【单片机】数字电位器（旋转编码器）检测程序

数字电位器（旋转编码器）就是下面这个，示波器等仪器上用的很多，手感很好。

这种编码器的原理和电机的AB相增量式编码器原理是一样的，参考之前文章《【机械自动化】旋转编码器》。

这种编码器的检测不需要在意换向（旋转方向改变）时的抖动问题，这里只要检测到上图表中的A相跳变的情况，也就是第1/3/6/8四栏中的情况即可，为了不会漏检，可以使用中断检测A相的上升下降沿，同时判断B相的电平状态，如下程序为测试程序。需要注意的是这种数字电位器（旋转编码器）的每相信号的跳变是有抖动的（不是指换向过程的抖动，换向的抖动是正常抖动，这里的抖动是物理电气特性导致的无用甚至有害的“杂波”），和按键抖动一样，需要进行去抖操作，如下图。

程序中GPIO_Pin_5为A相，GPIO_Pin_6为B相，设置GPIO_Pin_5为上升下降沿中断触发，进入中断程序之后先进行去抖动，然后先判断A相是否有变化（上升沿或下降沿），然后在进行具体情形的检测。不需要检测B相的上升沿或下降沿，同时检测A相和B相的变化是为了检测到换向的抖动，多用于电机编码器，这里没必要。

void EXTI4_15_IRQHandler(void)
{
	if(EXTI->PR & EXTI_Line5)
	{
		//每一相脉冲都可能有抖动，类似于按键的抖动
		//需要在软件上将抖动过滤掉，延时放在最前面。
		delay_us(1000);	//去抖动,放在中断处理的最前面！
		
//		printf("r");
		now = GPIOA->IDR & (GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6);
		if((last & GPIO_Pin_5) != (now & GPIO_Pin_5))	//A相变化
		{
//			printf("s");
			if((now & (GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6)) == B00100000)
			{
//				printf("a");
				count++;
			}
			else if((now & (GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6)) == B01100000)
			{
//				printf("b");
				count--;
			}
			else if((now & (GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6)) == B01000000)
			{
//				printf("c");
				count++;
			}
			else if((now & (GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6)) == B00000000)
			{
//				printf("d");
				count--;
			}
			last = now;
//			printf("%d\r\n",count);
		}
		
		EXTI->PR = EXTI_Line5;
		
	}
	else if(EXTI->PR & EXTI_Line6)
	{
		//B相不用检测，因为这里和电机编码器不同
		//不需要关心换向时的抖动，有点错误没关系
		EXTI->PR = EXTI_Line6;
	}
}

为了实现速率控制（velocity control），也就是转的越快，增长（降低）速度越快，绝大部分示波器都有这个功能，可以检测两次脉冲间的时间间隔，如果时间间隔较大，则增长速率为1，如果时间间隔较小，则可以根据时间间隔大小适当调整增长速率，如下测试程序中，使用一个1ms的定时器产生一个时钟计数器，定时器中断中简单地增加计数即可，不用管溢出情景，因为溢出对这里没什么大影响。

void EXTI4_15_IRQHandler(void)
{
	if(EXTI->PR & EXTI_Line5)
	{
		//每一相脉冲都可能有抖动，类似于按键的抖动
		//需要在软件上将抖动过滤掉，延时放在最前面。
		delay_us(1000);	//去抖动,放在中断处理的最前面！
		
		now = GPIOA->IDR & (GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6);
		if((last & GPIO_Pin_5) != (now & GPIO_Pin_5))	//A相变化
		{
			int delta = syscount - syscount_last;	//计算两次有效脉冲的时间间隔
			if(delta > 10)	//根据时间间隔设置增长速率
				delta = 1;
			else
				delta = 20 - delta;    //修改这里的速率和时间间隔关系改变体验

			if((now & (GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6)) == B00100000)
			{
				count += delta;
			}
			else if((now & (GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6)) == B01100000)
			{
				count -= delta;
			}
			else if((now & (GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6)) == B01000000)
			{
				count += delta;
			}
			else if((now & (GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6)) == B00000000)
			{
				count -= delta;
			}
			last = now;
			syscount_last = syscount;
		}
		
		EXTI->PR = EXTI_Line5;
		
	}
	else if(EXTI->PR & EXTI_Line6)
	{
		//B相不用检测，因为这里和电机编码器不同
		//不需要关心换向时的抖动，有点错误没关系
		EXTI->PR = EXTI_Line6;
	}
}

//1ms中断定时器
void TIM16_IRQHandler(void)
{
	if (TIM16->SR & TIM_IT_Update)
	{
		syscount++;
	}

//	TIM16->SR = (uint16_t)~TIM_FLAG_Update;
	TIM16->SR = (uint16_t)0;	//清除所有标志位
}

测试主函数可以显示增长速度。

	int last = count;
	while(1)
	{
		if(last != count)
		{
			printf("%d,%d\r\n",count,count-last);
			last = count;
		}
	}

测试结果：

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但是，这种检测方式还是比较复杂的，在中断中需要进行延时去抖动，还需要判断多种情形，这样会使得中断频率过快的时候丢步。为了简化检测程序，只需要检测在A相的上升沿中断产生的时候，判断B相的电平状态即可，这种做法虽然会丢失一些情况的检测，但是处理速度快，反而会提高检测速度，示例程序：

void EXTI0_1_IRQHandler(void)
{
	//每一相脉冲都可能有抖动，类似于按键的抖动
	//需要在软件上将抖动过滤掉，延时放在最前面。
//	delay_us(1000);	加上0.1uF滤波电容可以去掉抖动了//去抖动,放在中断处理的最前面！
	
	//尽量减少操作，减少丢步
		
	if(ENCODER_AB_PORT->IDR & ENCODER_B_PIN)
		encoder_count --;
	else 
		encoder_count ++;
	EXTI->PR = EXTI_Line0;
}

速率检测部分的代码也可以不在中断中做，可以在主程序中计算相邻两次计数值变化的时间差来推导速率。另外在编码器的A、B相和地端接上一个陶瓷电容，用于去除抖动，这样就无需在中断中做延时这样耗CPU的工作了，简化A、B电路为按键电路示意如下（使用的单片机内部上拉电阻约为40K）：