Подключение энкодера к микроконтроллеру. Учебный курс. Подключение энкодера. Типовая структура простой программы. Генератор на AVR
Из этой статьи вы узнаете, что такое энкодер, зачем он нужен, и как его подружить с микроконтроллером. Если вы пользовались современной стиральной машиной, микроволновой печью или аудио системой то, скорее всего вы уже имели дело с энкодером, сами того не подозревая. Например, в большинстве современных домашних и автомобильных стерео систем энкодеры используются для регулировки громкости звука.
Энкодер или датчик угла поворота – это электромеханическое устройство, предназначенное для преобразования углового положения вала или оси в электрические сигналы. Существует два основных типа энкодеров - инкрементные и абсолютные.
Инкрементный энкодер при вращении формирует импульсы, число которых пропорционально углу поворота. Подсчет числа этих импульсов даст нам величину угла поворота вала энкодера относительно его начального положения. Этот тип энкодеров не формирует выходные импульсы, когда его вал находится в покое. Инкрементные энкодеры находят широкое применение в индустриальных средствах управления, бытовой и музыкальной технике.
Абсолютный энкодер для каждой позиции своего вала выдает уникальный код. Ему, в отличии от инкрементного энкодера, счетчик не нужен, угол вращения всегда известен. Абсолютный энкодер формирует сигнал и когда вал вращается, и когда он находится в покое. Абсолютный энкодер не теряет информацию о своем положении при потере питания и не требует возврата в начальную позицию. Этот тип энкодеров применяется в промышленно оборудовании - робототехнике, станках, конвейерных линиях.
Я хотел бы рассказать о сопряжении инкрементного механического энкодера с микроконтроллером. Для этого я приобрел инкрементный энкодер фирмы Bourns - PEC12-4220F-S0024. Вот расшифровка его названия согласно datasheet: PEC12 – модель, 4 – вертикальное положение выводов, 2 – 24 стопора, 20 – длина вала в мм, S – наличие кнопки, 0024 – 24 импульса за оборот.
У него 5 выводов. 2 вывода на фотографии слева – выводы кнопки, 3 вывода на фотографии справа – выводы энкодера. Из них - 2 сигнальных и 1 общий. Он посередине. Схема подключения энкодера ничем не отличается от подключения обычных кнопок. Сигнальные выводы энкодера подключаем к любому порту ввода вывода микроконтроллера. Общий вывод энкодера сажаем на землю. Для защиты от дребезга контактов не лишним будет добавить еще пару керамических конденсаторов номиналом в несколько нанофарад. Выводы микроконтроллера в программе конфигурируем как входы и включаем подтягивающие резисторы. Можно использовать внешние.
Когда ручка энкодера стоит неподвижно – на входах микроконтроллера присутствуют логические единицы. Когда ручку энкодера поворачивают, на выводах микроконтроллера появляются два прямоугольных сигнала сдвинутых друг относительно друга. От направления вращения вала энкодера зависит, какой из сигналов будет опережать другой. На рисунке ниже представлены возможные варианты сигналов для идеального случая.
Внутри энкодера имеются контакты, которые при вращении то замыкаются, то размыкаются. Этот процесс естественно сопровождается дребезгом, поэтому реальные сигналы могут выглядеть вот так.
Сигналы сняты со старого энкодера, включенного без фильтрующих конденсаторов.
Алгоритм обработки сигналов энкодера выглядит следующим образом. В обработчике прерывания таймера запускается функция опроса энкодера. Она считывает логические уровни, присутствующие на выводах микроконтроллера к которым подключен энкодер и записывает их во временную переменную. Внутри функции есть статическая переменная (переменная, которая сохраняет свое значение при выходе из функции) хранящая последовательность предыдущих состояний. С помощью битовой маски микроконтроллер выделяет из этой переменной последнее состояние и сравнивает его с текущим, чтобы определить произошли ли изменения. Если состояния равны – функция завершает работу, если отличны – значение статической переменной сдвигается влево на 2 разряда и на «освободившееся» место записывается текущее состояние. Таким образом, если вал энкодера вращается, функция будет постоянно сохранять некую повторяющуюся кодовую последовательность. При вращении вправо – это будет 11100001. При вращении влево – 11010010. По этим последовательностям микроконтроллер и будет понимать, в какую сторону происходит вращение.
