RVMCU课堂「17」: 手把手教你玩转RVSTAR—正交编码器接口篇

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

旋转编码器

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）:

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。

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：

void encoder_init()
{
    /* TIMER2_CH0 - PA6, TIMER2_CH1 - PA7 */
    rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA);
    rcu_periph_clock_enable(RCU_AF);
    gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_IN_FLOATING, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_6 | GPIO_PIN_7);

    rcu_periph_clock_enable(RCU_TIMER2);
    timer_deinit(TIMER2);

    /* initialize TIMER init parameter struct */
    timer_parameter_struct timer_initpara;
    timer_struct_para_init(