STM32-旋转编码器和对射式红外传感器

news2024/9/23 11:22:34

本内容基于江协科技STM32视频内容，整理而得。

文章目录

  • 1. 旋转编码器和对射式红外传感器
    • 1.1 旋转编码器
      • 1.1.1 旋转编码器简介
      • 1.1.2 旋转编码器硬件电路
    • 1.2 对射式红外传感器
  • 2. 库函数及代码
    • 2.1 EXTI库函数和NVIC库函数
    • 2.2 5-1对射式红外传感器计次
      • 2.2.1 硬件电路
      • 2.2.2 代码流程
      • 2.2.3 代码
    • 2.3 5-2 旋转编码器计次
      • 2.3.1 硬件电路
      • 2.3.2 代码流程
      • 2.3.3 代码

1. 旋转编码器和对射式红外传感器

1.1 旋转编码器

1.1.1 旋转编码器简介

  • 旋转编码器：用来测量位置、速度或旋转方向的装置，
  • 当其旋转轴旋转时，其输出端可以输出与旋转速度和方向对应的方波信号，读取方波信号的频率和相位信息即可得知旋转轴的速度和方向
  • 类型：机械触点式/霍尔传感器式/光栅式

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旋转编码器能让两侧触点的通断产生一个90度的相位差。这种相差90度的波形，就叫正交波形，带正交波形信号输出的编码器，是可以用来测方向的。
直接附在电机后面的编码器是霍尔传感器形式编码器，中间是一个圆形磁铁，边上有两个位置错开的霍尔传感器。当磁铁旋转时，通过霍尔传感器就可以输出正交的方波信号。
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1.1.2 旋转编码器硬件电路

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  • 当旋转轴旋转时，下面的两个按键型的触点以相位相差90度的方式交替导通，因为这只是个开关信号，所以要配合外围电路才能输出高低电平。
  • 左边接了一个10K的上拉电阻，默认没旋转的情况下，这个点被上拉为高电平，通过R3这个电阻输出到A端口的也就是高电平；当旋转时，内部的触点导通，则这个点就直接拉低到GND了，再通过R3输出，A端口就是低电平了，R3是一个输出限流电阻，是为了防止模块引脚电流过大的，C1是输出滤波电容，可以防止一些输出信号抖动。
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1.2 对射式红外传感器

使用ITR9606高灵敏度槽型光耦器件，它由一个红外发光二极管和一个NPN光电三极管组成，槽宽度为5mm。传感器特设M3固定安装孔，调节方向与固定方便易用，使用宽电压LM393比较器，信号干净，波形好，驱动能力强，超过15mA。广泛用于电机转速检测，脉冲计数，位置限位等。
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  • 接好VCC和GND，模块电源指示灯会亮，模块槽中无遮挡时，接收管导通，模块DO输出低电平，开关指示灯亮﹔遮挡时，DO输出高电平，开关指示灯灭。
  • 模块DO可与继电器相连，组成限位开关等功能，也可以与有源蜂鸣器模块相连，组成报警器。
  • DO输出接口可以与单片机IO口直接相连，一般接外部中断，检测传感器是否有遮档，如用电机码盘则可检测电机的转速。
  • 与STM32相连时，引脚DO配置为上拉输入模式。

2. 库函数及代码

2.1 EXTI库函数和NVIC库函数

/*GPIO.h*/
// 用来进行引脚重映射的，第一个参数可以选择要重映射的方式，第二个参数是新的状态，
void GPIO_PinRemapConfig(uint32_t GPIO_Remap, FunctionalState NewState);

// 可以配置AFIO的数据选择器，来选择想要的中断引脚。
void GPIO_EXTILineConfig(uint8_t GPIO_PortSource, uint8_t GPIO_PinSource);

/*exti.h*/
// 把EXTI的配置都清除，恢复成上电默认的状态，
void EXTI_DeInit(void);

// 根据结构体EXTI_InitStruct里的参数配置EXTI外设
void EXTI_Init(EXTI_InitTypeDef* EXTI_InitStruct);

// 可以把参数传递的结构体变量赋一个默认值
void EXTI_StructInit(EXTI_InitTypeDef* EXTI_InitStruct);

// 软件触发外部中断，调用这个函数，参数给一个指定的中断线，
// 就能软件触发一次这个外部中断
void EXTI_GenerateSWInterrupt(uint32_t EXTI_Line);

// 可以获取指定的标志位是否被置1了，
FlagStatus EXTI_GetFlagStatus(uint32_t EXTI_Line);

// 对置1的标志位进行清除
void EXTI_ClearFlag(uint32_t EXTI_Line);