Исходник для работы с энкодером можно скачать . Архив содержит два файла: encoder.h и encoder.c. В хедере задаются порт и номера выводов, к которым подключен энкодер, константы LEFT_SPIN и RIGHT_SPIN. Также там описаны прототипы функций. Сишный файл содержит реализацию функций.
void InitEncoder(void) – инициализирует выводы порта.
void PollEncoder(void) – однократно опрашивает энкодер. Если зафиксировано вращение, записывает в буфер одну из констант, если нет, просто завершает работу.
unsigned char GetStateEncoder(void) – возвращает содержимое буфера и очищает его.
Опрос энкодера я обычно произвожу с частотой ~ 4 кГц. Если опрашивать медленней, микроконтроллер будет пропускать импульсы при быстрых поворотах ручки энкодера. Если энкодер используется для установки линейно меняющейся величины, например для установки времени в часах, то в качестве констант LEFT_SPIN и RIGHT_SPIN удобно использовать числа 255 и 1 соответственно. В обработчике сигналов энкодера эти числа просто складываются с устанавливаемой величиной. При сложении с 1 величина увеличивается на 1, при сложении с 255 уменьшается на 1. Конечно это актуально если эта величина однобайтная. Ну а в принципе константы LEFT_SPIN и RIGHT_SPIN можно выбирать произвольно, главное правильно написать обработчик. На этом все.
Исходник для работы с энкодером .
Принцип действия, схема включения и исходник библиотеки для работы с инкрементным энкодером уже рассматривался мной в одной из статей. Сегодня мы поговорим о практическом применении энкодера. В качестве примера я выбрал программу генератора прямоугольного сигнала с диапазоном рабочих частот 1 – 100 Гц. Первоначальный замысел предполагал диапазон 1 - 1000 Гц, но на практике выяснилось, что перебирать тысячу значений утомительно даже с энкодером.
Подготовка
Создаем в пустом workspace`е новый проектProject > Create New Project…
Тип шаблона C > main
Копируем в папку проекта файлы исходника библиотеки для работы с энкодером
encoder.h и encoder.c
Подключаем к нашему проекту файл encoder.c
Правая кнопка мышки в окне workspace и в открывшемся меню Add > Add Files…
Копируем файл bits_macros.h в папку проекта.
Подключаем заголовочные файлы
В начале файла main.c забиваем следующие строки
#include
#include
#include
"encoder.h"
#include
"bits_macros.h"
Задаем настройки проекта
Project > Options
Тип микроконтроллера
General Options > Target > Processor Configuration > ATMega8535
Разрешение использования имен битов определенных в заголовочных файлах
General Options > System > Enable bit defenitions...
Оптимизация кода по размеру
C/C++ Compiler > Optimisations >Size High
Тип выходного файла
Linker > Output File галочка Override default и поменять расширение на hex
Linker > Format > Other выбрать Intel Standart
Жмем Ок. Сохраняем проект и workspace.
Теперь у нас есть пустой проект с подключенной либой и заданными настройками.
Задача
Заставить микроконтроллер генерировать меандр с частотой от 1 до 100 Гц. Значение частоты должно задаваться с помощью энкодера. Поворот энкодера на одну позицию должен соответствовать изменению частоты генератора на 1 Гц.
Схема для нашего примера
К выводу, на котором будет генерироваться меандр, подключен светодиод, чтобы хоть как-то видеть результат работы программы. Вряд ли у многих под рукой осциллограф.
Алгоритм программы
Прямоугольный сигнал генерируется с помощью 16 разрядного таймера Т1, который работает в режиме СТС – сброс при совпадении. Во флэш памяти микроконтроллера храниться массив, содержащий для каждого значения требуемой частоты константу. Для доступа к элементам массива используется переменная pTimerValue. В прерываниях таймера Т1 значение константы считывается и записывается в регистр сравнения.
