前言

雨打燈難滅，風(fēng)吹色更明。
若飛天上去，定作月邊星?！畎住对佄灮稹?/p>

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一、旋轉(zhuǎn)編碼器介紹

旋轉(zhuǎn)編碼器是一種可以左右旋轉(zhuǎn)，同時也可以按下，也可以按下旋轉(zhuǎn)的器件，通過左右旋轉(zhuǎn)對應(yīng)著內(nèi)部不同開關(guān)的導(dǎo)通，同時按下也可以旋轉(zhuǎn)，由此看來旋轉(zhuǎn)編碼器可以實現(xiàn)很復(fù)雜的功能，簡單的通過左右旋轉(zhuǎn)可以調(diào)節(jié)音量、亮暗等功能，按鍵可以發(fā)揮普通按鍵的作用，按下按鍵的同時左右旋轉(zhuǎn)又可以區(qū)別普通旋轉(zhuǎn)的按鍵，因此可以用一個旋轉(zhuǎn)編碼器同時調(diào)節(jié)音量和亮暗(舉例),同時也可以通過不同的轉(zhuǎn)速實現(xiàn)不同的功能，綜上所述，它的功能很復(fù)雜，用處也很多。

旋轉(zhuǎn)編碼器是用來測量轉(zhuǎn)速并配合 PWM 技術(shù)可以實現(xiàn)快速調(diào)速的裝置，光電式旋轉(zhuǎn)編碼器通過光電轉(zhuǎn)換，可將輸出軸的角位移、角速度等機械量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖以數(shù)字量輸出（REP）。

• 按信號的輸出類型分為： 電壓輸出、集電極開路輸出、推拉互補輸出和長線驅(qū)動輸出。
• 形式分類：
  有軸型：有軸型又可分為夾緊法蘭型、同步法蘭型和伺服安裝型等。
  軸套型：軸套型又可分為半空型、全空型和大口徑型等。
  以編碼器工作原理可分為： 光電式、磁電式和觸點電刷式。
  按碼盤的刻孔方式不同分類編碼器可分為增量式和絕對式兩類。

旋轉(zhuǎn)編碼器的原理和特點

• 原理：

  • 旋轉(zhuǎn)編碼器是集光機電技術(shù)于一體的速度位移傳感器。當旋轉(zhuǎn)編碼器軸帶動光柵盤旋轉(zhuǎn)時，經(jīng)發(fā)光元件發(fā)出的光被光柵盤狹縫切割成斷續(xù)光線，并被接收元件接收產(chǎn)生初始信號。該信號經(jīng)后繼電路處理后，輸出脈沖或代碼信號。
  • 旋轉(zhuǎn)編碼器是由一個中心有軸的光電碼盤組成，其上有環(huán)形通、暗的刻線，有光電發(fā)射和接收器件讀取，獲得四組正弦波信號組合成A、B、C、D,每個正弦波相差90度相位差，將C、D信號反向，疊加在A、B兩相上，可以增強穩(wěn)定信號;另每轉(zhuǎn)輸出一個Z相脈沖以代表零位參考位。因為A、B兩相相差90度，可以通過比較A相在前還是B相在前，借此來判別編碼器的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，通過零位脈沖，可獲得編碼器的零位參考位。

• 特點：

  體積小、重量輕、品種多、功能全、頻響高、分辨能力高，力矩小，耗能低，性能穩(wěn)定，可靠使用壽命長等特點。

1、增量式編碼器

增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號，再把這個電信號轉(zhuǎn)變成計數(shù)脈沖，用脈沖的個數(shù)表示位移的大小。增量式編碼器也稱為正交編碼器，是通過兩個信號線的脈沖輸出來進行數(shù)據(jù)處理，一個輸出脈沖就對應(yīng)于一個增量位移，編碼器每轉(zhuǎn)動一定的位移，就會產(chǎn)生一個脈沖信號。通過讀取單位時間脈沖信號的數(shù)量，達到測量速度的效果（v = s / t），通過對脈沖信號的累加，和編碼器的碼盤周長 （轉(zhuǎn)一圈對應(yīng)的距離） 便可以達到計算距離的效果（s = n * d）。

• 工作原理：

  增量式旋轉(zhuǎn)編碼器通過兩個光敏接收管來轉(zhuǎn)化角度碼盤的時序和相位關(guān)系，得到角度碼盤角度位移量的增加（正方向）或減少（負方向）。
  
• 上圖A、B兩點間的距離為S2，A、B表示兩個相同的光敏接收管，下面的角度碼盤的光柵間距分別為S0（凹槽）和S1（凸起）。
• 當角度碼盤勻速轉(zhuǎn)動時，可知輸出波形圖中的S0：S1：S2比值與實際圖的S0：S1：S2比值相同，同理，當角度碼盤變速轉(zhuǎn)動時，輸出波形圖中的S0：S1：S2比值與實際圖的S0：S1：S2比值仍相同。
• 通過輸出波形圖可知每個運動周期：