// 获取中断标志位是否被置1了，
ITStatus EXTI_GetITStatus(uint32_t EXTI_Line);

// 清除中断挂起标志位，
void EXTI_ClearITPendingBit(uint32_t EXTI_Line);

/*misc.h*/
// 用来中断分组的，参数是中断分组的方式，
void NVIC_PriorityGroupConfig(uint32_t NVIC_PriorityGroup);

// 根据结构体里面指定的参数初始化NVIC
void NVIC_Init(NVIC_InitTypeDef* NVIC_InitStruct);

// 设置中断向量表
void NVIC_SetVectorTable(uint32_t NVIC_VectTab, uint32_t Offset);

// 系统低功耗配置
void NVIC_SystemLPConfig(uint8_t LowPowerMode, FunctionalState NewState);

// 滴答定时器
void SysTick_CLKSourceConfig(uint32_t SysTick_CLKSource);

2.2 5-1对射式红外传感器计次

2.2.1 硬件电路

对射式红外传感器有遮挡时，DO输出高电平；无遮挡时，DO为低电平。被遮挡->无遮挡（高电平->低电平（下降沿触发），无遮挡->被遮挡（低电平->高电平（上升沿触发）

  • 实现功能：当对射式红外传感器DO引脚PB14出现电平变化时触发中断，每触发一次中断使传感器的计数值增1。并在OLED上显示计数值。

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2.2.2 代码流程

  1. 初始化流程：
    1. 配置RCC，把涉及的外设时钟都打开（GPIO和AFIO时钟）。
    2. 配置GPIO，选择端口为输入模式。
    3. 配置AFIO，选择我们用的这一路的GPIO，连接到后面的EXTI。
    4. 配置EXTI，选择边沿触发方式，比如上升沿、下降沿或双边沿；选择触发响应方式，可以选择中断响应和事件响应。
    5. 配置NVIC，给我们这个中断选择一个合适的优先级。最后，通过NVIC，外部中断信号就能进入CPU了，这样CPU才能收到中断信号，才能跳转到中断函数里执行中断程序。
  2. 中断函数：
    1. 判断是否是外部中断14号线触发的中断，是的话，就使计数值加1（也可以再次读取PB14输入寄存器的状态，以避免抖动）。
    2. 清除该外部中断。
  3. main函数
    1. OLED显示计数值

2.2.3 代码

  • 对射式红外传感器代码–CountSensor.c
/*对射式红外传感器代码*/

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

uint16_t CountSensor_Count;

void CountSensor_Init(void)
{
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	// 对于外部中断，要选择浮空输入、上拉输入或下拉输入，其中的一个。
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_14;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
	
	// GPIO_PinSource14代表连接PB14号口的第14个中断线路。
	// 当执行完该函数后，AFIO的第14个数据选择器就拨好了，
	// 其中输入端被拨到了GPIOB外设上，对应的就是PB14号引脚，
	// 输出端固定连接的是EXTI的第14个中断线路，这样PB14号引脚的电平信号就可以顺利通过AFIO，
	// 进入到后面的EXTI电路。
	GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB, GPIO_PinSource14);
	/*EXTI初始化*/
	EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;						//定义结构体变量
	EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line14;					//选择配置外部中断的14号线
	EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;					//指定外部中断线使能
	EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;			//指定外部中断线为中断模式
	EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising;		//指定外部中断线为下降沿触发
	EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);								//将结构体变量交给EXTI_Init，配置EXTI外设
	
	/*NVIC中断分组*/
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);				//配置NVIC为分组2
																//即抢占优先级范围：0~3，响应优先级范围：0~3
																//此分组配置在整个工程中仅需调用一次
																//若有多个中断，可以把此代码放在main函数内，while循环之前
																//若调用多次配置分组的代码，则后执行的配置会覆盖先执行的配置
	
	/*NVIC配置*/
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;						//定义结构体变量
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI15_10_IRQn;		//选择配置NVIC的EXTI15_10线
	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 = 1;			//指定NVIC线路的响应优先级为1
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);								//将结构体变量交给NVIC_Init，配置NVIC外设
	
}	

/**
  * 函    数：获取计数传感器的计数值
  * 参    数：无
  * 返 回 值：计数值，范围：0~65535
  */
uint16_t CountSensor_Get(void)
{
	return CountSensor_Count;
}

