STM32F103驱动EC11旋转编码器：硬件设计与中断驱动编程指南

本文将详细介绍如何在STM32F103微控制器上为EC11旋转编码器编写稳定可靠的驱动程序。内容涵盖从官方手册要点解读、硬件电路设计（含关键RC滤波），到基于外部中断的驱动代码实现与调试，帮助开发者快速上手。

一、EC11手册关键要点解析

在使用EC11编码器前，深入理解其数据手册是确保设计成功的第一步，尤其需要注意信号处理和抗干扰设计。

手册明确指出，编码器信号的计算方法需要综合考虑操作速度、信号采样时间以及微控制器软件逻辑。此外，为了抑制噪声，强烈建议在信号线上使用RC滤波电路。

手册推荐的RC滤波电路

下图展示了EC11官方推荐的接口电路。该电路在A、B两相输出端分别设置了由10KΩ上拉电阻和0.01μF（10nF）电容对地组成的RC低通滤波器，能有效滤除高频毛刺，C端子则直接接电源。

输出波形相位关系

EC11的A、B两相信号在旋转时存在90度的相位差。通过检测两路信号上升沿/下降沿到来的先后顺序，即可判断旋转方向（顺时针或逆时针），这是所有增量式编码器解码的基础。

二、硬件电路设计实践

在实际项目中，我们严格遵循手册建议，为EC11的CLK和DT引脚添加了RC滤波电路。

具体做法是：每个信号引脚通过一个10KΩ电阻上拉到MCU的供电电压（如3.3V），同时并联一个约100pF的电容到地（GND）。实测表明，使用100pF电容也能达到良好的滤波效果。

电路搭建完成后，强烈建议使用示波器观察波形，主要目的有二：

1. 确认添加滤波电路后，信号上的噪声是否被有效抑制。
2. 观察不同旋转速度下，A、B两相波形的相位关系与时间间隔，这对于后续软件中中断延迟时间的设置至关重要。

顺/逆时针旋转的实际波形

下图展示了使用示波器捕获的实际波形。可以看到，在黄色波形（CLK）的上升沿触发外部中断时，另一路DT信号的有效电平判断窗口非常窄。

如果中断服务函数中不加任何延迟，在快速旋转时，MCU可能来不及采样另一路引脚的电平状态，从而导致方向判断错误。这涉及到对嵌入式系统并发与中断响应时序的精细处理。

三、驱动程序关键实现

驱动代码的核心在于GPIO配置和外部中断处理函数。

1. GPIO配置

将连接EC11的CLK和DT的两个IO口均设置为下拉输入模式。这样，当编码器无输出时，引脚电平为稳定的低电平，便于检测高电平信号的有效跳变。

2. 中断配置

使用外部中断来检测EC11引脚的电平变化。

• 触发方式：设置为上升沿触发。这与下拉输入配置相匹配，当编码器产生脉冲时，引脚由低变高，产生中断。
• 判断逻辑：在中断服务函数中，当触发中断的引脚（例如CLK）为高电平时，立即读取另一引脚（DT）的电平状态。
  • 如果DT也为高电平，则为顺时针旋转。
  • 如果DT为低电平，则为逆时针旋转。

3. 关键延迟处理

这是驱动稳定的重中之重。为了防止因信号抖动或MCU响应速度导致的误判，必须在中断服务函数的起始处加入一个短暂的延时（例如delay_ms(1)），等待信号稳定后再进行采样判断。延时时间需根据实际旋转速度和硬件滤波参数进行调整。

以下是基于STM32标准外设库的核心代码示例：

knob.h 引脚定义

#define knob1_clk PAin(6) // 编码器CLK引脚连接PA6
#define knob1_dt  PAin(1) // 编码器DT引脚连接PA1

knob.c GPIO初始化

void knob_init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

    // 配置PA6和PA1为下拉输入模式
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_1;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD; // 输入，下拉
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
}

exit.c 中断初始化与服务函数

// 外部中断初始化
void EXTIX_Init(void)
{
    EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
    knob_init(); // 初始化编码器IO

    // 将PA6映射到EXTI Line6
    GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA, GPIO_PinSource6);
    EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line6;
    EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;
    EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising; // 上升沿触发
    EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;
    EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);

    // 配置NVIC
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI9_5_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0x02;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0x01;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}

// 中断服务函数
void EXTI9_5_IRQHandler(void)
{
    delay_ms(1); // 关键延时，等待信号稳定

    if(knob1_clk == 1) // 确保是CLK上升沿
    {
        if(knob1_dt == 1) // 判断DT电平
        {
            printf("knob: +1 \r\n"); // 顺时针
        }
        else
        {
            printf("knob: -1 \r\n"); // 逆时针
        }
    }
    EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line6); // 清除中断标志位
}

四、实验现象与输出验证

将上述程序下载到STM32F103开发板，并通过串口调试助手观察输出。稳定旋转EC11编码器，可以看到串口按顺序打印出“+1”或“-1”，准确反映了旋转方向和步进。

为了代码的复用和扩展，这里也提供一个更模块化、功能更完整的EC11驱动头文件设计参考，它定义了编码器类型、按键消抖、单击/双击/长按等高级功能，适用于更复杂的应用场景。

// EncoderEC11.h - 模块化EC11驱动头文件示例
#ifndef __ENCODER_EC11_H
#define __ENCODER_EC11_H

#include "stm32f10x.h"

// IO口定义
#define EC11_A_PIN    GPIO_Pin_6
#define EC11_B_PIN    GPIO_Pin_1
#define EC11_KEY_PIN  GPIO_Pin_0

// 编码器类型
#define EC11_TYPE_SINGLE_PULSE 0 // 一定位一脉冲
#define EC11_TYPE_DOUBLE_PULSE 1 // 两定位一脉冲

// 扫描周期与按键参数
#define EC11_SCAN_MS            2
#define KEY_DEBOUNCE_CNT       (20 / EC11_SCAN_MS)

// 动作标志
typedef enum {
    EC11_ACTION_NONE = 0,
    EC11_ACTION_CW,      // 顺时针
    EC11_ACTION_CCW,     // 逆时针
    EC11_ACTION_CLICK,
    EC11_ACTION_LONG_PRESS
} EC11_Action_t;

// 函数声明
void EC11_Init(uint8_t type);
EC11_Action_t EC11_Scan(void);

#endif

该头文件框架展示了如何组织一个健壮的编码器驱动，将硬件操作与业务逻辑分离，是嵌入式软件工程化思维的体现。

通过以上步骤，我们完成了从硬件滤波到软件解调的完整流程。关键在于理解RC滤波的必要性，以及在中斷服务函数中通过合理延迟来实现信号的稳定读取，从而确保EC11旋转编码器在STM32F103上的稳定工作。