STM32——TIM编码器接口

一、编码器接口简介

• Encoder Interface 编码器接口
• 编码器接口可接收增量（正交）编码器的信号，根据编码器旋转产生的正交信号脉冲，自动控制CNT自增或自减，从而指示编码器的位置、旋转方向和旋转速度
• 每个高级定时器和通用定时器都拥有1个编码器接口，C8T6拥有4个编码器接口
• 两个输入引脚借用了输入捕获的通道1和通道2（CH1和CH2引脚）
• 编码器接口可以看做是带有方向控制的外部时钟
• 实际上是测频法测正交脉冲的频率，可以根据旋转方向，实现自增计次，自减计次，然后每隔一段时间取一次CNT的值，再把CNT清零，每次取出来的就是编码器的速度。如果只是取出CNT的值不清零，则表示编码器当前的位置
• 外部中断实现的效果和编码器接口实现的效果相同，区别是后者使用硬件资源取代软件资源开销

二、正交编码器

• 可以测量位置（返回CNT的值），或带方向的速度值（返回CNT的变化值）
• 旋转越快，频率越高，频率代表速度
• 设计正交信号可以抗噪声
• 由右侧的图可知，A相上升沿的时候，B相在正传和反转时是不同的电平。所以，将A相和B相的所以边沿作为计数器的时钟，出现边沿变化时，计数器就自增或自减

三、通用定时器框图

• 编码器接口的两个输入引脚借用了输入捕获的通道的CH1和CH2引脚
• 编码器接口是从模式控制器，通路连接到CNT计数器
• 72MHZ的内部时钟和时基单元初始化设置的计数方向并不会使用，而是受到编码器控制

四、编码器接口基本结构

• ARR自动重装器设置为65535。利用补码特性得到负数，将16位的无符号数转化为16位的有符号数，65535为-1,65534为-2。
• 函数TIM_EncoderInterfaceConfig(TIM3, TIM_EncoderMode_TI12, TIM_ICPolarity_Rising, TIM_ICPolarity_Rising);//配置编码器接口，第二个参数为编码器模式，参数三四为通道的极性
• 边沿检测：上升沿有效表示的是高低电平不翻转，下降沿有效表示翻转高低电平

五、工作模式

• 四倍频技术

• 左侧的有效边沿为3种工作模式：由于在判断为正转时可以有四种状态，也就是AB相都可以用来判断，仅仅采用一个通道进行判断也可以只是计次精度会下降
  

六、实例（均不反相）

• 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

七、实例（TI1反相）

• 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

八、编码器接口测速

本质：编码器计次，计次可以使用外部中断方式，方波信号来自编码器，在中断函数里面手动计次，占用软件资源，CPU会频繁进入中断，可以采用硬件自动化计次，也就是定时器的编码器接口模式。

使用场景：使用PWM驱动电机，再使用编码器（无接触式的霍尔传感器或光栅）测量电机速度，再用PID算法实现闭环控制

电路设计

旋转编码器的AB相分别接PA6和PA7

关键代码

main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "Timer.h"
#include "Encoder.h"

int16_t Speed;

int main(void)
{
	OLED_Init();
	Timer_Init();
	Encoder_Init();
	
	OLED_ShowString(1, 1, "Speed:");
	
	while (1)
	{
		OLED_ShowSignedNum(1, 7, Speed, 5);//OLED_ShowSignedNum（）可以显示负数
		//Delay_ms(1000);为了避免在主循环中造成阻塞，可以用定时中断的方式读取CNT的变化值，如TIM2_IRQHandler()函数
	}
}

void TIM2_IRQHandler(void)
{
	if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) == SET)
	{
		Speed = Encoder_Get();//每隔一秒读取一次速度
		TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);
	}
}

Encoder.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

void Encoder_Init(void)
{
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
		
		//因为编码器接口是一个带有方向控制的外部时钟，所以不需要配置时钟
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;//计数模式也是无效，由编码器接口控制
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 65536 - 1;		//ARR
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 1 - 1;		//PSC，不分频，编码器时钟直接驱动计数器
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
	TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseInitStructure);
	
	TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;
	TIM_ICStructInit(&TIM_ICInitStructure);
	TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1;//通道1
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0xF;//滤波器
	TIM_ICInit(TIM3, &TIM_ICInitStructure);
	//无须定义新的结构体配置成员，因为调用TIM_ICInit（）函数后就写入到硬件寄存器中
	TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_2;//通道2
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0xF;//滤波器
	TIM_ICInit(TIM3, &TIM_ICInitStructure);
	
	TIM_EncoderInterfaceConfig(TIM3, TIM_EncoderMode_TI12, TIM_ICPolarity_Rising, TIM_ICPolarity_Rising);//配置编码器接口，第二个参数为编码器工作模式，参数三四为通道的极性，Falling表示通道反向，Rising表示通道不反向
	
	TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);
}

//返回有符号位的16位计数器的值
int16_t Encoder_Get(void)
{
	int16_t Temp;
	Temp = TIM_GetCounter(TIM3);
	TIM_SetCounter(TIM3, 0);
	return Temp;
}

参考视频：江科大自化协