Для генерации сигнала используется вывод PD5 (OC1A). У него есть альтернативные функции – он может менять свое состояние на противоположное при равенстве счетного регистра и регистра сравнения.
В основной программе в бесконечном цикле while микроконтроллер опрашивает буфер энкодера и в зависимости от его значения уменьшает или увеличивает переменную pTimerValue.
В самом начале main`а располагается код инициализации периферии и необходимых переменных.
Структура программы
Для наглядности я изобразил структуру программы в виде диаграммы.
Это типовая структура построения простых программ. Прерывания естественно происходят в произвольном месте цикла.
- Инициализация.
- Бесконечный цикл (так называемый superloop), в котором происходит ожидание события, обычно в виде опроса флагов или какого-нибудь буфера.
- Параллельная работа периферийных устройств, вызывающих прерывания. В них выполняется какой-то код (желательно короткий) и выставляются флаги.
Для простых задач такого подхода хватает за глаза. Для сложных существуют другие способы организации программ. Наберитесь терпения, скоро и до них дойдет дело.
Расчет констант для таймера Т1
Рассчитаем значение константы для частоты 1 Гц. Подобный расчет я уже приводил, но будет не лишним его вспомнить
Тактовая частота микроконтроллера 16 МГц (смотрите схему). Коэффициент предделителя таймера - 256. Он позволяет получить прерывания с любой частотой из нашего диапазона.
Период одного тика таймера будет равен 1/(16 МГц/ 256) = 16 мкс
На выводе PD5 нам нужно получить сигнал частотой 1 Гц. Вывод меняет свое состояние на каждое прерывание таймера и значит, частота прерываний должна быть в 2 раза больше. Для нашего случая - 2 Гц.
Сколько тиков таймера уложится в 2 Герца? (1/2 Гц)/16 мкс = 31250
Это и есть искомая константа.
Остальные значения рассчитываются аналогично. Я для этого обычно использую Exel.
Полученные значения мы помещаем в массив
__flash
unsigned int
timerValue =
{
сохраняем его в отдельном файле – timer_value.h и подлючаем его к файлу main.c
#include "timer_value.h"
Да, еще нужно добавить парочку констант в этот файл
#define
MAX_TIM_VALUE 99
#define
MIN_TIM_VALUE 0
Убедимся, что правильно рассчитали константы для таймера. Запустим его. Код программы будет такой.
//программирование AVR на Си
//сайт 17.10.09
#include
#include
#include
"encoder.h"
#include
"bits_macros.h"
#include
"timer_value.h"
//индекс для доступа к элементам массива
volatile unsigned char
pTimerValue = 0;
int
main(void
)
{
//инициализация таймера Т1
TCNT1 = 0;
TCCR1A = (0<
//настройка вывода PD5 на выход
SetBit(PORTD, PD5);
SetBit(DDRD, PD5);
//ничего не делаем в бесконечном цикле
while
(1);
return
0;
}
Думаю, пояснения требует только кусок инициализации таймера.
