実験6 外部割り込みの使用 – モーターエンコーダ値の取得

実験の目的：

外部割り込みの仕組みを理解します。
外部割り込みに基づいてエンコーダ付きモーターの値を取得します。
STM32CubeMXで新規プロジェクトを作成し、MDK_ARMプロジェクトファイルを生成できるようにします。
プロジェクトのテストを行います。

応用シーン：

モーター位置検出システムは、エンコーダによってモーターの回転位置をリアルタイムで監視し、シリアルポート経由で位置データを出力します。ロボットの関節制御や精密機器の位置決めなど、正確な位置フィードバックが必要な組み込みアプリケーションに適しています。

機能要件：

エンコーダ付きモーターを手で回転させ、回転によって発生したエンコーダ値を計算し、シリアルポートに出力します。

ハードウェアの準備：

STM32メインボード V1.3 * 1、ST-Linkダウンロードケーブル * 1、3Sバッテリーボックス * 1、リチウム電池 * 3、モーター * 1

回路接続：

ハードウェアモジュール

ヒント：ハードウェアおよびソフトウェア環境の構成

UNI-STM32開発ボード【V1.3】の紹介

UNI-STM32開発環境の構成【V2.0】

電池および電源モジュール使用上の注意事項（必読）

電子モジュールの紹介

ピンの紹介

ハードウェア	ピン
エンコーダ付きモーター	M1

実際の配線

ソフトウェア設計：

プロジェクトのダウンロード

ソースのリンク：（HumansX サポートより提供）

プログラムコード

コアコード：main.c

/* USER CODE BEGIN Header */
/**
  ******************************************************************************
  * @file           : main.c
  * @brief          : Main program body
  ******************************************************************************
  * @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 "main.h"
#include "tim.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "motor.h"
#include "stm32f4xx_it.h"
/* USER CODE END Includes */

/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */

/* USER CODE END PTD */

/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */

/* USER CODE END PD */

/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM */

/* USER CODE END PM */

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/

/* USER CODE BEGIN PV */

/* USER CODE END PV */

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */

/* USER CODE END PFP */

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */
volatile int32_t encoder_count1 = 0;
/* USER CODE END 0 */

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{

  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_TIM1_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  Motor_Init(); // motor1 init
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    //motor_move_test();  //motor go back test
    printf("Encoder Count: %d\r\n", encoder_count1);
    HAL_Delay(100);
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

/**
  * @brief System Clock Configuration
  * @retval None
  */
void SystemClock_Config(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

  /** Configure the main internal regulator output voltage
  */
  __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();
  __HAL_PWR_VOLTAGESCALING_CONFIG(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1);

  /** Initializes the RCC Oscillators according to the specified parameters
  * in the RCC_OscInitTypeDef structure.
  */
  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = 4;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 84;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = RCC_PLLP_DIV2;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = 4;
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  /** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks
  */
  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                              |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;

  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

/* USER CODE BEGIN 4 */

/* USER CODE END 4 */

/**
  * @brief  This function is executed in case of error occurrence.
  * @retval None
  */
void Error_Handler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */
  /* User can add his own implementation to report the HAL error return state */
  __disable_irq();
  while (1)
  {
  }
  /* USER CODE END Error_Handler_Debug */
}

#ifdef  USE_FULL_ASSERT
/**
  * @brief  Reports the name of the source file and the source line number
  *         where the assert_param error has occurred.
  * @param  file: pointer to the source file name
  * @param  line: assert_param error line source number
  * @retval None
  */
void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
{
  /* USER CODE BEGIN 6 */
  /* User can add his own implementation to report the file name and line number,
     ex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
  /* USER CODE END 6 */
}
#endif /* USE_FULL_ASSERT */

