STM32学习笔记（6_7）- TIM定时器的编码器接口原理

无人问津也好，技不如人也罢，都应静下心来，去做该做的事。

最近在学STM32，所以也开贴记录一下主要内容，省的过目即忘。视频教程为江科大（改名江协科技），网站jiangxiekeji.com

现在开始上难度，STM32功能最强大、结构最复杂的外设——定时器，分四期介绍。

第一期介绍最基础的定时功能理论、定时器中断和定时器内外时钟源选择的代码。

第二期介绍定时器输出比较功能的代码，输出比较功能常用产生PWM波驱动电机。

上期介绍定时器输入捕获功能代码，常用测量方波频率。

最后介绍定时器的编码器接口，更方便读取正交编码器的输出波形，常用编码电机测速。

编码器接口简介

本质上也是旋转编码器计次，只不过是通过定时器的编码器接口，来自动计次。而之前是通过触发外部中断，然后在中断函数里手动进行计次。使用编码器接口的好处就是节约钦件资源，如果使用外部中断来计次，那当电机高速旋转时，编码器每秒产生成干上万个脉冲，程序就得频繁进中断。然后进中断之后，完成的任务又只是简单的加一减一。所以，对于这种需要频繁执行，操作又比校简单的任务，一般都会设计一个硬件结构来完成，本期的编码器接口就是用来自动给编码器进行计次的电路。如果我们每隔一段时间取一下计次值，就能得到编码器旋转的速度了。

使用定时器的编码器接口，再配合编码器，就可以测量旋转速度和旋转方向，这里编码器测速一般应用在电机控制的项目上。使用PWM驱动电机，再使用编码器测量电机的速度，然后再用PID算法进行闭环控制，这是常用场景。一般电机旋转速度比较高，会使用无接触式的霍尔传感器或者光栅进行测速。

一个编码器，它有两个输出，一个是A相，一个是B相。然后接入到STM32的定时器的编码器接口，编码器接口自动控制定时器时基单元中的CNT计数器进行自增或自减。

比如初始化之后，CNT初始值为0，然后编码器右转，CNT就++，右转产生一个脉冲， CNT就加一次。比如右转产生10个脉冲后，停下来。那么这个过程CNT就由0自增到10，停下来；编码器左转，CNT就--，左转产生一个脉冲， CNT减一次。比如编码器再左转产生5个脉冲，那CNT就在原来10的基础上自减5，停下来。这个编码器接口，其实就相当于是一个带有方向控制的外部时钟，它同时控制着CNT的计数时钟和计数方向。这样的话，CNT的值就表示了编码器的位置。如果我们每隔一段时间取一次CNT的值，再把CNT清零，每次取出来的值就表示编码器速度。

这个编码器测速实际上就是测频法测正交脉冲的频率，只不过这个编码器接口更高级，它能根据旋转方向，不仅能自增计次，还能自减计次，是带方向的测速。

一个定时器只有一个编码器接口，如果一个定时器配置成了编码器接口模式，那它就干不了其他活。我们这个C8T6芯片只有TIM1、2、3、4这4个定时器，所以最多配置四个编码器接口，而且配置完后，定时器就干不了其他活。如果编码器接口还是不够用，还可以用外部中断接编码器。

编码器接口框图

这里编码器接口有两个输入端：分别要接到编码器的A相和B相，就是TI1FP1和TI2FP2。编码器接口两个引脚借用了输入捕获单元的前两个通道，所以编码器接口的两个引脚最终就是定时器的CH1和CH2这两个引脚。其中CH1和CH2的输入捕获滤波器和边沿检测，编码器接口也有使用。

以上是编码器接口的输入部分，那编码器接口的输出部分，其实就相当于从模式控制器，去控制CNT的计数时钟和计数方向。简单来说，这里的输出执行流程是：按照我们下面总结的那个正交编码器的表，如果出现了边沿信号并且对应另一相的状态为正转，则控制CNT自增；否则控制CNT自减。当然这时我们TIM定时器使用的72M内部时钟和在时基单元初始化时设置的计数方向，并不会使用，因为此时计数时钟和计数方向都处于编码器接口托管的状态。

编码器接口基本结构

输入捕获的前两个通道，通过GPIO口接入编码器的A、B相，然后通过滤波器、边沿检测、极性选择，产生TI1FP1和TI2FP2，通向编码器接口，编码器接口通过预分频器控制CNT计数器的时钟，同时，编码器接口还根据编码器的旋转方向，控制CNT的计数方向，编码器正转时，CNT自增，编码器反转时，CNT自减。

另外这里ARR也是有效的，一般我们会设置ARR为65535，最大量程，这样的话，利用补码的特性，很容易得到负数。比如CNT初始为0，我正转，CNT自增，0、1、2、3、4、5、6、7等等；但是我反转呢，CNT自减，0下一个数就是65535、65534、65533等等，根据补码的定义，65535=-1，65534=-2

工作模式

一般用第三种，在TI1和TI2上计数，这个模式精度最高，而且该模式下，正转的状态都向上计数，反转的状态都向下计数

正交编码器

就是像这样，输出的两个方波信号，相位相差90度，超前90度或者滞后90度，分别代表正转和反转。

正交编码器如何计次和分辨方向？

先看正转波形，第一个时刻，A相上升沿，对应B相此时是低电平，也就是表里的第一行。继续第二个时刻，B相上升沿，对应A相高电平，是表里的第三行。继续第三个时刻，A相下降沿，对应B相高电平，是表里的第二行。最后是，B相下降沿，对应A相低电平，是表里第四行。所以在正转的时候，我们总结了右边这个表。出现这些边沿时，对应另一相的状态是这4种。反转时状态刚好都相反。

所以我们编码器接口的设计逻辑就是：首先把A相和B相的所有边沿作为计数器的计数时钟，出现边沿信号时，就计数自增或自减。那增还是减呢？这个计数的方向由另一相的状态来确定。当出现某个边沿时，我们判断另一相的高低电平，如果对应另一相的状态出现在上面这个表里，那就是正转，计数自增；反之出现在下面表里就是反转，计数自减。这样就能实现编码器接口功能，这也是STM32定时器编码器接口的执行逻辑。