STM32中断实现旋转编码器计数

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1. 旋转编码器

2. 中断代码编写

2.1 Interrupt.c

2.2 Interrupt.h

2.3 完整工程文件

1. 旋转编码器

旋转编码器主要用于测量轴的旋转位置、速度或者是角度的变化，它能够将转动的角度或者位置转换为电信号输出。通常被用于定位和速度反馈系统，旋转编码器有多种类型，包括增量式和绝对式两大类：

增量式旋转编码器（Incremental Encoder）:

这种编码器在旋转时产生一系列脉冲，通常有两个输出信号，称为A相和B相，这些信号相互之间有90度的相位差（称为正交输出）。通过计算这些脉冲，你可以确定轴的旋转速度和方向。方向由A相和B相的相位关系确定，速度由脉冲的频率确定。

绝对式旋转编码器（Absolute Encoder）:

绝对式编码器为每个角度位置提供一个唯一的代码，即使在断电后，设备也能记住轴的具体位置。当电源再次接通时，编码器可以立即提供当前的位置信息，而无需任何移动或寻找参考点。

连接到STM32单片机

当连接到STM32单片机时，增量式编码器的A和B输出可以连接到微控制器的两个输入引脚，通常会配置这些引脚为外部中断输入，或者是使用具备输入捕获功能的定时器。编码器的旋转会导致A和B输出产生脉冲，STM32通过捕获这些脉冲来计算位置和速度。
速度测量：通过计算一定时间内的脉冲数量，可以测量旋转的速度。
方向判定：通过比较A和B两个通道脉冲的相对时序，可以判断旋转的方向。
位置确定：对于增量式编码器，通常从一个已知的参考点开始计数脉冲，来确定当前位置。对于绝对式编码器，直接读取编码器的输出即可。

硬件电路

增量式编码器通常有两个输出，称为A和B，它们通常提供相位相差90度的两个方波信号。在这个电路中：

R1 和 R2 是上拉电阻，确保在开关没有闭合时，A和B输出为高电平（VCC）。
R3 和 R4 是输出限流电阻，为了防止模块引脚电流过大。
C1 和 C2 是去抖动电容，用于滤除由于机械开关反跳造成的电气噪声。
当编码器旋转时，A和B的输出会在两个开关的作用下生成脉冲信号。

2. 中断代码编写

中断是微控制器程序设计中的一种机制，它允许微控制器在执行常规程序时，响应异步事件（如外部设备的信号变化）。当中断发生时，微控制器会停止当前的操作，保存当前状态，然后跳转到一个特定的中断服务例程（ISR）去处理这个事件。事件处理完成后，它会返回到之前中断的位置，继续执行原来的程序。

对于中断的概念，如果不理解可以看这篇文章：

STM32中断系统详解

对于中断程序的编写，需要两个文件，Interrupt.c 和 Interrupt.h.

2.1 Interrupt.c

首先是初始化：我们需要从GPIO到NVIC这一路的外设模块都配置好，流程如下：

配置RCC，将涉及的外设的时钟都打开
配置GPIO，选择用到的端口作为输入模式
配置AFIO，选择使用到的这一路GPIO，连接到后面的EXTI
配置EXTI，选择边沿触发方式，上升沿或者下降沿或者双边沿。选择触发响应方式，中断响应或者事件响应。
配置NVIC，给这个中断选择一个合适的优先级。

初始化中断源的硬件

首先需要初始化引脚或硬件模块，让它们能够产生中断信号。对于旋转编码器，通常使用两个引脚来接收编码器的两个输出通道A和B。

// 初始化GPIOB的引脚为输入上拉模式，用来接收编码器的信号
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1; // 选择0和1号引脚
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

配置中断线和中断通道

对于STM32微控制器，需要使用AFIO（Alternate Function I/O）和EXTI（External Interrupt）配置特定的GPIO引脚作为外部中断的源。

// 选择PB0和PB1作为外部中断的源
GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB, GPIO_PinSource0);
GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB, GPIO_PinSource1);

配置外部中断控制器（EXTI）

接下来，配置外部中断控制器EXTI以监听特定的中断线，并设置其触发条件（上升沿、下降沿或双边沿触发）。

// 配置EXTI线0和1，设置为中断模式并且是下降沿触发
EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line0 | EXTI_Line1;
EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;
EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;
EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);

配置中断向量控制器（NVIC）

中断服务程序的执行优先级是通过NVIC设置的。这里要设置抢占优先级和子优先级，并使能特定的中断。

实现中断服务程序（ISR）

编写ISR函数以响应中断。ISR的名称在STM32的启动文件中已经预定义，因此必须与启动文件中声明的名称相匹配。

// 处理来自编码器通道A的中断请求
void EXTI0_IRQHandler(void)
{
    if (EXTI_GetITStatus(EXTI_Line0) == SET) {
        // ... 处理中断 ...
        EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0); // 清除中断标志位
    }
}

// 处理来自编码器通道B的中断请求
void EXTI1_IRQHandler(void)
{
    if (EXTI_GetITStatus(EXTI_Line1) == SET) {
        // ... 处理中断 ...
        EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line1); // 清除中断标志位
    }
}

在ISR内部，通常会执行如下操作：

确认中断来源：通过检查中断标志位确定是否为期望的中断源。
处理中断：执行必要的处理，如读取硬件状态、更新变量、设置输出等。
清除中断标志位：在处理完中断之后，必须清除相应的中断标志位，否则中断请求会一直存在，导致中断服务程序被重复调用。

