【江协STM32】6-7/8 TIM编码器接口、编码器接口测速

1. 编码器接口简介

2. 正交编码器

可以测量位置，或带有方向的速度值。

方波的频率代表速度，方向可以根据右侧表格判断。

3. 编码器接口基本结构

输入部分：编码器接口的两个引脚使用了输入捕获单元的CH1和CH2

输出部分：相当于从模式控制器，控制CNT的计数时钟和计数方向。此时，不会使用72MHz内部时钟和时基单元初始化时设置的计数方向，因为此时计数时钟和计数方向均处于编码器接口托管的状态，计数器的自增和自减受编码器控制

编码器接口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。ARR一般设置为最大量程65535，负数可以通过补码获得。

4. 编码器接口的工作模式

可以参考“2.正交编码器”中的图表。如果表中所有情况都计数，就是“在TI1和TI2上计数”；如果只在A相的上升和下降沿计数，可以是“仅在TI1计数”，则只在B相的上升和下降沿计数就为“仅在TI2计数”。

输入信号经过滤波器后，都会经过极性选择的部分。在输入捕获模式下，极性选择用来选择上升沿有效或下降沿有效。编码器接口，始终是上升沿和下降沿都有效，所以在此模式下为高低电平的极性选择，如果选择上升沿的参数，就是信号直通，高低电平极性不反转；如果选择下降沿的参数，就是信号通过一个非门，高低电平极性反转。

如果把TI1的高低电平反转一下，如下图。分析时需要先把TI1的高低电平取反，再查表。

极性反转的作用：比如接一个编码器，发现数据的加减方向反了，想要正转的方向结果程序自减，这时，就可以调整极性，把任意一个引脚反相，就能反转计数的方向了。当然如果想改变计数方向，还可以直接把A、B相两个引脚换一下。

5. 编码器接口测速

与旋转编码器计次代码（【江协STM32】5 EXTI外部中断，第2.2节）实现的功能基本一致，本节所写代码本质上也是旋转编码器计次。但本节代码是通过定时器的编码器接口实现自动计次，可以节约软件资源。而之前的代码是通过触发外部中断，然后在中断函数中手动计次，当电机高速旋转时，编码器每秒产生大量脉冲，程序会频繁进入中断，占用软件资源。

5.1 代码现象

OLED显示旋转速度，向右慢速旋转，数值为正，计次比较小，向右快速旋转，计次增大，向左数值为负。

5.2 接线图

旋转编码器的A相接PA6(TIM3_CH1)，B相接PA7(TIM3_CH2)

5.3 代码

 编码器初始化步骤：

1. RCC开启GPIO和定时器的时钟
2. 配置GPIO，需要把PA6和PA7配置成输入模式
3. 配置时基单元，PSC一般选择不分频，ARR一般给65535，只需要CNT执行计数
4. 配置输入捕获单元，这里只有滤波器和极性两个参数有用
5. 配置编码器接口模式
6. 调用TIM_Cmd启动定时器

GPIO的模式可以选择上拉、下拉或浮空。对于上拉和下拉的选择，一般可以看引脚的外部模块输出的默认电平，如果外部模块空闲默认输出高电平，就选择上拉输入，默认输入高电平；如果外部模块默认输出低电平，配置下拉输入，默认输入低电平。如果不确定外部模块输出的默认状态，或者外部信号输出功率非常小，尽量选择浮空输入。

Encoder.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

void Encoder_Init(void)
{
    //	1、初始化时钟RCC TIM3
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);//	TIM2是APB1总线的外设
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    
	//  2、配置GPIO
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;//	上拉输入
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	//	选择时基单元的时钟源。不需要，因为编码器接口会托管时钟，所以这个内部时钟就没有用了
//	TIM_InternalClockConfig(TIM3);//	因为定时器上电后默认就是使用内部时钟，所以此行可省略
	
