## 一、正交信号与测速原理 增量式编码器输出两路相位差 90° 的方波信号：A 相（Channel A）和 B 相（Channel B）。旋转方向不同，A 与 B 的相位关系也不同：正转时 A 领先 B 90°，反转时 B 领先 A 90°。STM32 定时器编码器接口通过检测两个信号的边沿组合，可以在每个完整周期内产生 **2 倍或 4 倍频** 的计数脉冲，从而获得更高的分辨率。 在 4 倍频模式下，定时器的计数方向由 A、B 相电平状态决定，硬件自动完成鉴相与计数，无需软件干预。要实现速度测量，核心思路是： - 配置定时器为编码器模式（Slave Mode: Encoder Mode 1/2/3） - 开启定时器更新中断或使用定时器溢出计数 - 周期读取计数寄存器（TIMx->CNT），并换算为转速 ## 二、STM32 定时器编码器模式原理 STM32 的通用定时器（TIM2~TIM5）和高级定时器（TIM1、TIM8）都支持编码器接口。其本质是将定时器的两个输入通道 TI1 和 TI2 作为编码器输入，内部通过一个异或门和边沿检测逻辑，将 A/B 相信号转换为计数脉冲和方向信号。 关键寄存器与配置项： - **TIMx_CCMR1**：设置通道输入捕获映射，选择 IC1F 滤波和分频 - **TIMx_SMCR**：设置 Slave Mode 为 Encoder Mode（101、110、111 分别对应模式 1、2、3） - **TIMx_CR1**：设置计数器方向（由硬件自动控制）和使能计数 - **TIMx_ARR**：设定自动重装值，用于决定计数范围（通常设为 65535 或自定义值） - **TIMx_CNT**：当前计数值，代表位置（或速度差） 模式选择： - **Encoder Mode 1**（SMCR=101）：只在 TI1 边沿计数，TI2 决定方向 - **Encoder Mode 2**（SMCR=110）：只在 TI2 边沿计数，TI1 决定方向 - **Encoder Mode 3**（SMCR=111）：在 TI1 和 TI2 的双边沿计数（4倍频），最常用 ## 三、CubeMX 配置步骤 本文以 STM32F103 系列为例，使用 TIM4 的通道1（PA6）和通道2（PA7）。 1. **设置时钟**：RCC 开启 HSE，主频配置为 72MHz。 2. **配置定时器 TIM4**： - Combined Channels: `Encoder Mode` - Prescaler: `0`（编码器输入不需要分频） - Counter Period: `65535` - Input Filter: `0`（可根据实际情况设为 10~20 用于滤波） - Encoder Mode: `Encoder Mode TI1 and TI2`（即 4 倍频） 3. **使能中断**：NVIC Setting 中勾选 TIM4 global interrupt（若需要计算溢出次数，必须开启）。 4. **生成代码**：在 main.c 中初始化 TIM4，并启动编码器模式。 ## 四、完整代码示例 ```c /* main.c 中相关代码 */ #include "tim.h" volatile int16_t encoder_raw = 0; // 当前计数值（有符号） volatile int32_t encoder_total = 0; // 累计位置数 void HAL_TIM_Encoder_MspInit(TIM_HandleTypeDef *htim) { // GPIO 初始化已在 CubeMX 生成，此处无需额外处理 } void Start_Encoder(void) { HAL_TIM_Encoder_Start(&htim4, TIM_CHANNEL_ALL); __HAL_TIM_ENABLE_IT(&htim4, TIM_IT_UPDATE); // 使能更新中断 } void TIM4_IRQHandler(void) { if (__HAL_TIM_GET_FLAG(&htim4, TIM_FLAG_UPDATE)) { __HAL_TIM_CLEAR_FLAG(&htim4, TIM_FLAG_UPDATE); // 根据方向调整累计值。计数器递增溢出时，CNT 回到 0；递减下溢时，CNT 回到 ARR if (__HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim4) > 32768) { encoder_total -= (htim4.Init.Period + 1); } else { encoder_total += (htim4.Init.Period + 1); } } } float Get_Speed_By_Encoder(float dt) { // dt 为两次采样的时间间隔（秒） int16_t current_cnt = (int16_t)__HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim4); int32_t delta = current_cnt - encoder_raw; encoder_raw = current_cnt; // 需要考虑定时器重装造成的跳变，但增量编码器在短间隔内不会超过 ARR/2 if (delta > 32767) delta -= 65536; else if (delta < -32768) delta += 65536; encoder_total += delta; // 换算线速度或 RPM，需知道编码器线数和减速比 // 假设编码器每转 N 线，4倍频后有 4*N 个计数。则转速(rpm) = delta / (4*N) / dt * 60 float rpm = (float)delta / (4.0f * 1000) / dt * 60.0f; // 示例：1000线编码器 return rpm; } int main(void) { HAL_Init(); SystemClock_Config(); MX_GPIO_Init(); MX_TIM4_Init(); Start_Encoder(); while (1) { // 每隔固定时间（如10ms）调用一次 float rpm = Get_Speed_By_Encoder(0.01f); // 转速可输出到串口或用于 PID 控制 HAL_Delay(10); } } ``` ## 五、测速换算与注意事项 - **计数范围**：TIM4 是 16 位计数器，ARR 设为 65535，CNT 在 0~65535 间循环。读取时要强制转换为 int16_t 才能正确解析有方向的值。 - **溢出处理**：若采样周期较长，必须开启更新中断，并记录溢出次数。上述代码中通过判断 CNT 值在中断中的大小近似判断方向，但更稳妥的方法是利用 `TIM_CR1` 的 DIR 位或将计数器配置为自动重装到 0xFFFF 再配合方向寄存器。 - **滤波**：在电机运行中会有机械抖动或电磁干扰，建议在 CubeMX 中设置 Input Filter（建议 20~50），可有效避免误计数。 - **4倍频与分辨率**：4倍频计数获得最高分辨率，但计数频率也更高。若电机转速很快，需确认定时器时钟与计数器位数是否够用。对于 16 位定时器，若计数脉冲频率超过 65536 CPU 时钟（72MHz），会溢出丢失。此时可考虑降低分频或改用双倍频模式。 - **接线注意**：A、B 相必须接在定时器对应通道上，且要共地。OC 输出通常需要上拉电阻，推荐使用 10kΩ 上拉到 3.3V。 - **代码兼容性**：若使用 HAL 库，需要确保 `HAL_TIM_Encoder_Start` 在 `MX_TIM4_Init` 之后调用，并注意 `TIM_CHANNEL_ALL` 的写法对不同型号芯片可能存在区别。 ## 六、扩展：M 法/T 法测速对比 - **M 法（测频法）**：固定采样时间，计数脉冲个数。适用于中高速，测速精度高。 - **T 法（测周法）**：测量相邻脉冲间隔时间，适用于低速。 - **STM32 编码器模式天然支持 M 法**，但也可以结合定时器输入捕获实现 T 法测速。在实际项目中，可设定长短两个采样周期，低速用 T 法，高速用 M 法，实现宽范围高精度测速。 ## 七、总结 STM32 的硬件编码器接口将繁琐的正交解码工作交给定时器外设，开发者只需读取计数值并做简单换算，即可获得精确的位置与速度信息。通过合理配置滤波、溢出处理和采样周期，能够稳定应对各类电机测速场景。希望本文的配置思路与示例代码能帮助你快速上手。