一文教你编码器是什么

[导读]编码器‌是一种传感器，主要用于测量旋转运动的角度、角速度和位移等参数。常见的编码器类型包括增量式编码器和绝对值编码器，前者通过检测脉冲的增加或减少来测量旋转方向和距离，后者则直接输出当前的绝对位置信息‌。

编码器‌是一种传感器，主要用于测量旋转运动的角度、角速度和位移等参数。常见的编码器类型包括增量式编码器和绝对值编码器，前者通过检测脉冲的增加或减少来测量旋转方向和距离，后者则直接输出当前的绝对位置信息‌。

STM32编码器接口

在STM32微控制器中，编码器接口是一种特殊的定时器模式，称为“编码器接口模式”。这种模式主要用于接收增量式编码器的信号，通过检测A、B两相信号的相位差来判定旋转方向，并计数脉冲数量以确定旋转角度和速度。STM32的通用定时器和高级定时器都支持编码器接口模式，通过输入捕获单元的CH1和CH2引脚接收编码器的A、B相信号‌。

STM32编码器接口的应用编程

在STM32中实现编码器接口的具体步骤如下：

‌配置定时器‌：选择一个通用或高级定时器，并配置其为编码器接口模式。设置输入捕获单元的CH1和CH2引脚为编码器的A、B相信号输入。

‌初始化编码器接口‌：设置滤波器和边沿检测器，确保信号的稳定和准确捕获。

‌读取数据‌：通过定时器的计数器(CNT)读取旋转的角度和位置，通过计数器的增减判断旋转方向。可以通过定时器的预分频器和计数方向控制寄存器进一步优化计数的精度和方向判断。

编码器是一种比较常见的产品(也可以理解为传感器)，最常见的就是配合电机一起工作，那么，你对编码器有多了解呢?

一、关于编码器

编码器的种类有很多：增量式编码器、绝对值编码器，有轴或者无轴编码器，电压输出、推拉输出、集电极开路输出等等。但不管什么类型的编码器，其目的都类似，得到转动的角度，角速度、位移等。

先说说编码器接口是干啥的。它就像一个超级“翻译官”，专门负责接收增量(正交)编码器传来的信号。在电机控制场景中，电机一转，编码器就会输出正交信号脉冲，这个接口接到信号后，能自动控制计数器(CNT)自增或自减。通过CNT数值的变化，我们就能知道电机转轴的位置、转动方向和速度，给精确控制电机提供关键依据。而且每个高级定时器和通用定时器都自带1个编码器接口，不过它的两个输入引脚借用了输入捕获的通道1和2，所以在进行硬件设计和软件配置时，一定要小心，别让资源“打架”了。

正交编码器也很有意思。它正转和反转时，A、B相的电平状态截然不同。正转的时候，A相上升沿，B相是低电平;A相下降沿，B相就变成高电平了，B相和A相的关系也是如此。反转时则完全相反，A相上升沿，B相为高电平。这些电平变化规律，就像是编码器给我们的“小暗号”，让我们能轻松判断它的旋转方向，在工业自动化、机器人控制这些领域，通过监测A、B相电平，就能精准把控设备的运动状态。

再看看编码器接口的基本结构。它从硬件输入到计数器控制，有着一套严谨的信号处理流程。首先是输入部分，两个GPIO引脚负责接收外部编码器信号，就像两个小耳朵。不过信号里可能有噪声，这时滤波器就派上用场了，它能把噪声过滤掉，保证输入信号“干干净净”。接着信号进入边沿检测极性选择模块，这个模块就像信号的“质检员”，会检测信号的上升沿和下降沿，还能根据设定的极性规则处理信号，处理完的信号TI1FP1和TI2FP2就会被送到编码器接口模块。编码器接口模块可是核心部件，它能根据正交信号脉冲，自动控制时基单元里的CNT计数。时基单元也不简单，预分频器能调整计数频率，自动重装载器会在CNT达到上限时让它重新开始计数，而CNT的计数值就反映了编码器的各种关键信息。

配置编码器接口模式也有讲究。要是想让计数器只在TI2的边沿计数，就把TIMx_SMCR寄存器里的SMS设成001;偏爱TI1的话，设成010;要是想让计数器在TI1和TI2边沿都计数，那就设成011。通过设置TIMx_CCER寄存器里的CC1P和CC2P位，还能给TI1和TI2选择极性，要是需要，还能给输入滤波器编程，就像给接口“升级装备”一样。

给大家举个例子，在配置TIM2为编码器接口模式时，代码要这么写。先通过RCC开启GPIO和定时器的时钟，这就像是给设备“通电”;然后把PA6和PA7配置成输入模式;配置时基单元，一般预分频器选不分频，自动重装给最大的65535，让CNT专心计数;接着配置输入捕获单元，主要设置滤波器和极性;最后调用TIM_Cmd启动定时器。这里有个TIM_EncoderInterfaceConfig函数很关键，它能设置定时器工作在编码器接口模式，还能配置输入通道、极性、滤波，以及定时器的计数模式、预分频值等。

在实际应用中，还会遇到一些问题，比如抖动。这就好比走路时踩到石子，编码器信号可能会“晃”一下。不过别担心，选择双边沿等配置就能抑制抖动，就像给计数器穿上了“稳定鞋”。而且，当定时器配置成编码器接口模式后，它就像个贴心的小秘书，能提供传感器当前位置信息。要是再搭配一个配置在捕获模式的定时器，还能测量两个编码器事件的间隔，得到速度、加速度这些动态信息，给系统来个全面的“体检”。

编码器，英文名称“encoder”，是一种将角位移或者角速度转换成一连串电数字脉冲的旋转式传感器，我们可以通过编码器测量出位移或者速度信息。编码器从输出数据类型上分，可以分为增量式编码器和绝对式编码器。增量型：就是每转过单位的角度就发出一个脉冲信号;绝对值型：就是对应一圈，每个基准的角度发出一个唯一与该角度对应二进制的数值，通过外部记圈器件可以进行多个位置的记录和测量。

从编码器检测原理上来分，还可以分为光学式、磁式、感应式，电容式。常见的是光电编码器(光学式)和霍尔编码器(磁式)。

二、光电编码器工作原理

连接轴与码盘相连，并与被测物体相连，随着被测物体(如电机)的转动，码盘也跟着转动，通过码盘的光会发生明暗相间的变化，接收端的光敏元件会检测到这种变化，并转化成电信号进行输出。

1.计算脉冲个数

有点类似TIM的捕获功能，捕获A相、B相的脉冲信号;只是编码器模式是捕获A(TI1)、B(TI2)相的边沿信号，相当于一个周期内，计4个脉冲信号的值。

2.计数器的增减(方向)

STM32的计数器会根据方向(+ 或者 -)来进行计数，TI1和TI2相位相差90，4个阶段的边沿，对应TI1和TI2不同电平信号，从着编码器旋转方向的改变而改变，我们可以通过读取该位来判断编码器的正转，还是反转。

3.TIM时基

STM32编码器接口模式，其实是通过利用AB相位TIM时基提供时钟信号，使其计数。

三、应用编程

相信看了上面的一些描述，大家应该对编码器有所理解了。其实，在STM32中，可以通过配置编码器模式对应的函数，就能实现获取编码器传感器上面的信息了。

使用STM32提供的标准外设库，或者使用STM32CubeMX工具很容易将TIM配置成编码器模式。