Arduino | 旋轉編碼器模組使用(2)---使用中斷

  Arduino | 旋轉編碼器模組使用(2)---使用中斷

關鍵字：arduino旋轉編碼器模組、arduino中斷。
繼上篇<Arduino | 旋轉編碼器模組使用(1)>的介紹後，此篇說明如何藉由Arduino開發板的中斷功能，計算旋轉編碼器的轉速與位置。

中斷服務(ISR)

黑修斯只有簡單節錄一些重點介紹中斷，關於中斷服務的詳細說明，請至本篇文章最下方的參考有更詳細的說明。
註：呼叫的函數在官方文件為ISR，中文為中斷處理函數或中斷服務常式等。

什麼是中斷?

中斷就好像是燒開水的水壺鳴笛，當水還沒燒開時，我們能夠先去做自己的事情，當水燒開，水壺會發出鳴笛聲(中斷發生)，告訴我們水已經燒開，這個時候我們先暫停手邊的工作將火熄滅。

attachInterrupt(中斷編號, 呼叫的函數, 中斷模式)

在Arduino開發板中，最基本的中斷呼叫方法如上，其中需要引入三個參數(中斷編號, 呼叫的函數, 中斷模式)，下列會依序說明。

中斷編號

Arduino (Uno, Nano, Mini, other 328-based)開發板配備二個中斷編號，對應的腳位如下表

中斷編號	對應之Arduino腳位
中斷0	Pin 2
中斷1	Pin 3

Arduino(Mega, Mega2560, MegaADK)開發板配備六個中斷編號，對應的腳位如下表

中斷編號	對應之Arduino腳位
中斷0	Pin 2
中斷1	Pin 3
中斷2	Pin 21
中斷3	Pin 20
中斷4	Pin 19
中斷5	Pin 18

其他型號的說明請參見arduino官方說明 。

呼叫函式

當中斷發生時，將執行的函式，一般中斷呼叫的函式，盡量都以簡單的運算為主，中斷時間太長將會影響Arduino晶片的運作。

中斷模式

中斷模式有4+1種，其中中斷模式HIGH限用特定的開發板。

中斷模式	觸發中斷方法	備註
LOW	訊號低電位(LOW)時觸發中斷
CHANGE	訊號改變時觸發中斷
RISING	訊號由LOW變成HIGH時觸發中斷
FALLING	訊號由HIGH變成LOW時觸發中斷
HIGH	訊號高電位(HIGH)時觸發中斷	只限用於某些板子如 Due, Zero and MKR1000 ....

中斷服務的使用範例

attachInterrupt(0, test,CHANGE )

• 啟用中斷0(Arduino 開發板Pin 2)
• 中斷模式為"CHANGE"
• 中斷發生時會呼叫test函式，test函式可以自己自訂名稱。

由於中斷模式為CHANGE，當訊號由HIGH -> LOW 或 LOW -> HIGH 會發生中斷，中斷期間會去執行test函式。

腳位說明

腳位	說明
CLK	相當於A相
DT	相當於B相
SW	編碼器按鈕腳位(編碼器上有開關的功能，可以按壓)
+	正電源
GND	接地

腳位觸發變化

通電後，CLK、DT、SW都是高電位(HIGH)，當觸發時會變低電位(LOW)，而SW(按鈕)被按下時變為低電位(LOW)。

程式接腳

腳位		連接Arduino開發板腳位
CLK	<--->	Arduino Pin2
DT	<--->	Arduino Pin7
SW	<--->	不使用
+	<--->	正電源 5V or 3.3V
GND	<--->	接地

