【STM32】 定时器---正交解码编码器模式详解

增量式编码器

增量式编码器也成为正交编码器，是通过两个信号线的脉冲输出来进行数据处理，一个输出脉冲信号就对应于一个增量位移，编码器每转动固定的位移，就会产生一个脉冲信号  通过读取单位时间脉冲信号的数量，便可以达到测速的效果(v=s/t），通过对脉冲信号的累加，和编码器的码盘的周长(转一圈对应距离)  便可以达到计算行走距离的效果(s=n*d)

编码器信号： 

A 脉冲输出 

B 脉冲输出 

Z 零点信号 当编码器旋转到零点时，Z信号会发出一个脉冲表示现在是零位置 表示编码器转了1圈，可用来记录编码器转了多少圈，从而知道运行距离

VCC 电源线

GND 地线

编码器线数：

编码器的线数 ,是说编码器转一圈输出多少个脉冲,,,如果一个编码器是500线,说明这个编码器转一圈对应的信号线会输出500个脉冲, A B两相转一圈发出的脉冲数一样的,不过存在90°相位差

线数越高代表编码器能够反应的位置精度越高

编码器原理：

增量式编码器有两个脉冲输出，A相和B相，并且两个相位永远存在90°相位差。 如果两个信号相位差为90度，则这两个信号称为正交。由于两个信号相差90度，因此可以根据两个信号哪个先哪个后来判断方向、并且可以根据AB相脉冲信号数量测得速度，位移等，

编码器正反转：

正转的时候信号线A先输出信号,信号线B后输出  A相超前B相90度  证明是正转

反转的时候信号线B先输出信号,信号线A后输出 B相超前A相90度 证明是反转

STM32定时器编码器模式

STM32的编码器模式共有三种：

 仅在TL1计数(A相)

 仅在TL2计数(B相)

 在TL1和TL2都计数(A相和B相都计数)

仅在TL1计数(A相)

TI2(B相)为高电平时：

1时刻： TI1(A相)下降沿，  则向上计数(正转)。

2时刻：TI1(A相)上升沿，   则向下计数(反转)

TI2(B相)为低电平时：

3时刻： TI1(A相)上升沿，  则向上计数(正转)。

4时刻：TI1(A相)下降沿，   则向下计数(反转)

仅在TL2计数(B相)

TI1(A相)为高电平时：

1时刻： TI2(B相)上升沿，  则向上计数(正转)。

2时刻：TI2(B相)下降沿，   则向下计数(反转)

TI2(B相)为低电平时：

3时刻： TI2(B相)下降沿，  则向上计数(正转)。

4时刻：TI2(B相)上升沿，   则向下计数(反转)

在TL1和TL2都计数(A相和B相都计数)

一个脉冲信号周期完成4次跳变。精度提高

1时刻：TI2为低电平，TI1上升沿跳变，计数器向上计数；

2时刻：TI1为高电平，TI2上升沿跳变，计数器仍然向上计数；

3时刻：TI2为高电平，TI1下降沿跳变，计数器仍然向上计数；

4时刻：TI1为低电平，TI2下降沿跳变，计数器仍然向上计数。

毛刺：只有一个相位脉冲   过滤掉 编码器转动过程中可能产生的毛刺过滤掉

计数器向下计数原理相同   看图即可很好理解。

计数器向下计数：

A下降沿，B低电平

B下降沿，A高电平

B上升沿，A低电平

A上升沿，B高电平

上升沿与下降沿参看 《外部中断----高低电平触发,(边沿触发)上升沿触发和下降沿触发区别》

注意事项：

需要增加测量的精度时，可以采用4倍频方式，即分别在A、B相波形的上升沿和下降沿计数，分辨率可以提高4倍，

如果只是测速,不要求方向，那么只需要用单片机随意选择一个信号线就行了,,然后定时器边沿触发，检测脉冲计数即可

一般是定时器的通道1和2才能作为编码器输入口，对应编码器输出的两相。

GPIO配置为配置为上拉输入模式

一个定时器做一种工作，如果你配置了编码器模式，那么剩下的通道就不能配置其他模式

两相计数模式下，  读出来数需要/4          一个脉冲信号对应四次计数   

编码器配置标准外设库

TIM_EncoderInterfaceConfig，它就是编码器接口的配置函数。简单的只需要配置该函数，使能TIM，即可实现采集编码器上面的信息

void TIM_EncoderInterfaceConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_EncoderMode,

                                uint16_t TIM_IC1Polarity, uint16_t TIM_IC2Polarity)