Обнуление счетного регистра
TCNT1 = 0;
Инициализация конфигурационных регистров таймера Т1. Где биты WGM13, WGM12, WGM11, WGM10 задают режим работы таймера – СТС, COM1A1, COM1A0 – определяют поведение вывода PD5(OC1F) – в данном случае по сигналу таймера он будет менять свое состояние на противоположное Компилируем программу и грузим в микроконтроллер. Светодиод должен моргать с частотой 1 Гц. Теперь нужно “прикрутить” к этой программе энкодер. Зададим настройки в хедер файле encoder.h – порт и выводы, к которым подключен энкодер, значения констант. #define
RIGHT_SPIN 0x01 Хедер содержит прототипы трех функций. Вспомним их назначение. void ENC_InitEncoder(void)
настраивает выводы микроконтроллера, к которым подключен энкодер на вход. Эту функцию нужно вызвать в начале main`а. void ENC_PollEncoder(void)
– однократно опрашивает энкодер, анализирует текущее и предыдущее состояния и записывает в буфер соответствующие константы (RIGHT_SPIN и LEFT_SPIN). Эта функция будет сидеть в прерывании таймера Т0. unsigned char ENC_GetStateEncoder(void)
– возвращает содержимое буфера энкодера. Если поворот на одну позицию не был зафиксирован – функция вернет 0, если поворот был зафиксирован функция вернет значение соответствующей константы. При этом значение буфера очистится. Эта функция будет вызываться в основном программе – в цикле while. //программирование AVR на Си #include
#define
TCNT0_const 253 volatile unsigned char
pTimerValue = 0; int
main(void
) //инициализация таймера т0
//инициализация таймера т1
//настраиваем PD5 на выход
__enable_interrupt
(); //если не пустой
//опрос энкодера
#pragma
vector=TIMER1_COMPA_vect Вроде все должно быть понятно. if
(stateEnc != 0) { При вращении энкодера вправо pTimerValue складывается с 1, то есть инкрементируется. При вращении энкодера влево pTimerValue складывается с 0хff, что равносильно вычитанию 1. Одна и та же операция, а результат прямо противоположный. В этой статье пойдет речь о энкодере и о том как его подключить к микроконтроллеру. Встретить его можно в таких устройствах как аудиосистемы, стиральные машины, микроволновкой и ряде современных устройств. К примеру в аудиосистемах энкодеры и микроконтроллеры используются для регулировки громкости. Но ладно хватит уже воды, давайте ближе к делу. Энкодер или как его еще называют датчик угла поворота - представляет собой электромеханическое устройство, которое преобразует положение угла вала в электрический сигнал. Энкодеры делятся на 2 типа абсолютные и инкрементные. В инкрементных энкодерах при повороте вала формируются импульсы, количество этих импульсов пропорционально углу поворота вала. Если подсчитать эти импульсы то можно узнать угол поворота вала энкодера. Если ручка энкодера находится в покое то импульсы не формируются. Такие энкодеры широко применяются в аудио системах и промышленных средствах управления. Абсолтные энкодеры имеют совершенно другой принцип дейставия, основаная на выдачи уникального кода каждому положению вала. Формирование импульсов происходит когда вал вращается и когда он в покое. Причем информация о текущем положения вала, сохранится даже после прекращения подачи напряжения. В нашем примере мы подключим инкрементный энкодер с микроконтроллером. Энкодер PEC12 422OF SOO24 который имеет 24 импульса за 1 оборот. Энкодер имеет 5 выводов, 3 из них это выводы самого энкодера, а другие два это кнопка. У выводов энкодера одни вывод общий а 2 другие сигнальные. Схема подключения ничем не отличается от схемы подключения обычной кнопки. Сигнальные выводы подключаются в портам ввода/вывода микроконтроллера. А общий вывод котоый посередине соединяется к земле. С целью защиты от дребезга контактов можно добавить конденсаторы емкостью несколько нФ. Выводы к которым мы подключили энкодер настраиваем в программе как входы и включаем подтягивающие резисторы, можно подключить внешние резисторы. Принцип действия энкодера основан на замыкании и размыкании контактов, когда ручку никто не крутит то на входе в МК имеется логическая еденица. Когда ручку начинают поворачивать то появляются два прямоугольных импульса которые сдвинуты друг относительно друга. От того в какую сторону крутим будет зависить какой сигнал опережает. Но так как имеется друбезг контактов в любых картина будет выглядить следующим образом. Алгоритм работы программы микроконтроллера С определенным интервалом начинается