当前位置：首页 > news >正文

STM32单片机入门学习——第19节: [6-7]TIM编码器接口

news 来源：原创 2025/8/25 18:19:15

写这个文章是用来学习的,记录一下我的学习过程。希望我能一直坚持下去,我只是一个小白,只是想好好学习,我知道这会很难，但我还是想去做！

本文写于：2025.04.06

STM32开发板学习——第19节: [6-7]TIM编码器接口

前言
开发板说明
引用
解答和科普
一、编码器
问题
总结

前言

本次笔记是用来记录我的学习过程,同时把我需要的困难和思考记下来,有助于我的学习，同时也作为一种习惯,可以督促我学习,是一个激励自己的过程,让我们开始32单片机的学习之路。
欢迎大家给我提意见,能给我的嵌入式之旅提供方向和路线，现在作为小白,我就先学习32单片机了,就跟着B站上的江协科技开始学习了.
在这里会记录下江协科技32单片机开发板的配套视频教程所作的实验和学习笔记内容，因为我之前有一个开发板,我大概率会用我的板子模仿着来做.让我们一起加油！
另外为了增强我的学习效果：每次笔记把我不知道或者问题在后面提出来,再下一篇开头作为解答！

开发板说明

本人采用的是慧净的开发板,因为这个板子是我N年前就买的板子,索性就拿来用了。另外我也购买了江科大的学习套间。
原理图如下
1、开发板原理图
在这里插入图片描述
2、STM32F103C6和51对比

3、STM32F103C6核心板

视频中的都用这个开发板来实现,如果有资源就利用起来。另外也计划实现江协科技的套件。

下图是实物图
在这里插入图片描述

引用

【STM32入门教程-2023版细致讲解中文字幕】
还参考了下图中的书籍:
STM32库开发实战指南：基于STM32F103（第2版）
在这里插入图片描述
数据手册

解答和科普

一、编码器

目前我们这个代码本质上也是旋转编码器计次, 只不过这个代码是通过定时器的编码器接口来自动计次啊, 而我们之前的代码是通过触发外部中断, 然后在中断函数里手动进计次, 使用编码器接口的好处就是节约软件资源, 如果使用外部中断来计次, 那当电机高速旋转时, 编码器每秒产生成千上万个脉冲程序就得频繁进中断哈, 然后进中断之后完成的任务又只是简单的加1-1, 是不是我们的软件资源就被这种简单而又低级的工作给占用了哈, 所以对于这种需要频繁执行操作比较简单的任务, 一般我们都会设计一那我们本节这个编码器接口就是用来自动给编码器进行记制的电路个硬件电路模块来自动完成, 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.

使用定时器的编码接口，再配合编码器，就可以测量旋转速度和旋转方向了

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, 在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, 这是一个比较常见的使用场景哈, 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哈, 我们这里为了方便就是用这个触点式的旋钮编码器来演示哈, 电机旋转呢就用人工旋转来模拟, 当然实际使用的话, 这个旋钮编码器和电机的霍尔光栅编码器都是一样的效果哈.
在这里插入图片描述
一个编码器，他有连个输出，一个是A相，一个是B相，然后接入到STM32，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的值为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就从0加到10 停下来，编码器左转，CNT就–，左转产生一个脉冲，CNT减一次，比如我编码器再左转产生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，CN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，借用上一小节，测周法和测频法的知识点，这个编码器测速实际上就是测频法测正交脉冲的频率，CNT计次，然后每隔一段时间取一次计次，这就是测频法的思路，只不过这个编码器接口计次更高级，它能根据旋转方向，不仅能自增计数，还能自减计数，是一个带方向的测速。

也就是只有4个编码器接口，而且接完了，就没有定时器可以用来；也可以用外边中断来弥补，硬件资源越多，软件越简单；都可以用中断完成，每个高级定制器和通用定时器都拥有一个编码器接口, 如果一个定时器配置成了编码器接口模式, 那它基本上就干不了其他活了, 不过实在不行的话, 你还是可以用外部中断来接编码器的, 这样就是用软件资源来弥补硬件资源了哈, 所以这里也可以看出硬件资源和软件资源是互补的, 硬件资源越多, 软件就会越轻松啊, 硬件不够呢, 那就软件来凑对吧,

