RVMCU課堂「17」: 手把手教你玩轉(zhuǎn)RVSTAR—正交編碼器接口篇
[導(dǎo)讀]上期內(nèi)容我們介紹了定時(shí)器的PWM輸出功能，本期內(nèi)容來介紹一下定時(shí)器的正交譯碼器功能（編碼器接口）。正交譯碼器是和正交編碼器外設(shè)配合使用的，可對編碼器輸入的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)速度測量，本期內(nèi)容我們通過一個(gè)使用旋轉(zhuǎn)編碼器的計(jì)數(shù)小實(shí)驗(yàn)，來初步了解它的應(yīng)用方法。系統(tǒng)環(huán)境Windows?...
上期內(nèi)容我們介紹了定時(shí)器的PWM輸出功能，本期內(nèi)容來介紹一下定時(shí)器的正交譯碼器功能（編碼器接口）。正交譯碼器是和正交編碼器外設(shè)配合使用的，可對編碼器輸入的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)速度測量，本期內(nèi)容我們通過一個(gè)使用旋轉(zhuǎn)編碼器的計(jì)數(shù)小實(shí)驗(yàn)，來初步了解它的應(yīng)用方法。
系統(tǒng)環(huán)境Windows?10-64bit
軟件平臺(tái)NucleiStudio IDE 202102版或 PlatformIO IDE
硬件需求RV-STAR開發(fā)板旋轉(zhuǎn)編碼器
正交編碼器
正交編碼器（Quadrature Encoder）是一種用于測量旋轉(zhuǎn)速度和方向的傳感器。常見的正交編碼器有兩個(gè)輸出信號：A信道和B信道。每個(gè)信道可以對運(yùn)動(dòng)進(jìn)行測量并產(chǎn)生數(shù)字脈沖，這兩個(gè)脈沖的相位相差90度（因此稱為“正交”），這使得你可以根據(jù)它們判斷運(yùn)動(dòng)的方向，通過積分（累加）運(yùn)算后，還可以用來測算距離。
上圖中，A和B分別連接到兩個(gè)傳感器單元上，黑白相間的圓環(huán)稱之為「柵格」。傳感器單元和柵格的實(shí)現(xiàn)方式有很多種，包括「反射式傳感器 反光率不同的柵格」「對射式傳感器 鏤空光柵」「霍爾傳感器 磁極圓環(huán)」「觸點(diǎn) 導(dǎo)軌」等。本次實(shí)驗(yàn)中，我們使用的是下圖所示的市面上常見的旋轉(zhuǎn)編碼器（數(shù)字電位器）:
GD32VF103的正交譯碼器
正交譯碼器功能使用TIMERx_CH0和TIMERx_CH1引腳生成的CI0和CI1正交信號各自相互作用產(chǎn)生計(jì)數(shù)值。通過設(shè)置SMC=0x01、0x02或0x03來選擇是僅由CI0、僅由CI1、或者由CI0和CI1來決定定時(shí)器的計(jì)數(shù)方向。在每個(gè)方向選擇源的電平改變期間，DIR位是由硬件自動(dòng)改變的。計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)方向改變的機(jī)制如下方的圖表所示。正交譯碼器可以當(dāng)作一個(gè)帶有方向選擇的外部時(shí)鐘，這意味著計(jì)數(shù)器會(huì)在0和自動(dòng)加載值之間連續(xù)地計(jì)數(shù)。因此，用戶必須在計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)前配置TIMERx_CAR寄存器。
實(shí)驗(yàn)部分
首先需要參照如下的示意圖，對RV-STAR開發(fā)板和旋轉(zhuǎn)編碼器進(jìn)行連線：
然后在集成開發(fā)環(huán)境中創(chuàng)建一個(gè)新工程，開始編寫代碼。首先需要對定時(shí)器的編碼器接口進(jìn)行配置，我們使用的是TIMER2的編碼器接口，對應(yīng)的是PA6和PA7引腳，首先要使能它們的外設(shè)時(shí)鐘和復(fù)用時(shí)鐘，然后配置為浮空輸入模式。接著需要?jiǎng)?chuàng)建定時(shí)器初始化參數(shù)結(jié)構(gòu)體，對定時(shí)器的功能進(jìn)行配置，其中需要注意的是要將結(jié)構(gòu)體參數(shù)的預(yù)分頻系數(shù)設(shè)為0，周期設(shè)為10000（即定時(shí)器的自動(dòng)加載值，也可以設(shè)為其他值），然后需要將定時(shí)器的模式設(shè)置為TIMER_ENCODER_MODE2（編碼器模式，使用CI0和CI1計(jì)數(shù)），然后將定時(shí)器的計(jì)數(shù)值配置為5000（這樣讀取定時(shí)器計(jì)數(shù)的初值就是5000），最后使能TIMER2。相關(guān)代碼實(shí)現(xiàn)如下：
void?encoder_init()
{
????/* TIMER2_CH0 - PA6, TIMER2_CH1 - PA7 */
????rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA);
????rcu_periph_clock_enable(RCU_AF);
????gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_IN_FLOATING, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_6 | GPIO_PIN_7);
