編碼器?是一種傳感器，主要用于測(cè)量旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的角度、角速度和位移等參數(shù)。常見(jiàn)的編碼器類型包括增量式編碼器和絕對(duì)值編碼器，前者通過(guò)檢測(cè)脈沖的增加或減少來(lái)測(cè)量旋轉(zhuǎn)方向和距離，后者則直接輸出當(dāng)前的絕對(duì)位置信息?。

STM32編碼器接口

在STM32微控制器中，編碼器接口是一種特殊的定時(shí)器模式，稱為“編碼器接口模式”。這種模式主要用于接收增量式編碼器的信號(hào)，通過(guò)檢測(cè)A、B兩相信號(hào)的相位差來(lái)判定旋轉(zhuǎn)方向，并計(jì)數(shù)脈沖數(shù)量以確定旋轉(zhuǎn)角度和速度。STM32的通用定時(shí)器和高級(jí)定時(shí)器都支持編碼器接口模式，通過(guò)輸入捕獲單元的CH1和CH2引腳接收編碼器的A、B相信號(hào)?。

STM32編碼器接口的應(yīng)用編程

在STM32中實(shí)現(xiàn)編碼器接口的具體步驟如下：

?配置定時(shí)器?：選擇一個(gè)通用或高級(jí)定時(shí)器，并配置其為編碼器接口模式。設(shè)置輸入捕獲單元的CH1和CH2引腳為編碼器的A、B相信號(hào)輸入。

?初始化編碼器接口?：設(shè)置濾波器和邊沿檢測(cè)器，確保信號(hào)的穩(wěn)定和準(zhǔn)確捕獲。

?讀取數(shù)據(jù)?：通過(guò)定時(shí)器的計(jì)數(shù)器(CNT)讀取旋轉(zhuǎn)的角度和位置，通過(guò)計(jì)數(shù)器的增減判斷旋轉(zhuǎn)方向。可以通過(guò)定時(shí)器的預(yù)分頻器和計(jì)數(shù)方向控制寄存器進(jìn)一步優(yōu)化計(jì)數(shù)的精度和方向判斷。

編碼器是一種比較常見(jiàn)的產(chǎn)品(也可以理解為傳感器)，最常見(jiàn)的就是配合電機(jī)一起工作，那么，你對(duì)編碼器有多了解呢?

一、關(guān)于編碼器

編碼器的種類有很多：增量式編碼器、絕對(duì)值編碼器，有軸或者無(wú)軸編碼器，電壓輸出、推拉輸出、集電極開路輸出等等。但不管什么類型的編碼器，其目的都類似，得到轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，角速度、位移等。

先說(shuō)說(shuō)編碼器接口是干啥的。它就像一個(gè)超級(jí)“翻譯官”，專門負(fù)責(zé)接收增量(正交)編碼器傳來(lái)的信號(hào)。在電機(jī)控制場(chǎng)景中，電機(jī)一轉(zhuǎn)，編碼器就會(huì)輸出正交信號(hào)脈沖，這個(gè)接口接到信號(hào)后，能自動(dòng)控制計(jì)數(shù)器(CNT)自增或自減。通過(guò)CNT數(shù)值的變化，我們就能知道電機(jī)轉(zhuǎn)軸的位置、轉(zhuǎn)動(dòng)方向和速度，給精確控制電機(jī)提供關(guān)鍵依據(jù)。而且每個(gè)高級(jí)定時(shí)器和通用定時(shí)器都自帶1個(gè)編碼器接口，不過(guò)它的兩個(gè)輸入引腳借用了輸入捕獲的通道1和2，所以在進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)和軟件配置時(shí)，一定要小心，別讓資源“打架”了。

正交編碼器也很有意思。它正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)時(shí)，A、B相的電平狀態(tài)截然不同。正轉(zhuǎn)的時(shí)候，A相上升沿，B相是低電平;A相下降沿，B相就變成高電平了，B相和A相的關(guān)系也是如此。反轉(zhuǎn)時(shí)則完全相反，A相上升沿，B相為高電平。這些電平變化規(guī)律，就像是編碼器給我們的“小暗號(hào)”，讓我們能輕松判斷它的旋轉(zhuǎn)方向，在工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)器人控制這些領(lǐng)域，通過(guò)監(jiān)測(cè)A、B相電平，就能精準(zhǔn)把控設(shè)備的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