TIMx参数就是使用哪个定时器作为编码器接口的捕捉定时器。

TIM_EncoderMode参数是模式，是单相计数(仅在TL1计数或仅在TL2计数)还是两相计数(在TL1和TL2都计数)。

TIM_IC1Polarity和TIM_IC2Polarity参数就是通道1、2的捕捉极性。

相关寄存器配置

● CC1S=’01’ (TIMx_CCMR1寄存器，IC1FP1映射到TI1)

● CC2S=’01’ (TIMx_CCMR2寄存器，IC2FP2映射到TI2)

● CC1P=’0’ (TIMx_CCER寄存器，IC1FP1不反相，IC1FP1=TI1)

● CC2P=’0’ (TIMx_CCER寄存器，IC2FP2不反相，IC2FP2=TI2)

● SMS=’011’ (TIMx_SMCR寄存器，所有的输入均在上升沿和下降沿有效).

● CEN=’1’ (TIMx_CR1寄存器，计数器使能) 

如果计数器只在TI2的边沿计数，则置TIMx_SMCR寄存器中的SMS=001；如果只在TI1边沿计数，则置SMS=010；如果计数器同时在TI1和TI2边沿计数，则置SMS=011 

编码器模式功能：

  stm32f407中定时器1、2、3、4、5、8提供编码器接口模式 

  可以对输入信号TI1,TI2进行滤波处理，数字滤波器由事件器组成，每N个事件才视为一个有效边沿，可以在TIMx_CCMR1、TIMx_CCMR2中的IC1F位域设置      也就是可以设置每产生几次脉冲才视为1次有效  

各个值的计算：

转速计算方法:用捕获值（一秒内输出的脉冲数）/编码器线数（转速一圈输出脉冲数）/电机减数比（内部电机转动圈数与电机输出轴转动圈数比，即减速齿轮比    没有则不用除）

运动距离计算：输出的总脉冲数 / 编码器线数*编码器齿轮周长

所转角度计算：    输出的总脉冲数 / 编码器线数 *360     或    溢出中断次数*360+当前计数值 

转动方向： 方向在定时器CR1的DIR位里   dir=(TIMX->CR1 & 0x0010)>>4;     //取方向标志位

if(dir > 0)  //向下计数     else     //向上计数

那么我们直接看代码：

定时器初始化设置

void TIM3_Int_Init() 

{

    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;

    TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;

    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE); 

//定时器设置-------------------------------------------------------------    

  TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 359*4;  //重装载值   

    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler=0x0;  //预分频

    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up; //向上计数

    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1; //时钟分割

    TIM_TimeBaseInit(TIM3,&TIM_TimeBaseInitStructure);//初始化TIM3

//编码器模式设置--------------------------------------------------------------                 

    TIM_EncoderInterfaceConfig(TIM3,TIM_EncoderMode_TI12,TIM_ICPolarity_Rising, TIM_ICPolarity_Rising);//计数模式3

    TIM_ICStructInit(&TIM_ICInitStructure); //将结构体中的内容缺省输入

    TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0;//滤波器值

    TIM_ICInit(TIM3, &TIM_ICInitStructure);  //将TIM_ICInitStructure中的指定参数初始化TIM3

//溢出中断设置--------------------------------------------------------------  

    TIM_ITConfig(TIM3,TIM_IT_Update,ENABLE); //允许TIM3溢出中断

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=TIM3_IRQn; 

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0x01; 

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=0x01; 

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;

    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

  TIM_SetCounter(TIM3,0); //TIM3->CNT=0

  TIM_Cmd(TIM3, ENABLE); 

}

重装载值：    (编码器线数-1 ) *4                因为我们是两相计数，一个脉冲信号4次计数，所以乘4，保证转完1整圈才触发中断

中断设置：

int circle_count=0;//圈数

void TIM3_IRQHandler(void)

{

    if(TIM_GetITStatus(TIM3,TIM_IT_Update)==SET)

    {       

        if((TIM3->CR1>>4 & 0x01)==0) //DIR==0

            circle_count++;

        else if((TIM3->CR1>>4 & 0x01)==1)//DIR==1

            circle_count--;

    }

    TIM_ClearITPendingBit(TIM3,TIM_IT_Update); 

}

各个值的计算：

脉冲数：  TIM_GetCounter(TIM3)/4  

int angle=0;  //转过总角度

int Realyangle = 0;  //当前实际角度 0~360

int Distiance=0;   //运行距离

extern int circle_count;   //转过圈数

Realyangle = TIM_GetCounter(TIM3)/4/360 ;      //先除4   最后除编码器线数

angle=Realyangle +circle_count*360;//当前角度

Distiance = angle/360*编码器齿轮周长  + circle_count*编码器齿轮周长