вызов функции опроса энкодера. Эта функция считывает логические уровни, которые присутсвуют на выводах микроконтроллера и производит запись этого значения во временную переменную. Внутри функции опроса энкодера существует другая статичная переменная которая сохраняется при выходе из этой функции в ней хранится последовательность предыдуших значений. Из этой переменной берется последнее записанное значение и сравнивается с текущим для того чтобы определить были ли изменения. Если эти значения равны тот происходит выход из функции, а если они отличаются то значение статичной переменной сдвигается на 2 разряда влево и в "свободное" место записывается новое (текущее) значение. Получается что когда вал энкодера вращается то во временную переменную будет постоянно записываться новое значение и получится повторяющаяся кодовая последовательность. Если вращаем вправо булед: 11100001, а если влево то 11010010. По этим значениям можно понять в какую сторону крутится вал. В архиве есть 2 файла encoder.h и encoder.c. Изначалоно нужно задать порт и номер выводов к которым производится подключение это переменные LEFT_SPIN и RIGHT_SPIN. В файле "c" находится реализация функций. Инкрементальный энкодер
внешне похож на потенциометр
, но в отличие от потенциометра у него нет крайних положений, он может вращаться в обоих направлениях неограниченное количество оборотов. Также надо отметить, что инкрементальный энкодер вращается не так плавно как потенциометр, а шагами. Его можно увидеть на автомобильной магнитоле, осциллографе
, музыкальном центре, стиральной машине и прочей технике, где регулировка какого-то параметра осуществляется в больших пределах. Конечно, параметры можно изменять и с помощью кнопок, например, для того чтобы сделать музыку на 20 значений громче, при управлении кнопкой, надо нажать её 20 раз, а при управлении энкодером, провернуть его на определённый угол, в зависимости от алгоритма обработки. Инкрементальный энкодер
представляет собой два контакта, порядок замыкания которых зависит от направления вращения
. Давайте соберём тестовую схему изображенную на картинке выше и подключимся к выводу A и B осциллографом
, резисторы подтяжки - 4.7К. Бороться с дребезгом можно двумя способами, первый
состоит в добавлении конденсаторов и резисторов, как показано на картинке ниже. Второй способ
- программный и тут всё зависит от реализации опроса выводов энкодера. Если состояние энкодера отслеживается с помощью внешних прерываний
, то после срабатывания прерывания необходимо сделать задержку 20 - 30 миллисекунд, во время которой МК не будет реагировать на изменение состояния вывода, то есть не будет чувствовать дребезг. Если опрос выводов энкодера реализован на таймере
, то интервал между опросами должно быть больше длительности дребезга, те же 20 -30 миллисекунд. Давайте рассмотрим методы обработки данных, приходящих с энкодера
. Второй метод, заключается в сравнении текущего состояния и предыдущего
. Давайте выразим логические уровни последовательности импульсов в виде нулей и единичек. Предположим последнее состояние в котором находился энкодер равно трем, если следующее состояние будет равно единице, то он вращается в одну сторону, если двум, то в другую. Получается, что можно фиксировать переход из одного состояние в другое и определять направление вращения, но наиболее простой является реализация при переходе от 11 к 01 и 10. Ниже приведён код реализующий описанный алгоритм для AVR, Узнайте, как использовать инкрементальный поворотный энкодер в проекте на Arduino.
Поворотный энкодер представляет собой электромеханическое устройство, которое преобразует вращательное движение в цифровую или аналоговую информацию. Он очень похож на потенциометр, но может вращаться бесконечно как по часовой стрелке, так и против часовой стрелки. Существует несколько типов поворотных энкодеров. Двумя основными типами являются абсолютные и относительные (инкрементальные) энкодеры. В то время как абсолютный энкодер выдает значение, пропорциональное текущему углу вала, инкрементальный энкодер выдает шаг движения вала и его направление. Поворотные энкодеры становятся всё более и более популярными в потребительской электронике, особенно в качестве ручек управления, в дополнение к приложениям во многих других областях. Они заменяют собой потенциометры и кнопки навигации, где требуются быстрая навигация, настройка, ввод