/**
  * 函    数：EXTI15_10外部中断函数
  * 参    数：无
  * 返 回 值：无
  * 注意事项：此函数为中断函数，无需调用，中断触发后自动执行
  *           函数名为预留的指定名称，可以从启动文件复制
  *           请确保函数名正确，不能有任何差异，否则中断函数将不能进入
  */
void EXTI15_10_IRQHandler(void)
{
	if (EXTI_GetITStatus(EXTI_Line14) == SET)		//判断是否是外部中断14号线触发的中断
	{
		/*如果出现数据乱跳的现象，可再次判断引脚电平，以避免抖动*/
		if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_14) == 1)
		{
			CountSensor_Count ++;					//计数值自增一次
		}
		EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line14);		//清除外部中断14号线的中断标志位
													//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
	}
}
  • main.c
#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "CountSensor.h"

int main(void)
{
	/*模块初始化*/
	OLED_Init();			//OLED初始化
	CountSensor_Init();		//计数传感器初始化
	
	/*显示静态字符串*/
	OLED_ShowString(1, 1, "Count:");	//1行1列显示字符串Count:
	
	while (1)
	{
		OLED_ShowNum(1, 7, CountSensor_Get(), 5);		//OLED不断刷新显示CountSensor_Get的返回值
	}
}

2.3 5-2 旋转编码器计次

2.3.1 硬件电路

A相：PB0引脚，B相：PB1引脚。
旋转编码器无旋转时高电平，旋转时低电平。因此当发生旋转时出现了电平变换，就触发了外部中断。

  • 实现功能：采用外部中断的方式实现旋转编码器的计次，顺时针转一格计数值加1，逆时针转一格计数值减1。并在OLED上显示计数值

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2.3.2 代码流程

  1. 初始化：
    1. 开启GPIO和AFIO时钟。
    2. 配置GPIO，引脚PB0和PB1为上拉输入模式。
    3. 配置AFIO，外部中断的0号线和1号线映射到GPIOB
    4. 配置EXTI，配置外部中断的0号线和1号线
    5. 配置NVIC，配置EXTI0和EXTI1
  2. EXTI0外部中断函数：
    1. 首先判断是否是EXTI0的外部中断，是的话，进入下面的流程；
    2. 再次判断引脚PB0电平，以避免抖动。然后判断PB1引脚的电平，以确定转向。（PB0=0，即PB0下降沿触发中断，PB1=0，定义为反转），反转的话计数值减1。
    3. 清除中断标志位
  3. EXTI1外部中断函数：
    1. 首先判断是否是EXTI1的外部中断，是的话，进入下面的流程；
    2. 再次判断引脚PB1电平，以避免抖动。然后判断PB0引脚的电平，以确定转向。（PB1=0，即PB1下降沿触发中断，PB0=0，定义为正转），正转的话计数值加1。
    3. 清除中断标志位
  4. main函数
    1. OLED显示计数值

2.3.3 代码

  • 旋转编码器代码–Encoder.c
/*旋转编码器代码*/
#include "stm32f10x.h"                  // Device header

int16_t Encoder_Count;					//全局变量，用于计数旋转编码器的增量值

/**
  * 函    数：旋转编码器初始化
  * 参    数：无
  * 返 回 值：无
  */
void Encoder_Init(void)
{
	/*开启时钟*/
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);		//开启GPIOB的时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);		//开启AFIO的时钟，外部中断必须开启AFIO的时钟
	
	/*GPIO初始化*/
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);						//将PB0和PB1引脚初始化为上拉输入
	
	/*AFIO选择中断引脚*/
	GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB, GPIO_PinSource0);//将外部中断的0号线映射到GPIOB，即选择PB0为外部中断引脚
	GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB, GPIO_PinSource1);//将外部中断的1号线映射到GPIOB，即选择PB1为外部中断引脚
	
	/*EXTI初始化*/
	EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;						//定义结构体变量
	EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line0 | EXTI_Line1;		//选择配置外部中断的0号线和1号线
	EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;					//指定外部中断线使能
	EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;			//指定外部中断线为中断模式
	EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;		//指定外部中断线为下降沿触发
	EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);								//将结构体变量交给EXTI_Init，配置EXTI外设
	
	/*NVIC中断分组*/
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);				//配置NVIC为分组2
																//即抢占优先级范围：0~3，响应优先级范围：0~3
																//此分组配置在整个工程中仅需调用一次
																//若有多个中断，可以把此代码放在main函数内，while循环之前
																//若调用多次配置分组的代码，则后执行的配置会覆盖先执行的配置
	
	/*NVIC配置*/
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;						//定义结构体变量
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQn;			//选择配置NVIC的EXTI0线
	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 = 1;			//指定NVIC线路的响应优先级为1
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);								//将结构体变量交给NVIC_Init，配置NVIC外设