順時針運動逆時針運動

A B	A B
1 1	1 1
0 1	1 0
0 0	0 0
1 0	0 1

• 我們把當前的A、B輸出值保存起來，與下一個到來的A、B輸出值做比較，就可以得出角度碼盤轉(zhuǎn)動的方向；

• 如果光柵格S0等于S1時，也就是S0和S1弧度夾角相同，且S2等于S0的1/2，那么可得到此次角度碼盤運動位移角度為S0弧度夾角的1/2，再除以所用的時間，就得到此次角度碼盤運動位移的角速度。

• S0等于S1時，且S2等于S0的1/2時，1/4個運動周期就可以得到運動方向位和位移角度，如果S0不等于S1，S2不等于S0的1/2，那么要1個運動周期才可以得到運動方向位和位移角度了。

  （我們用的鼠標的滾輪也是這個原理。）

• 實際使用的增量式編碼器輸出三組方波脈沖A、B和Z（有的叫C相）相。A、B兩組脈沖相位差90o，可以判斷出旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)速度。而Z相脈沖又叫做零位脈沖（有時也叫索引脈沖），為每轉(zhuǎn)一周輸出一個脈沖，Z相脈沖代表零位參考位，通過零位脈沖，可獲得編碼器的零位參考位，專門用于基準點定位，如下圖所示：
  
  

• 增量是編碼器轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，有相應(yīng)的脈沖輸出，其計數(shù)起點可以任意設(shè)定，可實現(xiàn)多圈無限累加和測量。編碼器軸轉(zhuǎn)動一圈會輸出固定的脈沖數(shù)，脈沖數(shù)由編碼器碼盤上面的光柵的線數(shù)所決定，編碼器以每旋轉(zhuǎn)360度提供多少通或暗的刻線稱為分辨率，也稱解析分度、或稱作多少線，一般在每轉(zhuǎn)5~10000線，當需要提高分辯率時，可利用90度相位差的A、B兩路信號進行倍頻或者更換高分辯率編碼器。

• 增量型編碼器精度取決于機械和電氣的因素，這些因素有：光柵分度誤差、光盤偏心、軸承偏心、電子讀數(shù)裝置引入的誤差以及光學(xué)部分的不精確性，誤差存在于任何編碼器中。

• 編碼器的信號輸出有正弦波（電流或電壓）、方波（TTL、HTL）等多種形式。并且都可以用差分驅(qū)動方式，含有對稱的A+/A-、B+/B-、Z+/Z-三相信號，由于帶有對稱負信號的連接，電流對于電纜貢獻的電磁場為0，信號穩(wěn)定衰減最小，抗干擾最佳，可傳輸較遠的距離，例如：對于TTL的帶有對稱負信號輸出的編碼器，信號傳輸距離可達150米。對于HTL的帶有對稱負信號輸出的編碼器，信號傳輸距離可達300米。

• 增量式編碼器軸旋轉(zhuǎn)時，有相應(yīng)的相位輸出。其旋轉(zhuǎn)方向的判別和脈沖數(shù)量的增減，需借助后部的判向電路和計數(shù)器來實現(xiàn)。其計數(shù)起點可任意設(shè)定，并可實現(xiàn)多圈的無限累加和測量。還可以把每轉(zhuǎn)發(fā)出一個脈沖的Z信號，作為參考機械零位。當脈沖已固定，而需要提高分辨率時，可利用帶90度相位差A(yù)，B的兩路信號，對原脈沖數(shù)進行倍頻。
  

• 編碼器時序：

• 實物圖：

我使用的是下面這種比較簡單的五腳旋轉(zhuǎn)編碼器：

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二、引腳配置

我使用的旋轉(zhuǎn)編碼器有五個引腳，可能還會有其他不同類型的會有不同的引腳，
這五個引腳分別為GND, VCC（+）, SW, DT, CLK，具體的引腳已經(jīng)在簡介的圖中標明了。

• VCC：接電源正極 3.3~5V；
• GND：接地；
• SW（Switch：開關(guān)）：PA7(TIM3_CH2)
• DT（DT：數(shù)據(jù)）：PA6(TIM3_CH1)
• CLK（CLK：時鐘）：PA5（任選一個引腳：配置為上拉輸入模式）

接線表：

旋轉(zhuǎn)編碼器的接口STM32的IO口設(shè)置的工作模式

VCC	VCC(3.3V)	-
GND	GND	-
SW（Switch：開關(guān)）	PA7	定時器編碼模式
DT（DT：數(shù)據(jù)）	PA6	定時器編碼模式
CLK（CLK：時鐘）	PA5	GPIO_Mode_IPU（上拉輸入模式）
-	PA9	TX（USART1 串口1通信）
-	PA10	RX（USART1 串口1通信）

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三、新建工程

1.打開STM32CubeMX軟件，點擊“新建工程”

2. 選擇 MCU 和封裝

3.配置時鐘

具體學(xué)習(xí)可以參考：博客網(wǎng)站-RCC學(xué)習(xí)