данных и выбор пункта меню. Некоторые энкодеры также включают в себя встроенную кнопку, которая создает дополнительный вход для процессора, который может использоваться в качестве другой пользовательской команды в интерфейсе управления. На рисунке ниже вы можете увидеть типовой инкрементальный поворотный энкодер с кнопкой включения. В данной статье мы покажем вам, как использовать инкрементальный поворотный энкодер в проекте на Arduino. Мы объясним, как бороться с дребезгом контактов и интерпретировать сигналы энкодера в программе микроконтроллера, используя прерывания. Инкрементальный поворотный энкодер во время поворота вала генерирует два выходных сигнала, что также называется квадратурным выходом. В зависимости от направления один сигнал опережает другой. Ниже вы можете увидеть форму выходного сигнала инкрементального поворотного энкодера и ожидаемую последовательность битов. Как видно из рисунка, оба выхода в изначально находятся в состоянии логической единицы. Когда вал энкодера начинает вращаться в направлении по часовой стрелке, первым падает до логического нуля состояние на выходе A, а затем с отставанием за ним следует и выход B. При вращении против часовой стрелки всё происходит наоборот. Временные интервалы на диаграмме сигнала зависят от скорости вращения, но отставание сигналов гарантируется в любом случае. На основе этой характеристики инкрементального поворотного энкодера мы напишем программу для Arduino. Механические энкодеры имеют встроенные переключатели, которые формируют сигнал на квадратурном выходе во время вращения. Когда имеем дело с сигналами энкодера, основной проблемой является дребезг контактов. Он вызывает ошибочное определение направления вращения и величины поворота вала энкодера и делает использование энкодеров проблематичным. Мы можем избавиться от дребезга контактов, отфильтровывая его в программе или используя дополнительные схемы фильтрации. Фильтрация шума в программном обеспечении микроконтроллера является одним из вариантов фильтрации, но она обладает некоторыми недостатками. Вам необходимо написать более сложный код для обработки шума. Фильтрация займет время обработки и внесет задержки в основной поток программы. Вам может потребоваться установить таймеры, чтобы игнорировать интервалы дребезга контактов. В конце концов, возможно, у вас не получится получить удовлетворительный и надежный результат. Фильтрация шума с помощью дополнительных аппаратных средств проще, и она останавливает шум еще в его источнике. Вам понадобится RC фильтр первого порядка. На рисунке ниже вы можете увидеть, как выглядит сигнал после использования RC фильтра. RC-фильтр замедляет время спада и время нарастания и обеспечивает аппаратное удаление дребезга контактов. При выборе пары резистор-конденсатор вы должны учитывать максимальную частоту вращения. Иначе будет отфильтрован и ожидаемый отклик энкодера. Мы создадим приложение, демонстрирующее, как использовать поворотный энкодер в проекте на Arduino. Мы будем использовать энкодер для навигации, ввода данных и выбора. Ниже приведена принципиальная схема приложения. Схема построена на базе платы Arduino Uno. Для графического интерфейса используется LCD дисплей Nokia 5110. В качестве средств управления добален механический поворотный энкодер с кнопкой и RC-фильтрами. Мы разработаем простое программное меню, в котором и продемонстрируем работу поворотного энкодера. Сигналы энкодера должны быть обнаружены и интерпретированы в программе как можно быстрее, чтобы не блокировать основной поток программы. Мы можем детектировать сигналы путем опроса в основном цикле, или используя прерывания. Опрос не эффективен, так как вам необходимо зарезервировать время и ресурсы в основном цикле, что приводит к дополнительным задержкам. Использование прерываний - это более быстрое и экономичное решение. Мы покажем вам, как использовать прерывания для обработки сигналов энкодера. В Atmega328 есть два типа прерываний, которые можно использовать для этих целей; внешнее прерывание и прерывание по изменению состояния вывода. Выводы INT0 и INT1 назначены на внешнее прерывание, а PCINT0 - PCIN15 назначены на прерывание по изменению состояния вывода. Внешнее прерывание может определить, произошел ли спад или нарастание входного сигнала, и может быть запущено при одном из следующих состояний: нарастание, спад или переключение. Для прерывания