比如PWM我可以直接来个定时中断, 然后在中断里手动技术手动翻转填平, 比如输入捕获, 我可以来个外部中断, 然后在中断里手动把CNT取出来,这都可以实现功能, 但是这样就是消耗软件资源了。

正交编码器
在这里插入图片描述
正交信号：当正转时，A相提前B相90度，反转时，A相滞后B相90度；
并不是绝对的，只是一个极性问题，毕竟正转和反转的定义也是相对的，
那使用正交信号相比较单独定义一个方向引脚有什么好处呢, 首先就是正交信号精度更高, 因为AB相都可以计时, 相当于计时频率提高了一倍, 其次就是正交信号可以抗噪声, 因为正交信号两个信号必须是交替跳变的, 所以可以设计一个抗噪声电路, 如果一个信号不变, 另一个信号连续跳变, 也就是产生了噪声哈, 那这时计时值是不会变化的。

正交信号如何计数和区分旋转方向的呢，在正转的时候：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，是表里的第四行；
在这里插入图片描述
同理反转的情况；正转和反转正好是相反的；

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,然后到底是增还是减呢？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, 如果对应另一相的状态出现在下面这个表里,那就是反转。计数自减。这样就能实现编码器接口的功能了，这也是我们STM32编码器接口的执行逻辑。

在这里插入图片描述

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, 然后这里是两个网络编号,分别为TI1FP1和TI2FP2, 可以看出这个编码器接口的两个硬件, 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啊,就是定时器的CH1和CH2 这两个引脚,信号的通路是CH1通过这里,通向编码器接口,CH2通过这里，通向编码器接口,CH3和CH4与编码器接口无关；
其中CH1和CH2 的输入捕获滤波器和边缘检测编码器接口也有使用, 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。这就是编码器接口的输入部分,
那编码器接口的输出部分啊, 其实就相当于从模式控制器了,去控制CNT的计数时钟和计数方向, 这里的输出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, 并且对应另一项的状态为正转, 则控制CNT自增, 否则控制CNT自减, 注意在这里啊，我们之前一直在使用的72Mhz内部时钟,和我们在时基单元初始化设置的计数方向,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,==计时器的自增和自减，受编码器的控制。这就是编码器接口的电路结构了。

在这里插入图片描述

第三张模式：T1和T2都计数，还可以忽略一些边沿：比如我们可以仅在A相的上升沿和下降沿自增或自减，而B相的这两个状态忽略掉，不执行计数，或者只在B相的上升沿和下降沿计数，A相的边沿不管它，只不过精度低了。这种只计算一种的状态模式，就对应模式1和模式2.

在这里插入图片描述

正转的状态都向上计数，反转的状态都向下计数。模式三精度高。

所以你看这里如果出现了一个引脚不变，另一个引脚连续跳变多次的毛刺信号, 计数器就会加减加减来回摆动,最终计数值呢,还是原来那个数,并不受毛刺噪声的影响。

极性的变化对计数的影响：
在这里插入图片描述

高低电平的选择，经过一个非门，反转一下；
T1高低电平取反后判断。
比如你接了一个编码器,发现它数据的加减方向反了,你想要正转的方向,结果它自减了,你想要反转的方向,结果它自增了,这时,就可以调整一下极性,把任意一个引脚反向,就能反转计数方向了。也可以AB相引脚换一下,都是可以的。
在这里插入图片描述

问题

总结

本节课主要学了了定时器的编码器接口，而且指导在结构上通过CH1个CH2输入经过滤波和极性选择，进入到编码器接口，那编码器接口的输出部分啊, 其实就相当于从模式控制器了,去控制CNT的计数时钟和计数方向, 这里的输出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, 并且对应另一项的状态为正转, 则控制CNT自增, 否则控制CNT自减, 注意在这里啊，我们之前一直在使用的72Mhz内部时钟,和我们在时基单元初始化设置的计数方向,并不会使用,还就就是编码器是如何抗噪声的。

STM32开发板学习——第19节: [6-7]TIM编码器接口

前言

开发板说明

引用

解答和科普

一、编码器

问题

总结

相关文章：