再看看編碼器接口的基本結(jié)構(gòu)。它從硬件輸入到計(jì)數(shù)器控制，有著一套嚴(yán)謹(jǐn)?shù)男盘?hào)處理流程。首先是輸入部分，兩個(gè)GPIO引腳負(fù)責(zé)接收外部編碼器信號(hào)，就像兩個(gè)小耳朵。不過(guò)信號(hào)里可能有噪聲，這時(shí)濾波器就派上用場(chǎng)了，它能把噪聲過(guò)濾掉，保證輸入信號(hào)“干干凈凈”。接著信號(hào)進(jìn)入邊沿檢測(cè)極性選擇模塊，這個(gè)模塊就像信號(hào)的“質(zhì)檢員”，會(huì)檢測(cè)信號(hào)的上升沿和下降沿，還能根據(jù)設(shè)定的極性規(guī)則處理信號(hào)，處理完的信號(hào)TI1FP1和TI2FP2就會(huì)被送到編碼器接口模塊。編碼器接口模塊可是核心部件，它能根據(jù)正交信號(hào)脈沖，自動(dòng)控制時(shí)基單元里的CNT計(jì)數(shù)。時(shí)基單元也不簡(jiǎn)單，預(yù)分頻器能調(diào)整計(jì)數(shù)頻率，自動(dòng)重裝載器會(huì)在CNT達(dá)到上限時(shí)讓它重新開始計(jì)數(shù)，而CNT的計(jì)數(shù)值就反映了編碼器的各種關(guān)鍵信息。

配置編碼器接口模式也有講究。要是想讓計(jì)數(shù)器只在TI2的邊沿計(jì)數(shù)，就把TIMx_SMCR寄存器里的SMS設(shè)成001;偏愛(ài)TI1的話，設(shè)成010;要是想讓計(jì)數(shù)器在TI1和TI2邊沿都計(jì)數(shù)，那就設(shè)成011。通過(guò)設(shè)置TIMx_CCER寄存器里的CC1P和CC2P位，還能給TI1和TI2選擇極性，要是需要，還能給輸入濾波器編程，就像給接口“升級(jí)裝備”一樣。

給大家舉個(gè)例子，在配置TIM2為編碼器接口模式時(shí)，代碼要這么寫。先通過(guò)RCC開啟GPIO和定時(shí)器的時(shí)鐘，這就像是給設(shè)備“通電”;然后把PA6和PA7配置成輸入模式;配置時(shí)基單元，一般預(yù)分頻器選不分頻，自動(dòng)重裝給最大的65535，讓CNT專心計(jì)數(shù);接著配置輸入捕獲單元，主要設(shè)置濾波器和極性;最后調(diào)用TIM_Cmd啟動(dòng)定時(shí)器。這里有個(gè)TIM_EncoderInterfaceConfig函數(shù)很關(guān)鍵，它能設(shè)置定時(shí)器工作在編碼器接口模式，還能配置輸入通道、極性、濾波，以及定時(shí)器的計(jì)數(shù)模式、預(yù)分頻值等。

在實(shí)際應(yīng)用中，還會(huì)遇到一些問(wèn)題，比如抖動(dòng)。這就好比走路時(shí)踩到石子，編碼器信號(hào)可能會(huì)“晃”一下。不過(guò)別擔(dān)心，選擇雙邊沿等配置就能抑制抖動(dòng)，就像給計(jì)數(shù)器穿上了“穩(wěn)定鞋”。而且，當(dāng)定時(shí)器配置成編碼器接口模式后，它就像個(gè)貼心的小秘書，能提供傳感器當(dāng)前位置信息。要是再搭配一個(gè)配置在捕獲模式的定時(shí)器，還能測(cè)量?jī)蓚€(gè)編碼器事件的間隔，得到速度、加速度這些動(dòng)態(tài)信息，給系統(tǒng)來(lái)個(gè)全面的“體檢”。