	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI1_IRQn;			//选择配置NVIC的EXTI1线
	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);								//将结构体变量交给NVIC_Init，配置NVIC外设
}

/**
  * 函    数：旋转编码器获取增量值
  * 参    数：无
  * 返 回 值：自上此调用此函数后，旋转编码器的增量值
  */
int16_t Encoder_Get(void)
{
	/*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 Temp;
	Temp = Encoder_Count;
	Encoder_Count = 0;
	return Temp;
}

/**
  * 函    数：EXTI0外部中断函数
  * 参    数：无
  * 返 回 值：无
  * 注意事项：此函数为中断函数，无需调用，中断触发后自动执行
  *           函数名为预留的指定名称，可以从启动文件复制
  *           请确保函数名正确，不能有任何差异，否则中断函数将不能进入
  */
void EXTI0_IRQHandler(void)
{
	if (EXTI_GetITStatus(EXTI_Line0) == SET)		//判断是否是外部中断0号线触发的中断
	{
		/*如果出现数据乱跳的现象，可再次判断引脚电平，以避免抖动*/
		if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_0) == 0)
		{
			if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_1) == 0)		//PB0的下降沿触发中断，此时检测另一相PB1的电平，目的是判断旋转方向
			{
				Encoder_Count --;					//此方向定义为反转，计数变量自减
			}
		}
		EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0);			//清除外部中断0号线的中断标志位
													//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
	}
}

/**
  * 函    数：EXTI1外部中断函数
  * 参    数：无
  * 返 回 值：无
  * 注意事项：此函数为中断函数，无需调用，中断触发后自动执行
  *           函数名为预留的指定名称，可以从启动文件复制
  *           请确保函数名正确，不能有任何差异，否则中断函数将不能进入
  */
void EXTI1_IRQHandler(void)
{
	if (EXTI_GetITStatus(EXTI_Line1) == SET)		//判断是否是外部中断1号线触发的中断
	{
		/*如果出现数据乱跳的现象，可再次判断引脚电平，以避免抖动*/
		if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_1) == 0)
		{
			if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_0) == 0)		//PB1的下降沿触发中断，此时检测另一相PB0的电平，目的是判断旋转方向
			{
				Encoder_Count ++;					//此方向定义为正转，计数变量自增
			}
		}
		EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line1);			//清除外部中断1号线的中断标志位
													//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
	}
}
  • main.c
#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "Encoder.h"

int16_t Num;			//定义待被旋转编码器调节的变量

int main(void)
{
	/*模块初始化*/
	OLED_Init();		//OLED初始化
	Encoder_Init();		//旋转编码器初始化
	
	/*显示静态字符串*/
	OLED_ShowString(1, 1, "Num:");			//1行1列显示字符串Num:
	
	while (1)
	{
		Num += Encoder_Get();				//获取自上此调用此函数后，旋转编码器的增量值，并将增量值加到Num上
		OLED_ShowSignedNum(1, 5, Num, 5);	//显示Num
	}
}

​

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在竞争激烈的餐饮市场中&#xff0c;单打独斗早已不再是主流&#xff0c;而餐饮合作却成为了一种新的趋势。那么&#xff0c;餐饮合作究竟有哪些优势&#xff0c;能够吸引众多餐饮从业者纷纷投身其中呢&#xff1f;本文将为您揭秘餐饮合作背后的双赢奥秘。 一、资源共享&#x…
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go-redis 封装事件-client封装模型、批量数据处理的导出器设计

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一、redis-go的封装实践-client模型 // Copyright 2020 Lingfei Kong <colin404foxmail.com>. All rights reserved. // Use of this source code is governed by a MIT style // license that can be found in the LICENSE file.package storageimport ("context&q…
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（19）夹钳(用于送货)

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文章目录 前言 1 常见的抓手参数 2 参数说明 前言 Copter 支持许多不同的抓取器&#xff0c;这对送货应用和落瓶很有用。 按照下面的链接&#xff08;或侧边栏&#xff09;&#xff0c;根据你的设置了解配置信息。 Electro Permanent Magnet v3 (EPMv3)Electro Permanent M…
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老胡的周刊（第149期）

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老胡的信息周刊[1]&#xff0c;记录这周我看到的有价值的信息&#xff0c;主要针对计算机领域&#xff0c;内容主题极大程度被我个人喜好主导。这个项目核心目的在于记录让自己有印象的信息做一个留存以及共享。 &#x1f3af; 项目 mesop[2] Mesop 是一个基于 Python 的 UI 框…
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