по изменению состояния выводов существует гораздо больше аппаратных ресурсов, но оно не может обнаруживать нарастающий и спадающий фронты, и оно вызывается, когда происходит любое изменение логического состояния (переключение) на выводе. Чтобы использовать прерывание по изменению состояния выводов, подключите выходы поворота энкодера A и B к выводам A1 и A2 , а выход кнопки - к выводу A0 платы Arduino, как показано на принципиальной схеме. Установите выводы A0 , A1 и A2 в режим входа и включите их внутренние подтягивающие резисторы. Включите прерывание по изменению состояния выводов в регистре PCICR и включите прерывания для выводов A0 , A1 и A2 в регистре PCMS1 . При обнаружении любого изменения логического состояния на одном из этих входов будет вызовано ISR(PCINT1_vect) (прерывание по изменению состояния выводов). Поскольку прерывание по изменению состояния выводов вызывается для любого логического изменения, нам необходимо отслеживать оба сигнала (и A, и B) и обнаруживать вращение при получение ожидаемой последовательности. Как видно из диаграммы сигналов, движение по часовой стрелке генерирует A = …0011… и B = …1001… . Когда мы записываем оба сигналы в байты seqA и seqB , сдвигая последнее чтение вправо, мы можем сравнить эти значения и определить новый шаг вращения. Вы можете увидеть часть кода, включающую инициализацию и функцию обработки прерывания по изменению состояния выводов. Void setup()
{
pinMode(A0, INPUT);
pinMode(A1, INPUT);
pinMode(A2, INPUT);
// Включить внутренние подтягивающие резисторы
digitalWrite(A0, HIGH);
digitalWrite(A1, HIGH);
digitalWrite(A2, HIGH);
PCICR = 0b00000010; // 1. PCIE1: Включить прерывание 1 по изменению состояния
PCMSK1 = 0b00000111; // Включить прерывание по изменению состояния для A0, A1, A2
}
void loop()
{
// Основной цикл
}
ISR (PCINT1_vect)
{
// Если прерывание вызвано кнопкой
if (!digitalRead(A0))
{
button = true;
}
// Если прерывание вызвано сигналами энкодера
else
{
// Прочитать сигналы A и B
boolean A_val = digitalRead(A1);
boolean B_val = digitalRead(A2);
// Записать сигналы A и B в отдельные последовательности
seqA <<= 1;
seqA |= A_val;
seqB <<= 1;
seqB |= B_val;
// Маскировать четыре старших бита
seqA &= 0b00001111;
seqB &= 0b00001111;
// Сравнить запсанную последовательность с ожидаемой последовательностью
if (seqA == 0b00001001 && seqB == 0b00000011)
{
cnt1++;
left = true;
}
if (seqA == 0b00000011 && seqB == 0b00001001)
{
cnt2++;
right = true;
}
}
}
Использование внешнего прерывания делает процесс более простым, но поскольку для этого прерывания назначено только два вывода, то вы не сможете использовать его для других целей, если займете его энкодером. Чтобы использовать внешнее прерывание, вы должны установить выводы 2 (INT0) и 3 (INT1) в режим входа и включить их внутренние подтягивающие резисторы. Затем выберите вариант спадающего фронта для вызова обоих прерываний в регистре EICRA . Включите внешние прерывания в регистре EIMSK . Когда начнется вращение вала энкодера, сначала ведущий сигнал падает до логического нуля, а второй сигнал некоторое время остается на уровне логической единицы. Поэтому нам нужно определить, какой из сигналов во время прерывания находится в состоянии логической единицы. После того, как ведущий сигнал упал до логического нуля, через некоторое время второй сигнал также упадет до логического нуля, что вызовет другое прерывание. Но этот раз и другой (ведущий) сигнал будет на низком логическом уровне, что означает, что это не начало вращения, поэтому мы игнорируем его. Ниже вы можете увидеть часть кода, включающую в себя инициализацию и функцию обработки внешнего прерывания. Void setup()
{
pinMode(2, INPUT);
pinMode(3, INPUT);
// Включить внутренние подтягивающие резисторы
digitalWrite(2, HIGH);
digitalWrite(3, HIGH);
EICRA = 0b00001010; // Выбрать вызов по спадающему фронту
EIMSK = 0b00000011; // Включить внешнее прерывание
}
void loop()
{
// Основной цикл
}
ISR (INT0_vect)
{
// Если второй сигнал находится в состоянии логической единицы, то это новое вращение
if (digitalRead(3) == HIGH)
{
left = true;
}
}
ISR (INT1_vect)
{
// Если второй сигнал находится в состоянии логической единицы, то это новое вращение
if (digitalRead(2) == HIGH)
{
right = true;
}
}
Полный код скетча Arduino, включающий основной цикл приведен ниже: #include Энкодер в действии вы можете увидеть на видео, приведенном ниже.
