一、学习前提：编码器接口简介

编码器接口是STM32微控制器中用于处理增量式（正交）编码器信号的重要功能。它能够接收来自编码器的A相和B相信号，并根据这些信号自动控制计数器（CNT）的增减，从而确定编码器的位置、旋转方向和旋转速度。每个高级定时器和通用定时器都配备了一个编码器接口，且两个输入引脚通常借用输入捕获的通道1和通道2（即CH1和CH2引脚）。

工作原理

编码器接口的工作原理基于正交信号的特性。正交信号的A相和B相信号之间存在90°的相位差，这种相位差使得可以通过解析A相和B相信号来确定旋转的方向。当编码器旋转时，A相和B相信号的边沿变化会导致定时器计数器（CNT）的值相应增加或减少，从而实现对旋转运动的精确测量。

功能特点

  1. 四倍频技术：STM32的编码器接口支持四倍频技术，这意味着它能够在每个周期内检测到更多的脉冲，从而提高计数精度。

  2. 方向检测：通过分析A相和B相信号的相位关系，编码器接口能够自动检测旋转方向，即正转或反转。

  3. 灵活的软件配置：编码器接口允许通过软件配置来适应不同的编码器类型和应用需求，例如设置编码器模式为2倍频或4倍频，以及选择输入信号的极性和通道。

  4. 输入滤波：为了减少噪声对信号的影响，编码器接口还支持输入滤波功能，如果一相不变，另一相一直变化，则检测为噪声，不进行反应。

应用场景

编码器接口在需要精确测量和控制旋转运动的场合中非常有用，例如：

  • 电机控制：通过编码器接口，可以精确测量电机的转速和位置，实现精确的速度和位置控制。

  • 机器人技术：在机器人关节的控制中，编码器接口可以帮助确定关节的精确位置和运动状态。

  • 自动化设备：在各种自动化设备中，编码器接口可以用于监控和控制机械部件的旋转运动。

初始化步骤

编码器接口的初始化通常包括以下步骤：

  1. 开启时钟：开启GPIO和定时器的时钟。

  2. 配置GPIO：将相关的GPIO引脚配置为输入模式。

  3. 配置时基单元：设置预分频器、自动重装值等参数。

  4. 配置输入捕获单元：设置滤波器和极性等参数。

  5. 配置编码器接口模式：根据需要配置编码器接口的工作模式。

  6. 启动定时器：最后，启动定时器并进行必要的软件设计，如设置定时器的中断优先级和开启中断。

通过合理配置和编程，STM32微控制器的编码器接口可以显著提升各种应用的性能和可靠性，实现对旋转运动的精确控制和测量。

二、正交编码器接口实现简介

正交编码器接口是一种用于处理正交编码信号的接口技术。正交编码信号由两个相位差为90度的脉冲信号组成，通常称为A相和B相。通过对A相和B相信号的边缘检测和比较，可以确定旋转方向和计算旋转脉冲数，从而实现对旋转角度和速度的精确测量。

图中展示了正交编码器在正转和反转情况下的信号波形。图中的波形清晰地显示了A相和B相信号的相位关系，以及它们如何通过边沿变化来指示旋转方向。

正转情况：

  • 在正转时，A相的上升沿通常先于B相的上升沿出现，这意味着当A相信号从低电平变为高电平时，B相信号仍然是低电平。随后，B相信号上升，当B相信号从低电平变为高电平时，A相信号已经处于高电平状态。

反转情况：

  • 在反转时，B相的上升沿先于A相的上升沿出现，这与正转的情况相反。即当B相信号从低电平变为高电平时，A相信号仍然是低电平。随后，A相信号上升，当A相信号从低电平变为高电平时，B相信号已经处于高电平状态。