????rcu_periph_clock_enable(RCU_TIMER2);
????timer_deinit(TIMER2);
????/* initialize TIMER init parameter struct */
????timer_parameter_struct timer_initpara;
????timer_struct_para_init(
系統(tǒng)環(huán)境Windows?10-64bit
軟件平臺(tái)NucleiStudio IDE 202102版或 PlatformIO IDE
硬件需求RV-STAR開發(fā)板旋轉(zhuǎn)編碼器
正交編碼器
正交編碼器（Quadrature Encoder）是一種用于測量旋轉(zhuǎn)速度和方向的傳感器。常見的正交編碼器有兩個(gè)輸出信號：A信道和B信道。每個(gè)信道可以對運(yùn)動(dòng)進(jìn)行測量并產(chǎn)生數(shù)字脈沖，這兩個(gè)脈沖的相位相差90度（因此稱為“正交”），這使得你可以根據(jù)它們判斷運(yùn)動(dòng)的方向，通過積分（累加）運(yùn)算后，還可以用來測算距離。
上圖中，A和B分別連接到兩個(gè)傳感器單元上，黑白相間的圓環(huán)稱之為「柵格」。傳感器單元和柵格的實(shí)現(xiàn)方式有很多種，包括「反射式傳感器 反光率不同的柵格」「對射式傳感器 鏤空光柵」「霍爾傳感器 磁極圓環(huán)」「觸點(diǎn) 導(dǎo)軌」等。本次實(shí)驗(yàn)中，我們使用的是下圖所示的市面上常見的旋轉(zhuǎn)編碼器（數(shù)字電位器）:
GD32VF103的正交譯碼器
正交譯碼器功能使用TIMERx_CH0和TIMERx_CH1引腳生成的CI0和CI1正交信號各自相互作用產(chǎn)生計(jì)數(shù)值。通過設(shè)置SMC=0x01、0x02或0x03來選擇是僅由CI0、僅由CI1、或者由CI0和CI1來決定定時(shí)器的計(jì)數(shù)方向。在每個(gè)方向選擇源的電平改變期間，DIR位是由硬件自動(dòng)改變的。計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)方向改變的機(jī)制如下方的圖表所示。正交譯碼器可以當(dāng)作一個(gè)帶有方向選擇的外部時(shí)鐘，這意味著計(jì)數(shù)器會(huì)在0和自動(dòng)加載值之間連續(xù)地計(jì)數(shù)。因此，用戶必須在計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)前配置TIMERx_CAR寄存器。
實(shí)驗(yàn)部分
首先需要參照如下的示意圖，對RV-STAR開發(fā)板和旋轉(zhuǎn)編碼器進(jìn)行連線：
然后在集成開發(fā)環(huán)境中創(chuàng)建一個(gè)新工程，開始編寫代碼。首先需要對定時(shí)器的編碼器接口進(jìn)行配置，我們使用的是TIMER2的編碼器接口，對應(yīng)的是PA6和PA7引腳，首先要使能它們的外設(shè)時(shí)鐘和復(fù)用時(shí)鐘，然后配置為浮空輸入模式。接著需要?jiǎng)?chuàng)建定時(shí)器初始化參數(shù)結(jié)構(gòu)體，對定時(shí)器的功能進(jìn)行配置，其中需要注意的是要將結(jié)構(gòu)體參數(shù)的預(yù)分頻系數(shù)設(shè)為0，周期設(shè)為10000（即定時(shí)器的自動(dòng)加載值，也可以設(shè)為其他值），然后需要將定時(shí)器的模式設(shè)置為TIMER_ENCODER_MODE2（編碼器模式，使用CI0和CI1計(jì)數(shù)），然后將定時(shí)器的計(jì)數(shù)值配置為5000（這樣讀取定時(shí)器計(jì)數(shù)的初值就是5000），最后使能TIMER2。相關(guān)代碼實(shí)現(xiàn)如下：
void?encoder_init()
{
????/* TIMER2_CH0 - PA6, TIMER2_CH1 - PA7 */
????rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA);
????rcu_periph_clock_enable(RCU_AF);
????gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_IN_FLOATING, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_6 | GPIO_PIN_7);
????rcu_periph_clock_enable(RCU_TIMER2);
????timer_deinit(TIMER2);
????/* initialize TIMER init parameter struct */
????timer_parameter_struct timer_initpara;
????timer_struct_para_init(
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