	//	3、配置时基单元
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;//	指定时钟分频，设置的是输入滤波的采样频率，与时基单元关系不大。这里随便选一个
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;//	计数器模式，选择向上计数
	//	计数器溢出频率：CK_CNT_OV=CK_CNT/(ARR+1)=CK_PSC/(PSC+1)/(ARR+1)=72M/(PSC+1)/(ARR+1)
	//	注意：PSC和ARR的取值都要在0~65535之间
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 65536 - 1;//	自动重装器（ARR）的值
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 1 - 1;//	预分频器（PSC）的值，不分频
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;//	重复计数器的值（高级定时器才有，不是CNT），不需要用，直接给0
	TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseInitStructure);//	刚初始化完会生成一次更新事件，会使Num刚复位就显示1
    
    //  4、初始化输入捕获单元
    TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStruct;
    TIM_ICStructInit(&TIM_ICInitStruct);
    TIM_ICInitStruct.TIM_Channel = TIM_Channel_1;// 配置通道1
    TIM_ICInitStruct.TIM_ICFilter = 0xF;// 配置输入捕获的滤波器
//    TIM_ICInitStruct.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;//   可以删掉，在配置编码器接口时也设置了该属性。边沿检测，选择极性。高低电平极性不反转。
    TIM_ICInit(TIM3, &TIM_ICInitStruct);
    TIM_ICInitStruct.TIM_Channel = TIM_Channel_2;// 配置通道2
    TIM_ICInitStruct.TIM_ICFilter = 0xF;// 配置输入捕获的滤波器
//    TIM_ICInitStruct.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;//   可以删掉，在配置编码器接口时也设置了该属性。边沿检测，选择极性。高低电平极性不反转
    TIM_ICInit(TIM3, &TIM_ICInitStruct);
    
    //  5、配置编码器接口
    TIM_EncoderInterfaceConfig(TIM3, TIM_EncoderMode_TI12, TIM_ICPolarity_Rising, TIM_ICPolarity_Rising);
    
    //  6、调用TIM_Cmd启动定时器
    TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);
}

//  函数类型uint16_t（无符号数）时，旋转编码器从0反向转时会从65535减小
//  把函数类型换成int16_t（有符号数）时，旋转编码器从0反向转时就会显示负数（借用补码特性）
//  同时OLED显示函数需要由OLED_ShowNum换成OLED_ShowSignedNum
int16_t Encoder_Get(void)
{
    //  如果用编码器测速，可以在固定的闸门时间读一次CNT，然后把CNT清零
    int16_t Temp;
    Temp = TIM_GetCounter(TIM3);
    TIM_SetCounter(TIM3, 0);//  清零CNT
    return Temp;
}

Encoder.h

#ifndef __ENCODER_H
#define __ENCODER_H

void Encoder_Init(void);
int16_t Encoder_Get(void);

#endif

main.c

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

int main(void)
{
		OLED_Init();
        Encoder_Init();

		OLED_ShowString(1, 1, "CNT:");
		while(1)
		{
            OLED_ShowSignedNum(1, 5, Encoder_Get(), 5);
            Delay_ms(1000);//   闸门时间1s。每隔一段时间Encoder_Get一次。如果主程序有其他代码，会堵塞程序的执行，因此最好用中断的方式。
		}
}

上述主函数使用延时函数来控制闸门时间，可以实现功能。如果主程序有其他代码，会堵塞程序的执行，因此最好用中断的方式。优化后的代码如下：

main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device 
#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);
		}
}

//	定时器2中断函数，定时1s
void TIM2_IRQHandler(void)
{
	if(TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) == SET)//	检查中断标志位
	{
		Speed = Encoder_Get();//    每隔1s读取一下速度，存在Speed变量里
		TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);//	清除中断标志位
	}
}

其他引用的头文件和c代码可在此处查阅：OLED.h（【江协STM32】4 OLED调试工具，第5节）、  Delay.h（【江协STM32】3-2 LED闪烁&LED流水灯&蜂鸣器，第1.3节）、Timer.h（【江协STM32】6-1/2 TIM定时中断、定时器定时中断&定时器外部时钟，第2.2节）

作者：冰糖雪莲IO