当前位置：物联沃-IOTWORD物联网 > 技术教程 > STM32教程：旋转编码器和对射式红外传感器使用详解
代码收藏家代码收藏家 技术教程

STM32教程：旋转编码器和对射式红外传感器使用详解

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

    • image.png
    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。
    image.pngimage.png
    image.png
    image.png

    1.1.2 旋转编码器硬件电路

    image.png

  • 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。
    image.png

    • 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。
    image.png
    image.png

  • 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。

    • image.png

    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

    • image.png
    image.png

    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
	}
}

    ​

    作者：luckyme_

    物联沃分享整理
    物联沃-IOTWORD物联网 » STM32教程：旋转编码器和对射式红外传感器使用详解

    代码收藏家 普通

    分享到：

    相关推荐

    发表回复