TCCR1A = (0<
CS12, CS11, CS10 – определяют коэффициент предделителя таймера –256,
Инициализация регистра совпадения начальным значением.
OCR1A = timerValue;
В программе нет никаких прерываний. Нет никаких манипуляций с выводом PD5. Однако светодиод моргает! Программа
#define
PORT_Enc PORTA
#define
PIN_Enc PINA
#define
DDR_Enc DDRA
#define
Pin1_Enc 2
#define
Pin2_Enc 1
#define
LEFT_SPIN 0xff
Дополняем нашу программу. Можете попробовать сделать это самостоятельно.
//пример использования энкодера
//сайт 17.10.09
#include
#include
"encoder.h"
#include
"bits_macros.h"
#include
"timer_value.h"
#define
TCCR0_const 5
{
ENC_InitEncoder();
TCNT0 = TCNT0_const;
TCCR0 = TCCR0_const;
TCNT1 = 0;
TCCR1A = (0<
//разрешение прерываний от таймеров
//т0 - по переполнению, т1 - по совпадению
TIMSK = (1<
SetBit(PORTD, PD5);
SetBit(DDRD, PD5);
while
(1){
//считываем содержимое буфера энкодера
//после считывания он очищается
unsigned char
stateEnc = ENC_GetStateEncoder();
if
(stateEnc != 0){
//определяем направление вращения и изменяем переменную timerValue
if
(stateEnc == RIGHT_SPIN){
if
(pTimerValue == MAX_TIM_VALUE) pTimerValue = MIN_TIM_VALUE;
else
pTimerValue++;
}
if
(stateEnc == LEFT_SPIN) {
if
(pTimerValue == MIN_TIM_VALUE) pTimerValue = MAX_TIM_VALUE;
else
pTimerValue--;
}
}
}
return
0;
}
#pragma
vector=TIMER0_OVF_vect
__interrupt
void
timer0_ovf_my(void
)
{
TCNT0 = TCNT0_const;
ENC_PollEncoder();
}
__interrupt
void
timer1_compa_my(void
)
{
//обновляем значение регистра стравнения
OCR1A = timerValue;
}
Кусок кода, в котором изменяется значение pTimerValue, можно было бы написать еще так:
pTimerValue = pTimerValue + stateEnc;
if
(pTimerValue == (MAX_TIM_VALUE + 1)) pTimerValue = MIN_TIM_VALUE;
else if
(pTimerValue == (MIN_TIM_VALUE - 1)) pTimerValue = MAX_TIM_VALUE;
}Схема подключения энкодера к микроконтроллеру
По сути инкрементальный энкодер преобразует вращение вала в электрические импульсы
, содержащие информацию о направлении вращения.
Покрутим энкодер по часовой стрелке.
Теперь против часовой.
На осциллограммах видно, что в зависимости от направления вращения, изменяется порядок замыкания контактов. Но фронта не всегда получаются такие красивые.
Так как контакты механические, они подвержены дребезгу, то есть при замыкании за счёт упругости материалов, возникают многократные неконтролируемые замыкания и размыкания, которые можно увидеть на осциллограмме выше.
Так как дребезг явление кратковременное, он легко гасится конденсатором.
На осциллограмме видно, что после установки конденсаторов, фронты стали менее крутыми, а дребезг исчез.
Первый метод, заключается в том, что одну из ножек энкодера мы подключаем к выходу внешних прерываний и настраиваем её на прерывание по спадающему фронту. В прерывании мы проверяем состояние другой ножки и если на ней ноль, то вращение происходит в одну сторону, иначе в другую. Ниже приведён код, реализующий этот метод для AVR.
Тогда мы получим конечное число состояний энкодера. Первая цифра - логический уровень первого вывода энкодера, вторая - логический уровень второго вывода.
#define F_CPU 8000000UL
#include
Энкодер покупалСигнал квадратурного выхода инкрементального энкодера
Фильтрация дребезга контактов механического энкодера
Простое приложение
Обработка сигналов энкодера с помощью прерываний
