER_SIZE];
// uint8_t spi_rx_buffer[SPI_DMA_BUFFER_SIZE];
/* spi1 init function */
void MX_SPI1_Init(void)
{/* USER CODE BEGIN spi1_Init 0 *//* USER CODE END spi1_Init 0 *//* USER CODE BEGIN spi1_Init 1 *//* USER CODE END spi1_Init 1 */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_HIGH;hspi1.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_2EDGE;hspi1.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT;hspi1.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_8;hspi1.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB;hspi1.Init.TIMode = SPI_TIMODE_DISABLE;hspi1.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;hspi1.Init.CRCPolynomial = 7;hspi1.Init.CRCLength = SPI_CRC_LENGTH_DATASIZE;hspi1.Init.NSSPMode = SPI_NSS_PULSE_DISABLE;if (HAL_SPI_Init(&hspi1) != HAL_OK){Error_Handler();}/* USER CODE BEGIN SPI1_Init 2 */}void HAL_SPI_MspInit(SPI_HandleTypeDef* spiHandle)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};if(spiHandle->Instance==SPI1){/* USER CODE BEGIN SPI1_MspInit 0 *//* USER CODE END SPI1_MspInit 0 *//* SPI1 clock enable */__HAL_RCC_SPI1_CLK_ENABLE();__HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();__HAL_RCC_DMA1_CLK_ENABLE();/**SPI1 GPIO ConfigurationPB5     ------> SPI1_SCKPB6     ------> SPI1_MISOPB7     ------> SPI1_MOSI*/GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_5|GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_7;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF5_SPI1;HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);/* USER CODE BEGIN SPI1_MspInit 1 *//* SPI1 interrupt Init */HAL_NVIC_SetPriority(SPI1_IRQn, 0, 0);HAL_NVIC_EnableIRQ(SPI1_IRQn);/* USER CODE END SPI1_MspInit 1 */}
}void HAL_SPI_MspDeInit(SPI_HandleTypeDef* spiHandle)
{if(spiHandle->Instance==SPI1){/* USER CODE BEGIN SPI1_MspDeInit 0 *//* USER CODE END SPI1_MspDeInit 0 *//* Peripheral clock disable */__HAL_RCC_SPI1_CLK_DISABLE();/**SPI1 GPIO ConfigurationPB5     ------> SPI1_SCKPB6     ------> SPI1_MISOPB7     ------> SPI1_MOSI*/HAL_GPIO_DeInit(GPIOA, GPIO_PIN_5|GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_7);/* SPI1 interrupt Deinit */HAL_NVIC_DisableIRQ(SPI1_IRQn);/* USER CODE BEGIN SPI1_MspDeInit 1 *//* USER CODE END SPI1_MspDeInit 1 */}
}/* USER CODE BEGIN 1 */
void HAL_SPI_TxRxCpltCallback(SPI_HandleTypeDef *hspi)
{if (hspi == &hspi1){// printf("SPI1 DMA Transfer Completed!\r\n");}
}/* USER CODE END 1 */

spi.h

/* USER CODE BEGIN Header */
/********************************************************************************* @file    spi.h* @brief   This file contains all the function prototypes for*          the spi.c file******************************************************************************* @attention** Copyright (c) 2025 STMicroelectronics.* All rights reserved.** This software is licensed under terms that can be found in the LICENSE file* in the root directory of this software component.* If no LICENSE file comes with this software, it is provided AS-IS.********************************************************************************/
/* USER CODE END Header */
/* Define to prevent recursive inclusion -------------------------------------*/
#ifndef __SPI_H__
#define __SPI_H__#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"/* USER CODE BEGIN Includes *//* USER CODE END Includes */extern SPI_HandleTypeDef hspi1;
extern DMA_HandleTypeDef hdma_spi1_tx;
extern DMA_HandleTypeDef hdma_spi1_rx;/* USER CODE BEGIN Private defines *//* USER CODE END Private defines */void MX_SPI1_Init(void);/* USER CODE BEGIN Prototypes *//* USER CODE END Prototypes */#ifdef __cplusplus
}
#endif#endif /* __SPI_H__ */

mt6816.c

#include "mt6816.h"
#include "FastMath.h"// E_MISO ----> PA6
// E_MOSI ----> PA7
// E_SCK ----> PA5
// E_NSS ----> PA15
// E_DI2 ----> PB3/************************************************** SPI接发数据的驱动配置接口* ***********************************************/
void GPIO_NSS_init(void)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();/*Configure GPIO pins : PB9 */GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_9;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);SPI_NSS_0(); //设置低电平选中芯片
}static uint8_t SPI_ReadWriteOneByte(uint8_t tx_data)
{uint8_t Rxdata = 0, ret = 0;ret = HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi1, &tx_data, &Rxdata, 1, 0xffffffff); //阻塞方式读写if (ret == 0) return Rxdata; return 0;
}static uint8_t SPI_ReadWriteData(uint8_t const *tx_data, uint8_t *Rxdata, uint16_t len)
{return HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi1, (uint8_t *)tx_data, Rxdata, len, 0xffffffff); //阻塞方式读写
}/*** 绝对值 编码器初始化*/
void mt6816_absolute_init(void)
{GPIO_NSS_init();MX_SPI1_Init();
}
/************************************************ SPI 读取编码器角度值 ***********************************************/
/*
绝对角度寄存器 Angle[13:0]
|-----------------------------------------------
|地址|位7||位6||位5||位4||位3||位2||位1||位0|类型|
|-----------------------------------------------
|0x003|				Angle[13:6]           |只读|
|-----------------------------------------------
|0x004|				Angle[5:0]            |只读|
|-----------------------------------------------
*/
uint16_t mt6816_read_angle(void)
{uint16_t Angle = 0;uint8_t status = 0;       //检测磁通密度是否满足条件uint8_t TxData[2] = {0};uint8_t RxData[2] = {0};uint8_t ret = 0;	TxData[0] = Read | 0x03;TxData[1] = Read | 0x04;SPI_NSS_0();ret = SPI_ReadWriteData((uint8_t const *)&TxData[0], (uint8_t *)&RxData[0], 1);SPI_NSS_1();SPI_NSS_0();ret = SPI_ReadWriteData((uint8_t const *)&TxData[1], (uint8_t *)&RxData[1], 1);SPI_NSS_1();if (ret == 0) {status = RxData[1]&0x02; if (status == 0) {Angle = ((uint16_t)RxData[0] << 5) | ((uint16_t)RxData[1] >> 2);}}// float e_angle = Angle / 16384 * 2 * 3.14159265359f;OSA_INFO("read angle/%.2f, status/%d", Angle, status);return Angle;
}

mt6816.h

#ifndef MT6816_H
#define MT6816_H
#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <string.h>#include "spi.h"
#include "gpio.h"
#include "tim.h"#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif// PB9-NSS
#define SPI_NSS_0()   HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_9, GPIO_PIN_RESET)
#define SPI_NSS_1()   HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_9, GPIO_PIN_SET)//CMD
#define Read			0x80
#define Write 			0x00/*** 绝对值 编码器初始化*/
void mt6816_absolute_init(void);
uint16_t mt6816_read_angle(void);#ifdef __cplusplus
}
#endif#endif

上面所写的很多内容是参考官方的手册翻译过来的，有兴趣的小伙伴可以看一下原版的手册，已经上传到文章顶端了。。。

参考文章：

STM32 SPI获取MT6816磁编码器绝对角度-CSDN博客

步进电机驱动(Xdrive)学习2.1- MT6816 磁编码器-CSDN博客