教你玩转[17]_RVSTAR—正交编码器接口篇

草帽王子

上期内容我们介绍了定时器的PWM输出功能，本期内容来介绍一下定时器的正交译码器功能（编码器接口）。正交译码器是和正交编码器外设配合使用的，可对编码器输入的脉冲进行计数进而实现速度测量，本期内容我们通过一个使用旋转编码器的计数小实验，来初步了解它的应用方法。

• 系统环境： Windows 10-64bit
• 软件平台： NucleiStudio IDE 202102版 或 PlatformIO IDE
• 硬件需求： RV-STAR开发板 和 旋转编码器
  

一、正交编码器

正交编码器（Quadrature Encoder）是一种用于测量旋转速度和方向的传感器。常见的正交编码器有两个输出信号：A信道和B信道。每个信道可以对运动进行测量并产生数字脉冲，这两个脉冲的相位相差90度（因此称为“正交”），这使得你可以根据它们判断运动的方向，通过积分（累加）运算后，还可以用来测算距离。

上图中，A和B分别连接到两个传感器单元上，黑白相间的圆环称之为「栅格」。传感器单元和栅格的实现方式有很多种，包括「反射式传感器+反光率不同的栅格」「对射式传感器+镂空光栅」「霍尔传感器+磁极圆环」「触点+导轨」等。

本次实验中，我们使用的是下图所示的市面上常见的旋转编码器（数字电位器）:

二、GD32VF103的正交译码器

正交译码器功能使用TIMERx_CH0和TIMERx_CH1引脚生成的CI0和CI1正交信号各自相互作用产生计数值。通过设置SMC=0x01、0x02或0x03来选择是仅由CI0、仅由CI1、或者由CI0和CI1来决定定时器的计数方向。在每个方向选择源的电平改变期间，DIR位是由硬件自动改变的。计数器计数方向改变的机制如下方的图表所示。

正交译码器可以当作一个带有方向选择的外部时钟，这意味着计数器会在0和自动加载值之间连续地计数。因此，用户必须在计数器开始计数前配置TIMERx_CAR寄存器。

三、实验部分

首先需要参照如下的示意图，对RV-STAR开发板和旋转编码器进行连线：

然后在集成开发环境中创建一个新工程，开始编写代码。

首先需要对定时器的编码器接口进行配置，我们使用的是TIMER2的编码器接口，对应的是PA6和PA7引脚，首先要使能它们的外设时钟和复用时钟，然后配置为浮空输入模式。

接着需要创建定时器初始化参数结构体，对定时器的功能进行配置，其中需要注意的是要将结构体参数的预分频系数设为0，周期设为10000（即定时器的自动加载值，也可以设为其他值），然后需要将定时器的模式设置为TIMER_ENCODER_MODE2（编码器模式，使用CI0和CI1计数），然后将定时器的计数值配置为5000（这样读取定时器计数的初值就是5000），最后使能TIMER2。

相关代码实现如下：

1. void encoder_init()
   
2. {
   
3.     /* TIMER2_CH0 - PA6, TIMER2_CH1 - PA7 */
   
4.     rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA);
   
5.     rcu_periph_clock_enable(RCU_AF);
   
6.     gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_IN_FLOATING, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_6 | GPIO_PIN_7);
   
7. 
   
8.     rcu_periph_clock_enable(RCU_TIMER2);
   
9.     timer_deinit(TIMER2);
   
10. 
    
11.     /* initialize TIMER init parameter struct */
    
12.     timer_parameter_struct timer_initpara;
    
13.     timer_struct_para_init(&timer_initpara);
    
14.     /* TIMER2 configuration */
    
15.     timer_initpara.prescaler = 0;
    
16.     timer_initpara.alignedmode = TIMER_COUNTER_EDGE;
    
17.     timer_initpara.counterdirection = TIMER_COUNTER_UP;
    
18.     timer_initpara.period = 10000; /* set auto-reload value */
    
19.     timer_initpara.clockdivision = TIMER_CKDIV_DIV1;
    
20.     timer_init(TIMER2, &timer_initpara);
    
21. 
    
22.     /* select the encoder mode */
    
23.     timer_slave_mode_select(TIMER2, TIMER_ENCODER_MODE2);
    
24.     timer_counter_value_config(TIMER2, 5000); /* config the initial value */
    
25. 
    
26.     timer_enable(TIMER2);
    
27. }

复制代码

本次实验，我们通过串口的打印输出来查看编码器的计数值，因此在主程序中需要对串口进行初始化，然后在循环体中，每次读取依次定时器的计数值，再打印输出到串口。

1. int main()
   
2. {
   
3.     encoder_init();
   
4.     gd_com_init(GD32_COM0);
   
5. 
   
6.     int counter = 0;
   
7.     while (1) {
   
8.         counter = timer_counter_read(TIMER2);
   
9.         printf("Counter: %d\n", counter);
   
10. 
    
11.         delay_1ms(500);
    
12.     }
    
13. }

复制代码

代码编写完成后，进行编译和上传，然后打开串口终端（波特率115200），可以查看到在串口终端中输出定时器的初值为5000：

然后顺时针旋转编码器的旋钮，观察到计数值增加，并且每转动一个单位计数值增加4，符合芯片数据手册中的功能描述：

逆时针旋转，计数值减少：

获取实验源码
https://github.com/Nuclei-Software/nuclei-board-labs/tree/master/rvstar/timer/timer_encoder_counter

完