操作手順：

全体の流れ：

(1) STM32CubeMXソフトウェアでピン割り当てと周辺機器の初期化を設定し、構成コードを生成します。

(2) keil5でMDK_ARMプロジェクトファイルを開き、コードの編集、コンパイル、デバッグを行います。

基本パラメータ：

本ドキュメントの（ハードウェアモジュール）に従って開発環境を構成した後の基本パラメータは次のとおりです。

ソフトウェアバージョン：STM32CubeMX V6.14.0

ハードウェアプラットフォーム：STM32F407IGT6

コンパイル環境：MDK_ARM V5.3.2

デバッグツール：ST-LINK/V2

1. 新規プロジェクトの作成とMCUの構成

1.1 MCUの選択

STM32CubeMX ソフトウェアを開き、File > New Project をクリックします。

2. MCU の絞り込み条件を設定してSTM32F407IGT6を選択し、バージョン欄をクリックしてから、最後に Start Project をクリックしてプロジェクトの構成を開始します。

プロジェクト構成画面は次のとおりです。

1.2 クロック構成とコア構成

Pinout & Configuration の System Core で、RCC (reset and clock control) をクリックします。

HSE クロックソースを Crystal/Ceramic Resonator（水晶またはセラミック発振子）に設定します。

設定が完了すると、対応するピン（OSC_IN と OSC_OUT）が自動的に構成されます（下図の緑色の部分を参照）。

機能：

外部高速水晶発振器（HSE）を接続し、システムに高精度なクロックソースを提供します。

**RCC_OSC_IN**：水晶入力ピン。

**RCC_OSC_OUT**：水晶出力ピン（フィードバック信号）

デフォルト機能：

**PH0**：**OSC_IN**（外部水晶入力）。

**PH1**：**OSC_OUT**（外部水晶出力）。

デバッグインターフェースのピンを設定します。System Core で SYS をクリックし、Debug のモードを Serial Wire に設定します。

設定が完了すると、対応するピン（pin out）が緑色になります。

緑色の部分をクリックすると、詳細を確認できます。

1.3 クロックツリーの構成

クロックパラメータを次の順に設定します。1. 入力周波数の値を8に変更、2. HSEを選択、3. PLLCLKを選択、4. HCLKパラメータを84に変更。その他のパラメータはデフォルトのままで構いません。

ヒント：構成時にはエラーが自動的に検出されます。周波数の設定が誤っている場合は、エラーが赤色で表示されます。

2. MCUの初期化パラメータの構成

2.1 USARTシリアルポートの構成

PA9 と PA10 をそれぞれ USART1_TX と USART1_RX に設定します。GPIOをクリックし、ピン構成をクリックします（この時点ではUSART1が未設定のため、ピンには黄色の警告が表示されます）。

Connectivity — USART1 をクリックし、モードを Asynchronous に設定します（USART1の構成後、関連するピンが緑色になり、ピン構成が正常であることを示します）

2.2 プロジェクト管理の構成

デフォルトの画面は次のとおりです。

プロジェクト名を入力します（任意の名前で構いません）。

プロジェクトの保存先を選択します（Cドライブには保存しないでください）。

コンパイル環境としてMDK_ARMを選択します。

バージョン番号V5.3.2を選択します。

ファームウェアパッケージ名とバージョン。

（ヒント：デフォルトでは「Use latest available version」にチェックが入っています。ただし、ローカルPCに最新バージョンがない場合はエラーになります。その場合はパッケージを各自ダウンロードしてローカルにインストールする必要があります。インストール方法は以下のリンクを参照してください。

UNI-STM32開発環境の構成【V2.0】（リンク先の「6. よくある構成Q&A」のQ3に解決方法があります）

上記の構成が完了すると、次の図のようになります。

2.Project Manager > Code Generator ウィンドウを次のように構成します。

3.Project Manager > Advanced Settings ウィンドウで、HAL ライブラリを選択します。

プロジェクトを保存します：File — Save Project をクリックします。

ヒント：必ずプロジェクトファイルを再度保存してください（主にGPIO構成を保存するため）。File — Save Project をクリックします。

3. GPIO構成 - モーターのパラメータ

M1 DCモーターのピンパラメータ表：

ピン	パラメータ	User Label
PE13	TIM1_CH3
PE14	TIM1_CH4
PD10	GPIO_Input	M1B
PG2	GPIO_EXTI2	M1A

GPIOをクリックし、PE13とPE14のピンを探します。

ピン配置図でPE13を左クリックし、PE13の機能としてTIM1_CH3を選択します。同様にPE14を左クリックし、機能としてTIM1_CH4を選択します（詳細は下図を参照）。（注：ピン割り当てが完了するとピンがオレンジ色になります。これはピンの割り当てのみが完了し、対応する周辺機能がまだ有効になっていないことを示します。）