这种相位关系使得可以通过检测A相和B相信号的边沿变化来确定旋转的方向。

三、旋转编码器基本结构

编码器接口的基本结构，它主要由以下几个部分组成：

  1. GPIO（通用输入输出端口）：

    • 图中显示了两个GPIO端口，每个端口都连接到一个滤波器。

    • GPIO端口用于接收来自编码器的A相和B相信号。

  2. 滤波器：

    • 每个GPIO端口后都有一个滤波器，用于滤除输入信号中的噪声，以确保信号的稳定性和准确性。

    • 滤波器有助于提高信号的质量，减少由于电磁干扰或其他噪声源引起的误触发。

  3. 边沿检测极性选择：

    • 滤波器后的信号会经过边沿检测极性选择电路，用于确定信号的边沿类型（上升沿或下降沿）。

    • 这个选择电路可以根据应用需求来设置，以适应不同的编码器信号特性。

  4. 编码器接口：

    • 编码器接口是整个结构的核心部分，它接收经过处理的A相和B相信号。

    • 编码器接口负责解析这些信号，并根据信号的变化来控制计数器的增减。

  5. 时基单元：

    • 时基单元包括预分频器（PSC）和计数器（CNT）。

    • 预分频器用于调整计数器的计数频率，以匹配编码器的信号频率。

    • 计数器用于记录编码器的脉冲数，从而确定旋转的角度和速度。

  6. ARR（自动重装载器）：

    • ARR用于设置计数器的最大值，当计数器达到这个值时，会自动重置为0，重新开始计数。

    • 这个功能可以用于实现周期性测量，或者在达到某个计数值时触发特定的操作。

 

四、可实现功能

  1. 信号接收：

    接口通过GPIO端口接收来自编码器的A相和B相信号。

  2. 信号处理：

    滤波器用于去除信号中的噪声，保证信号清晰。边沿检测极性选择电路识别信号的上升沿或下降沿，确定编码器的旋转方向。

  3. 计数与测量：

    编码器接口解析信号，控制内部计数器（CNT）根据信号变化进行计数。计数器记录脉冲数，用于计算编码器的旋转角度和速度。

  4. 周期性测量：

    自动重装载器（ARR）设定计数器的最大值，实现周期性计数和测量。

  5. 方向检测：

    通过分析A相和B相信号的相位关系，接口能够自动检测编码器的旋转方向 

 五、现象和代码

最终实现顺时针旋转为正速度，逆时针旋转为负速度。

代码：encorder.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

int16_t Encoder_Count; // 定义一个全局变量，用于存储编码器的计数值

// 编码器初始化函数
void Encoder_Init(void)
{
    // 使能GPIOB和AFIO时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);
    
    // 配置GPIO
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU; // 设置为输入上拉模式
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1; // 配置PB0和PB1引脚
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; // 设置速度为50MHz
    GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);
    
    // 配置AFIO，用于引脚重映射
    // 配置GPIOB的14引脚为外设中断线路。
    GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB,GPIO_PinSource0);
    GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB,GPIO_PinSource1);
    
    // 配置EXTI（外部中断/事件控制器）
    EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;
    EXTI_InitStructure.EXTI_Line=EXTI_Line0|EXTI_Line1; // 配置PB0和PB1的外部中断线路
    EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd=ENABLE; // 使能中断线路
    EXTI_InitStructure.EXTI_Mode=EXTI_Mode_Interrupt; // 设置为中断模式
    EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger=EXTI_Trigger_Falling; // 设置触发方式为下降沿触发
    EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);
    
    // 配置NVIC（嵌套向量中断控制器）
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=EXTI0_IRQn; // EXTI0中断通道
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE; // 使能中断通道
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1; // 设置抢占优先级为1
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=1; // 设置子优先级为1
    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); // 设置中断优先级分组
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
    
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=EXTI1_IRQn; // EXTI1中断通道
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE; // 使能中断通道
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1; // 设置抢占优先级为1
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=2; // 设置子优先级为2
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}

// 获取编码器计数值的函数
int16_t Encoder_Get(void)
{
    int16_t Temp;
    Temp=Encoder_Count; // 读取计数值
    Encoder_Count=0; // 清零计数值
    return Temp; // 返回计数值
}

// EXTI0中断处理函数
void EXTI0_IRQHandler(void)
{
    if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line0)==SET) // 检查中断标志位
    {
        if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_1)==0) // 读取PB1引脚的状态
        {
            Encoder_Count--; // 如果PB1为低电平，则计数器减1
        }
        EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0); // 清除中断标志位
    }
}

// EXTI1中断处理函数
void EXTI1_IRQHandler(void)
{
    if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line1)==SET) // 检查中断标志位
    {
        if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_0)==0) // 读取PB0引脚的状态
        {
            Encoder_Count++; // 如果PB0为低电平，则计数器加1
        }
        EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line1); // 清除中断标志位
    }
}

 main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.H"
#include "ENCODER.H"
int16_t Num;
int main()
{
	OLED_Init();
	Encoder_Init();
	OLED_ShowString(1,3,"chenxi");
	while(1)
	{
		Num+=Encoder_Get();
		OLED_ShowSignedNum(2,1,Num,5);//显示速度
	}
}

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