4.配置調(diào)試模式

5.串口（USART1）配置

6.定時器（TIM）配置

• 配置為編碼器模式：
  

7.生成代碼

輸入項目名稱和路徑。（注：路徑中不允許出現(xiàn)中文。）

選擇應(yīng)用的IDE，開發(fā)環(huán)境MDK-ARM V5

每個外設(shè)生成獨立的 ’.c/.h’ 文件

• 不勾： 所有初始化代碼都生成在 main.c
• 勾選： 初始化代碼生成在對應(yīng)的外設(shè)文件。 如 GPIO 初始化代碼生成在 gpio.c 中。
  
  點擊 GENERATE CODE 生成代碼
  

8.構(gòu)建工程

DeBug的模式根據(jù)不同的芯片進行選擇：

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四、編寫代碼

在main.c文件中，添加一下代碼：

• 重寫fget和fput函數(shù)：勾選微庫（這個很重要），添加頭文件<stdio.h>；
  

/* USER CODE BEGIN Includes */ #include<stdio.h> /* USER CODE END Includes */ /*** 函數(shù)功能: 重定向c庫函數(shù)printf到DEBUG_USARTx* 輸入?yún)?shù): 無* 返 回 值: 無* 說 明：無*/ int fputc(int ch, FILE *f) {HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 0xffff);return ch; }/*** 函數(shù)功能: 重定向c庫函數(shù)getchar,scanf到DEBUG_USARTx* 輸入?yún)?shù): 無* 返 回 值: 無* 說 明：無*/ int fgetc(FILE *f) {uint8_t ch = 0;HAL_UART_Receive(&huart1, &ch, 1, 0xffff);return ch; }

• 添加代碼encoder文件對（.c/.h）:
  • 首先要新建文件，然后在添加到工程中去；
    
    
• 將新建的文件添加到工程中去；

• 返回上一級，尋找自己新建的文件：
  
  
  - 此時，完成了添加encoder.c文件： 在encoder.c中添加如下代碼，即可將encoder.h添加進工程

#include "encoder.h"

• 在encoder.c中添加代碼：

#include "encoder.h"uint8_t lock; //旋鈕鎖死標志（1表示鎖死） uint16_t count; //計數(shù)標志uint8_t ENCODER_READ(void) {uint8_t key = 0; //存放按鍵的值uint8_t level; //記錄按鈕另一端的電平值if(HAL_GPIO_ReadPin(encoder_port_A, encoder_right) && HAL_GPIO_ReadPin(encoder_port_A, encoder_left)) //讀取此時{lock = 0; //判斷旋鈕是否鎖死}if(!HAL_GPIO_ReadPin(encoder_port_A, encoder_right) && lock == 0) //判斷是否旋轉(zhuǎn)按鈕，同時判斷是否有按鈕鎖死{HAL_Delay(100);level = HAL_GPIO_ReadPin(encoder_port_A,encoder_left); //把旋鈕另一端電平狀態(tài)記錄HAL_Delay(13); //延時if(!HAL_GPIO_ReadPin(encoder_port_A, encoder_right)) //去抖{if(level == 0){key = 1; //右轉(zhuǎn)}else{key = 2; //左轉(zhuǎn)}count = 0; //初始鎖死判斷計數(shù)器while(!HAL_GPIO_ReadPin(encoder_port_A, encoder_right) && count < 60000) //等待放開旋鈕，同時累加判斷鎖死{count++;lock = 1;HAL_Delay(200);}}}if(!HAL_GPIO_ReadPin(encoder_port_A,encoder_down) && lock == 0){HAL_Delay(20);if(!HAL_GPIO_ReadPin(encoder_port_A,encoder_down)) //消抖{key=3;}}return key; }

• 在encoder.h中添加代碼：

#ifndef _ENCODER_H_ #define _ENCODER_H_#include "main.h" #include "tim.h"#define encoder_port_A GPIOA#define encoder_left GPIO_PIN_6 //定義IO接口，DT， 旋鈕左轉(zhuǎn) #define encoder_right GPIO_PIN_5 //定義IO接口，CLK，旋鈕右轉(zhuǎn) #define encoder_down GPIO_PIN_7 //定義IO接口，SW， 旋鈕按下uint8_t ENCODER_READ(void); //接口讀取值#endif

• 在主函數(shù)main.c中添加代碼：

/*** @brief The application entry point.* @retval int*/ int main(void) {/* USER CODE BEGIN 1 */int b;/* 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_TIM3_Init();MX_USART1_UART_Init();/* USER CODE BEGIN 2 */printf("encoder is ready：\r\n");/* USER CODE END 2 *//* Infinite loop *//* USER CODE BEGIN WHILE */while (1){/* USER CODE END WHILE *//* USER CODE BEGIN 3 */b = ENCODER_READ(); //讀出旋轉(zhuǎn)器編碼器值HAL_Delay(1000); if(b==1){printf("編碼器右轉(zhuǎn)\r\n");}if(b==2){printf("編碼器左轉(zhuǎn)\r\n");}if(b==3){printf("編碼器按下\r\n");}}/* USER CODE END 3 */ }

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五、實驗結(jié)果

謝謝閱讀！！！

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的STM32CubeMX学习——旋转编码器模块的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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