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(shí)也可以按下，也可以按下旋轉(zhuǎn)的器件，通過(guò)左右旋轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)著內(nèi)部不同開關(guān)的導(dǎo)通，同時(shí)按下也可以旋轉(zhuǎn)，由此看來(lái)旋轉(zhuǎn)編碼器可以實(shí)現(xiàn)很復(fù)雜的功能，簡(jiǎn)單的通過(guò)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(shí)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(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器同時(shí)調(diào)節(jié)音量和亮暗(舉例),同時(shí)也可以通過(guò)不同的轉(zhuǎn)速實(shí)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(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速并配合 PWM 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)快速調(diào)速的裝置，光電式旋轉(zhuǎn)編碼器通過(guò)光電轉(zhuǎn)換，可將輸出軸的角位移、角速度等機(jī)械量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖以數(shù)字量輸出（REP）。

• 按信號(hào)的輸出類型分為： 電壓輸出、集電極開路輸出、推拉互補(bǔ)輸出和長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)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(diǎn)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(duì)式兩類。

旋轉(zhuǎn)編碼器的原理和特點(diǎn)

• 原理：

  • 旋轉(zhuǎn)編碼器是集光機(jī)電技術(shù)于一體的速度位移傳感器。當(dāng)旋轉(zhuǎn)編碼器軸帶動(dòng)光柵盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，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(hào)。該信號(hào)經(jīng)后繼電路處理后，輸出脈沖或代碼信號(hào)。
  • 旋轉(zhuǎn)編碼器是由一個(gè)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(hào)組合成A、B、C、D,每個(gè)正弦波相差90度相位差，將C、D信號(hào)反向，疊加在A、B兩相上，可以增強(qiáng)穩(wěn)定信號(hào);另每轉(zhuǎn)輸出一個(gè)Z相脈沖以代表零位參考位。因?yàn)锳、B兩相相差90度，可以通過(guò)比較A相在前還是B相在前，借此來(lái)判別編碼器的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，通過(guò)零位脈沖，可獲得編碼器的零位參考位。

• 特點(diǎn)：

  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(zhǎng)等特點(diǎn)。

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(hào)，再把這個(gè)電信號(hào)轉(zhuǎn)變成計(jì)數(shù)脈沖，用脈沖的個(gè)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(guò)兩個(gè)信號(hào)線的脈沖輸出來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，一個(gè)輸出脈沖就對(duì)應(yīng)于一個(gè)增量位移，編碼器每轉(zhuǎn)動(dòng)一定的位移，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)。通過(guò)讀取單位時(shí)間脈沖信號(hào)的數(shù)量，達(dá)到測(cè)量速度的效果（v = s / t），通過(guò)對(duì)脈沖信號(hào)的累加，和編碼器的碼盤周長(zhǎng) （轉(zhuǎn)一圈對(duì)應(yīng)的距離） 便可以達(dá)到計(jì)算距離的效果（s = n * d）。

• 工作原理：

  增量式旋轉(zhuǎn)編碼器通過(guò)兩個(gè)光敏接收管來(lái)轉(zhuǎn)化角度碼盤的時(shí)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(fù)方向）。
  
• 上圖A、B兩點(diǎn)間的距離為S2，A、B表示兩個(gè)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(dāng)角度碼盤勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可知輸出波形圖中的S0：S1：S2比值與實(shí)際圖的S0：S1：S2比值相同，同理，當(dāng)角度碼盤變速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，輸出波形圖中的S0：S1：S2比值與實(shí)際圖的S0：S1：S2比值仍相同。
• 通過(guò)輸出波形圖可知每個(gè)運(yùn)動(dòng)周期：

順時(shí)針運(yùn)動(dòng)	逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)
A B	A B
1 1	1 1
0 1	1 0
0 0	0 0
1 0	0 1

• 我們把當(dāng)前的A、B輸出值保存起來(lái)，與下一個(gè)到來(lái)的A、B輸出值做比較，就可以得出角度碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)的方向；

• 如果光柵格S0等于S1時(shí)，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(yùn)動(dòng)位移角度為S0弧度夾角的1/2，再除以所用的時(shí)間，就得到此次角度碼盤運(yùn)動(dòng)位移的角速度。

• S0等于S1時(shí)，且S2等于S0的1/2時(shí)，1/4個(gè)運(yùn)動(dòng)周期就可以得到運(yùn)動(dòng)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(gè)運(yùn)動(dòng)周期才可以得到運(yùn)動(dòng)方向位和位移角度了。