編碼器，英文名稱“encoder”，是一種將角位移或者角速度轉(zhuǎn)換成一連串電數(shù)字脈沖的旋轉(zhuǎn)式傳感器，我們可以通過(guò)編碼器測(cè)量出位移或者速度信息。編碼器從輸出數(shù)據(jù)類型上分，可以分為增量式編碼器和絕對(duì)式編碼器。增量型：就是每轉(zhuǎn)過(guò)單位的角度就發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào);絕對(duì)值型：就是對(duì)應(yīng)一圈，每個(gè)基準(zhǔn)的角度發(fā)出一個(gè)唯一與該角度對(duì)應(yīng)二進(jìn)制的數(shù)值，通過(guò)外部記圈器件可以進(jìn)行多個(gè)位置的記錄和測(cè)量。

從編碼器檢測(cè)原理上來(lái)分，還可以分為光學(xué)式、磁式、感應(yīng)式，電容式。常見(jiàn)的是光電編碼器(光學(xué)式)和霍爾編碼器(磁式)。

二、光電編碼器工作原理

連接軸與碼盤相連，并與被測(cè)物體相連，隨著被測(cè)物體(如電機(jī))的轉(zhuǎn)動(dòng)，碼盤也跟著轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)碼盤的光會(huì)發(fā)生明暗相間的變化，接收端的光敏元件會(huì)檢測(cè)到這種變化，并轉(zhuǎn)化成電信號(hào)進(jìn)行輸出。

1.計(jì)算脈沖個(gè)數(shù)

有點(diǎn)類似TIM的捕獲功能，捕獲A相、B相的脈沖信號(hào);只是編碼器模式是捕獲A(TI1)、B(TI2)相的邊沿信號(hào)，相當(dāng)于一個(gè)周期內(nèi)，計(jì)4個(gè)脈沖信號(hào)的值。

2.計(jì)數(shù)器的增減(方向)

STM32的計(jì)數(shù)器會(huì)根據(jù)方向(+ 或者 -)來(lái)進(jìn)行計(jì)數(shù)，TI1和TI2相位相差90，4個(gè)階段的邊沿，對(duì)應(yīng)TI1和TI2不同電平信號(hào)，從著編碼器旋轉(zhuǎn)方向的改變而改變，我們可以通過(guò)讀取該位來(lái)判斷編碼器的正轉(zhuǎn)，還是反轉(zhuǎn)。

3.TIM時(shí)基

STM32編碼器接口模式，其實(shí)是通過(guò)利用AB相位TIM時(shí)基提供時(shí)鐘信號(hào)，使其計(jì)數(shù)。

三、應(yīng)用編程

相信看了上面的一些描述，大家應(yīng)該對(duì)編碼器有所理解了。其實(shí)，在STM32中，可以通過(guò)配置編碼器模式對(duì)應(yīng)的函數(shù)，就能實(shí)現(xiàn)獲取編碼器傳感器上面的信息了。

使用STM32提供的標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)，或者使用STM32CubeMX工具很容易將TIM配置成編碼器模式。

1.標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)配置編碼器

TIM_EncoderInterfaceConfig，它就是編碼器接口的配置函數(shù)。簡(jiǎn)單的只需要配置該函數(shù)，使能TIM，即可實(shí)現(xiàn)采集編碼器上面的信息。(當(dāng)然，需要復(fù)雜的操作，還需要做其他相應(yīng)的配置)

2.STM32CubeMX配置

STM32CubeMX是一套快速開發(fā)的工具，讓很多不了解STM32底層的朋友可以快速的在STM32上編寫應(yīng)用程序。

本文說(shuō)的配置編碼器接口，在某些TIM上存在一個(gè)“Combined Channel”配置，可以理解為“連接通道”，也算是TIM的一種復(fù)用模式。選擇里面的“Encoder Mode”即可。