STM-32：TIM编码器接口-编码器接口测速

一、编码器接口简介

编码器有两个输出，一个A相，一个B相，然后接入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个脉冲之后，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–，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，它同时控制这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，是不是每次取出来的值就表示了，编码器的速度，由上一篇笔记中的测频法和测周法的知识，这个编码器就是测频法测正交脉冲的频率，CNT计次然后每隔一段时间去一次计数值，只不过这个编码器接口更加高级，它能根据旋转方向，不仅可以自增计次，还可以自减计次，是一个带方向的测速
编码器接口资源比较紧张，如果一个定时器被配置成编码器接口模式，那它基本上就干不了其他的活了（如STM32F103C8T6只有4个定时器，所以最多只能接4个编码器），如果编码器不够用的话就要考虑一下资源够不够用，也可通过使用EXTI外部中断这就是用软件资源弥补硬件资源
每个定时器的CH3和CH4不能接编码器

二、正交编码器

正交编码器一般可以测量位置，或者带有方向的速度值，它一般有两个信号输出引脚，一个是A相，一个是B相，转的越快，A/B相的频率越高，所以方波的频率就代表了速度，我们取出任一 一相的频率来测频率就能知道旋转速度了，为了测量旋转方向，采取A/B相的方法，当正转时，A相提前B相90度，反转时，A相滞后B相90度。
上图右侧两个表格是总结的正反转AB相的电平特征，即可以通过这些特征来判断正反转

三、编码器接口电路结构

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，从上图可以看出，这个编码器接口的两个引脚借用了输入捕获单元的前两个通道，所以最终编码器的输入引脚就是定时器的CH1和CH2这两个引脚，信号的通路如下图

其中CH1和CH2的输入捕获滤波器和边沿检测编码器也有使用，但是后面的是否交叉、预分频器和CCR寄存器，与编码器接口无关，这就是输入部分

编码器接口的输出部分其实就相当于从模式控制器，这里的执行流程是按照我们之前总结的那个表，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
注：在这里，我们并不会使用72M内部时钟和在时基单元初始化设置的计数方向，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，计数器的自增和自减手编码器控制

四、编码器接口基本结构

注：1、正转的状态都向上计数，反转的状态都向下计数

    2、一般选择第三个模式（在TI1和TI2上计数），精度高

五、抗噪声

一个引脚不变，另一个引脚多次变化的毛刺信号，计数值还是原来那个数

TI1反相，在分析前先将TI1的时序图翻转
TI1反相，是修改将CH1或2通道内的极性选择，在编码器模式下是高低电平的极性翻转，而不是输入捕获模式下的边沿翻转
用途：当计数相反的时候可以修改极性

六、编码器接口测速程序

6.1接线图

初始化：
RCC开启时钟，开启GPIO和定时器的时钟
配置GPIO，把两个通道配置成输入模式
配置时基单元，这里预分频器一般选择不分频，自动重装，一般给最大65535，只需要个CNT负责计数即可
配置输入捕获单元
配置编码器接口模式，这个直接调用一个库函数即可
最后调用TIM_Cmd，启动定时器

6.2程序代码

Encoder.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
 
void Encoder_Init(void)
{
	// 1. RCC开启时钟
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
	
	// 2. 配置GPIO
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;	// 和外部输入模块默认电平保持一致
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	
	// 3. 配置时基单元
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;	// 这里计数模式失效
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 65536 - 1;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 1 - 1;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
	TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseInitStructure);
	
	// 4. 配置输入捕获单元
	TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStruct;
	TIM_ICStructInit(&TIM_ICInitStruct);							// 给结构体赋一个初始值防止未知问题
	
	// 配置CH1
	TIM_ICInitStruct.TIM_Channel = TIM_Channel_1;					
	TIM_ICInitStruct.TIM_ICFilter = 0xF;							
//	TIM_ICInitStruct.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;		
//  这里的上升沿并不代表上升沿有效，这里代表高低电平极性不翻转
//	它与TIM_EncoderInterfaceConfig中的参数操作的是同一个寄存器，属于重复配置
	
	TIM_ICInit(TIM3, &TIM_ICInitStruct);
	
	// 配置CH2
	TIM_ICInitStruct.TIM_Channel = TIM_Channel_2;					
	TIM_ICInitStruct.TIM_ICFilter = 0xF;							
//	TIM_ICInitStruct.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;		
	
	TIM_ICInit(TIM3, &TIM_ICInitStruct);
	
	// 5. 配置编码器接口模式
	TIM_EncoderInterfaceConfig(TIM3, TIM_EncoderMode_TI12, TIM_ICPolarity_Rising, TIM_ICPolarity_Rising);
	
	// 6. 启动定时器
	TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);
}
 
int16_t Encoder_Get(void)
{
	int16_t Temp;
	Temp = TIM_GetCounter(TIM3);	// 这里TIM_GetCounter返回一个uint16_t类型的值，利用补码很方便地将正数变为负数，例如65535变为-1
	TIM_SetCounter(TIM3, 0);
	return Temp;
}
 

main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "Timer.h"
#include "Encoder.h"
 
int16_t Speed;
 
int main()
{
	OLED_Init();
	Timer_Init();
	Encoder_Init();
	
	OLED_ShowString(1, 1, "Speed:");
 
	while(1)
	{
		// 一般不建议以下做法，容易阻塞主程序
//		OLED_ShowSignedNum(1, 5, Encoder_Get(), 5);
//		Delay_ms(1000);
		OLED_ShowSignedNum(1, 7, Speed, 5);
	}
}
 
void TIM2_IRQHandler(void)
{
	if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) == SET)
	{
		Speed = Encoder_Get();
		TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);
	}
}