  （我們用的鼠標(biāo)的滾輪也是這個(gè)原理。）

• 實(shí)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(shí)也叫索引脈沖），為每轉(zhuǎn)一周輸出一個(gè)脈沖，Z相脈沖代表零位參考位，通過(guò)零位脈沖，可獲得編碼器的零位參考位，專門用于基準(zhǔn)點(diǎn)定位，如下圖所示：
  
  

• 增量是編碼器轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，有相應(yīng)的脈沖輸出，其計(jì)數(shù)起點(diǎn)可以任意設(shè)定，可實(shí)現(xiàn)多圈無(wú)限累加和測(cè)量。編碼器軸轉(zhuǎn)動(dòng)一圈會(huì)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(dāng)需要提高分辯率時(shí)，可利用90度相位差的A、B兩路信號(hào)進(jìn)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(jī)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(hào)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(dòng)方式，含有對(duì)稱的A+/A-、B+/B-、Z+/Z-三相信號(hào)，由于帶有對(duì)稱負(fù)信號(hào)的連接，電流對(duì)于電纜貢獻(xiàn)的電磁場(chǎng)為0，信號(hào)穩(wěn)定衰減最小，抗干擾最佳，可傳輸較遠(yuǎn)的距離，例如：對(duì)于TTL的帶有對(duì)稱負(fù)信號(hào)輸出的編碼器，信號(hào)傳輸距離可達(dá)150米。對(duì)于HTL的帶有對(duì)稱負(fù)信號(hào)輸出的編碼器，信號(hào)傳輸距離可達(dá)300米。

• 增量式編碼器軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，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(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。其計(jì)數(shù)起點(diǎn)可任意設(shè)定，并可實(shí)現(xiàn)多圈的無(wú)限累加和測(cè)量。還可以把每轉(zhuǎn)發(fā)出一個(gè)脈沖的Z信號(hào)，作為參考機(jī)械零位。當(dāng)脈沖已固定，而需要提高分辨率時(shí)，可利用帶90度相位差A(yù)，B的兩路信號(hào)，對(duì)原脈沖數(shù)進(jìn)行倍頻。
  

• 編碼器時(shí)序：

• 實(shí)物圖：

我使用的是下面這種比較簡(jiǎn)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(gè)引腳，可能還會(huì)有其他不同類型的會(huì)有不同的引腳，
這五個(gè)引腳分別為GND, VCC（+）, SW, DT, CLK，具體的引腳已經(jīng)在簡(jiǎn)介的圖中標(biāo)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(shí)鐘）：PA5（任選一個(gè)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(shí)器編碼模式
DT（DT：數(shù)據(jù)）	PA6	定時(shí)器編碼模式
CLK（CLK：時(shí)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(diǎn)擊“新建工程”

2. 選擇 MCU 和封裝

3.配置時(shí)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(shí)器（TIM）配置

• 配置為編碼器模式：
  

7.生成代碼

輸入項(xiàng)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(gè)外設(shè)生成獨(dú)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(duì)應(yīng)的外設(shè)文件。 如 GPIO 初始化代碼生成在 gpio.c 中。
  
  點(diǎn)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(jìn)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(kù)（這個(gè)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(kù)函數(shù)printf到DEBUG_USARTx* 輸入?yún)?shù): 無(wú)* 返 回 值: 無(wú)* 說(shuō)    明：無(wú)*/
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(kù)函數(shù)getchar,scanf到DEBUG_USARTx* 輸入?yún)?shù): 無(wú)* 返 回 值: 無(wú)* 說(shuō)    明：無(wú)*/
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(duì)（.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(jí)，尋找自己新建的文件：
  
  
  - 此時(shí)，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(jìn)工程

#include "encoder.h"

• 在encoder.c中添加代碼：

#include "encoder.h"uint8_t lock;    //旋鈕鎖死標(biāo)志（1表示鎖死）
uint16_t count; //計(jì)數(shù)標(biāo)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(shí){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(shí)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(shí)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(jì)數(shù)器while(!HAL_GPIO_ReadPin(encoder_port_A, encoder_right) && count < 60000)  //等待放開旋鈕，同時(shí)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(shí)驗(yàn)結(jié)果

謝謝閱讀！！！