程式碼

程式亦可到GitHub下載。

	/* Arduino Rotary Encoder Tutorial
	*
	* by Dejan Nedelkovski, www.HowToMechatronics.com
	* 時間：2018/06/20
	* 作者：黑修斯 (陳建仲)
	* 檔名：encoder_hu02
	* 版本：v01
	* 說明：旋轉編碼器模組加入中斷來計算，減少丟步(遺失訊號)。
	*/
	#define outputA 2 //定義 outputA = 2
	#define outputB 7 //定義 outputB = 7
	int counter = 0; //定義 counter 為 int 類型變數，且初始值為0
	int aState; //定義 aState 為 int 類型變數
	int aLastState; //定義 aLastState 為 int 類型變數
	//初始化設定↓↓↓
	void setup() {
	pinMode (outputA,INPUT); //埠口模式設定：outputA 設為 輸入
	pinMode (outputB,INPUT); //埠口模式設定：outputB 設為 輸入
	attachInterrupt (0, test, CHANGE); //啟用中斷函式(中斷0,test函式,CHANGE模式)
	Serial.begin (9600); //Serial通訊鮑率設為9600
	aLastState = digitalRead (outputA); //將初始outputA的讀取值 設給 aLastState
	}
	//主程式運作區↓↓↓
	void loop() {
	Serial.print("Position: "); //透過serial印出字串 Position:
	Serial.println(counter); //透過serial印出 counter 值
	}
	//test函式
	void test(){
	aState = digitalRead(outputA); //將outputA的讀取值 設給 aState
	if (aState != aLastState){ //條件判斷，當aState 不等於 aLastState時發生
	if (digitalRead(outputB) != aState) { //條件判斷，當outputB讀取值 不等於 aState時發生
	counter ++; //計數器+1
	} else {
	counter --; //計數器-1
	}
	}
	aLastState = aState; //將aState 最後的值 設給 aLastState
	}

view raw encoder_hu02.ino hosted with ❤ by GitHub

程式原理和上一篇大同小異，請見<Arduino | 旋轉編碼器模組使用(1)>。

中斷模式CHANG說明

當讀者將黑修斯的範例程式燒錄到Arduino開發板上，就能夠動手理解"中斷模式CHANG"的實際運作方式。

理論觸發狀況

CHANG模式[有改變就觸發]，訊號由HIGH -> LOW 或 LOW -> HIGH。
理論上會如下圖，當旋轉編碼器轉動一下，計數值應為+1或-1。

實際觸發狀況

實際上，計數值有可能為+2或-2，因為旋轉編碼器的初始狀態是"高電位"，如下圖二說明，每轉一次的pluse狀態會觸發兩次中斷，所以計數2次。

解決實際計數值不符

解決實際計數值不符的狀況，黑修斯故意埋伏筆，讓讀者們可以試著思考與解決，提示兩個解決問題的方向。

1.CHANGE模式改LOW 模式

2018/06/24：黑修斯在撰寫系列文章第三篇< Arduino | 旋轉編碼器模組使用(3)---使用中斷並加入按鈕歸零>中，嘗試過LOW模式與FALLING模式，效果並不是很好，應該說準確性沒有CHANGE模式好，而且可以說是不如人意，所以建議讀者們參考方法2。

機構上的小問題
這款旋轉編碼器只要輕轉半格，計數值還是可以顯示+1或-1，原因在於內部結構為光遮罩式的設計，輕轉半格就能遮光，進而產生LOW->HIGH的Pluse訊號。

2.程式中的計數值/2 再顯示

圖一

圖二

最後的結論

透過中斷的方式，可以準確地控制，只要轉速不超過Arduino開發板的處理速度即可。

另外的小地雷(設計上的BUG)

另外的小實驗：使用中斷仍然會失步的狀況，通訊延遲造成的
將原本程式碼中void loop()的區塊，如下圖移到test()函式中的位置，讓每次中斷發生才傳回計數值，如果旋轉編碼氣旋轉快一些，會出現計數錯誤，原因為通訊速度造成的延遲現象，可透過調高Serial Port的通訊速度減少這個現象。
亦或是使用原本的程式碼，不將void loop()的區塊移動。

Reference

1. arduino官方說明 
2. 小狐狸事務所: Arduino 按鈕開關測試 (二) : 硬體中斷法 (Interrupt) 
3. Arduino编程参考手册 - DFRobot Product Wiki 
4. 太極創客---中斷說明 

轉貼本文時，需註明來自黑修斯隨手札記原創作者 hughes chen（黑修斯），及附上原文連結，同時 禁止修改，禁止商業使用 。