下面是Interrupt.c完成代码，和详细注释。

void Encoder_Init(void)
{
    /* 开启时钟 */
    // 对于GPIOB端口和AFIO（用于重新映射中断线的功能）需要使能它们的时钟。
    // RCC_APB2Periph_GPIOB和RCC_APB2Periph_AFIO是在库文件中定义的宏，用来指定时钟线。
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); // GPIOB时钟使能
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);  // AFIO时钟使能
    
    /* GPIO初始化 */
    // 初始化GPIOB的0号和1号引脚作为输入。
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;  // 声明一个结构体变量，用来初始化GPIO
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;  // 设置管脚模式为输入上拉
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1; // 选择管脚0和管脚1
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; // 设置IO速度为50MHz
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); // 应用配置到GPIOB
    
    /* AFIO选择中断引脚 */
    // 为外部中断线EXTI0和EXTI1选择PB0和PB1作为中断源。
    GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB, GPIO_PinSource0); // 将PB0映射到EXTI的0线
    GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB, GPIO_PinSource1); // 将PB1映射到EXTI的1线
    
    /* EXTI初始化 */
    // 设置EXTI的0线和1线，开启这两条线，并设置为中断模式和下降沿触发。
    EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;  // 声明一个结构体变量，用来初始化EXTI
    EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line0 | EXTI_Line1;  // 设置要配置的线路是EXTI的0线和1线
    EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;  // 使能线路
    EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;  // 设置为中断请求，而非事件请求
    EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;  // 设置为下降沿触发
    EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);  // 应用配置到EXTI
    
    /* NVIC中断分组 */
    // 设置NVIC的优先级分组。分组决定了抢占优先级和子优先级的位宽。
    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);  // 设置分组2，这是一个中间等级的分组设置
    
    /* NVIC配置 */
    // 配置NVIC以接收EXTI0和EXTI1的中断请求，并设置相应的优先级。
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;  // 声明一个结构体变量，用来初始化NVIC
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQn;  // 设置NVIC的中断通道为EXTI0
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;  // 使能这个中断通道
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;  // 抢占优先级设置为1
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;  // 子优先级设置为1
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  // 应用配置到NVIC

    // EXTI1线路设置相似的NVIC配置
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI1_IRQn;  // 设置NVIC的中断通道为EXTI1
    // 其余配置与EXTI0相同，除了子优先级为2，这意味着如果EXTI0和EXTI1同时请求，EXTI0的处理会被优先考虑
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;				//指定NVIC线路使能
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;	//指定NVIC线路的抢占优先级为1
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 2;   //指定NVIC线路的响应优先级为2
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  // 应用配置到NVIC
}



// 函数名：Encoder_Get
// 功能：读取自上次调用此函数以来编码器的增量值
// 返回值：增量值，类型为int16_t（16位有符号整型）

// 使用Temp变量作为中继，目的是返回Encoder_Count后将其清零
// 在这里，也可以直接返回Encoder_Count，但这样就不是获取增量值的操作方法了，也可以实现功能，只是思路不一样
int16_t Encoder_Get(void)
{
    int16_t Temp; // 定义一个局部变量Temp，用于暂存编码器的增量值
    Temp = Encoder_Count; // 将全局变量Encoder_Count的值赋给Temp
    Encoder_Count = 0; // 将全局计数器清零，为下次计数做准备
    return Temp; // 返回增量值
}

// 函数名：EXTI0_IRQHandler
// 功能：外部中断0的中断服务程序
// 当外部中断0触发时，由中断控制器自动调用此函数
// 无返回值，无参数
void EXTI0_IRQHandler(void)
{
    if (EXTI_GetITStatus(EXTI_Line0) == SET) // 检查EXTI_Line0的中断是否被触发
    {
        // 为防止机械抖动误触发，再次检查GPIO_Pin_0的电平，如果出现数据乱跳的现象，可再次判断引脚电平
        if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_0) == 0) // 如果PB0的电平为低（因为是下降沿触发）
        {
            if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_1) == 0) // PB0的下降沿触发中断，同时检查PB1的电平，以判断旋转的方向
            {
                Encoder_Count--; // 如果PB1也为低，假定为反方向旋转，计数减一
            }
        }
        EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0); // 清除中断标志位，以防止中断再次触发
    }
}

// 函数名：EXTI1_IRQHandler
// 功能：外部中断1的中断服务程序
// 当外部中断1触发时，由中断控制器自动调用此函数
// 无返回值，无参数
void EXTI1_IRQHandler(void)
{
    if (EXTI_GetITStatus(EXTI_Line1) == SET) // 检查EXTI_Line1的中断是否被触发
    {
        // 为防止机械抖动误触发，再次检查GPIO_Pin_1的电平
        if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_1) == 0) // 如果PB1的电平为低（因为是下降沿触发）
        {
            if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_0) == 0) // 同时检查PB0的电平，以判断旋转的方向
            {
                Encoder_Count++; // 如果PB0也为低，假定为正方向旋转，计数加一
            }
        }
        EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line1); // 清除中断标志位，以防止中断再次触发
                                            //中断标志位必须清除
											//否则中断将连续不断地触发，导致主程序卡死
    }
}

2.2 Interrupt.h

这里只需要声明一些函数就可以了

#ifndef __ENCODER_H
#define __ENCODER_H

void Encoder_Init(void);
int16_t Encoder_Get(void);

#endif

2.3 完整工程文件

基于STM32单片机使用中断实现旋转编码器计次