左側のTimersパネルをクリックし、TIM1の設定を選択してパラメータを設定します。

Channel3（チャンネル3）：PWM Generation CH3
Channel4（チャンネル4）：PWM Generation CH4

このとき、ピンの表示色が緑色に変わり、正常に構成されたことを示します。

GPIOをクリックし、画面下部でPD10を検索すると、ピンビュー上のPD10が点滅します。

PD10を左クリックし、GPIO_Inputを選択します。

User Labelを設定します。PD10の行をダブルクリックして設定画面を開き、右側のGPIO modeのドロップダウンからInput modeを選択し、User LabelにM1Bと入力します。

GPIOをクリックし、画面下部でPG2を検索すると、ピンビュー上のPG2が点滅します。

PG2を左クリックし、GPIO_EXTI2を選択します。

User Labelを設定します。PG2の行をダブルクリックして設定画面を開き、右側のGPIO modeのドロップダウンから「External Interrupt Mode with Rising/Falling edge trigger detection」を選択し、User LabelにM1Aと入力します。

プロジェクトファイルを再度保存します。

ヒント：必ずプロジェクトファイルを再度保存してください（主に先ほどの構成を保存するため）。File — Save Project をクリックします。

4. コードの生成

1. GENERATE CODE をクリックしてコードを生成します。

コードが自動生成されます。

コード生成が完了しました。

5. ユーザーコードの追加

上記で生成したフレームワークをもとに、keilエディタでユーザーコードを追加し、コンパイルとデバッグを行います。

ヒント1：例えば、main.c の /* USER CODE BEGIN xx */ と /* USER CODE END xx */ の間にユーザーコードを追加します。

ヒント2：.c ファイルを独自に作成することもできます。

ヒント3：ユーザーコードは自分で記述できます。また、（コード解説）に掲載されている事例を参考にして学習することもできます。

6. コードのダウンロードとテスト

(1) プロジェクトをダウンロードします。ここではデモを用意しています（本ドキュメントの「ソフトウェア設計 - プロジェクト」から直接ダウンロードできます）。

参考リンク（UNI-STM32開発環境の構成 -- 5 プログラムのダウンロード）を参照してください。

(2) ST-Linkのもう一方の端をPCのUSBポートに接続します。Type-Cデバッグケーブルのもう一方の端をPCのUSBポートに接続します。

(3) シリアルデバッグアシスタントで結果を確認します。

シリアルデバッグアシスタントのダウンロード：以下のリンクからシリアルデバッグアシスタントをダウンロードできます。

（HumansX サポートより提供） AB %E4%B8%B2%E5%8F%A3%E8%B0%83%E8%AF%95%E5%8A%A9%E6%89%8B

シリアルデバッグアシスタントを開き、次の図に従ってボーレート、データビット、ストップビット、パリティビットを設定します（ポート番号はPCが自動的に認識します）。

(4) クリックしてシリアルポートを開きます。

(5) モーターを回転させ、シリアルポートから返されるエンコーダ値を確認します。

実験結果

車輪を手で回転させ、出力されるモーターのエンコーダ値を確認します。

コード解説

1. ユーザーコードの解説

次の図は、プロジェクトファイルに追加したユーザーコードを示しています。

2. ユーザーコードのインポート方法

まず、ユーザー定義ファイル（.c や .h など）を自分のプロジェクトフォルダにインポートし、keil5 IDEで .c ファイルを追加してコンパイルします。

既存のユーザーファイルのインポート：keilで既存のユーザーファイルをインポートする方法を参照してください

次に、main.c ファイルにユーザーコードを追加します。

(1) まず参照用のプロジェクトファイルのコードを開きます。main.c ファイルは主にstm32cubemxによって自動生成されたものです。このフレームワークをもとに実装したい機能を追加・改良します。特に /* USER xx で始まり終わるコードを確認してください。下図の赤色の部分が記入したユーザーコードです。

(2) 上記の赤色で示したコードを自分のプロジェクトファイルの main.c にコピーし、コンパイルとダウンロードを行って動作を確認します。

技術サポート

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