【江科协-STM32】6. TIM编码器接口

原创 于 2025-03-02 10:45:23 发布 · 1k 阅读 · 3 ·
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#stm32 #嵌入式硬件 #单片机

1. 编码器接口简介

编码器接口(Encoder Interface)，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一个编码器接口，两个输入引脚借用了输入捕获的通道1和通道2。

2. 正交编码器

正转时，A相上升沿，B相低电平；对应反转，B相则是低电平，以此类推。

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当出现某个边沿时，我们看对应另一相的高低电平，如果对应另一相的状态出现在该表中，就是正转，计数自增。否则，就是自减。

3. 旋转编码器

旋转编码器：用于测量位置、速度或者旋转方向的装置，当其旋转轴旋转时，其输出端可以输出与旋转速度和方向对应的方波信号，读取方波信号的频率和相位信息即可得知旋转轴的速度和方向。

类型：机械触点式/霍尔传感器式/光栅式

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接线的引脚有两个是电源，两个是AB相，还有一个编码器0位置的测量，还有一个是空脚，闲置。

4. 编码器接口应用

高级定时器和通用定时器都是只有一个编码器接口。

基本定时器没有编码器接口。

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编码器接口有两个输入端，分别接到A相和B相。

回到这张图中：

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编码器接口的输入有两个信号：TI1FP1和TI2FP2。

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。最终编码器的输入引脚可以追溯到CH1和CH2。信号的通路是，CH1通过TI1-输入滤波器和边沿检测器通向编码器接口，CH2通过TI2-输入滤波器和边沿检测器通向编码器接口。

:::warning
我们之前一直使用的72MHz的内部时钟，和我们在时基单元初始化时设置的计数方向，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，计数器的自增和自减是受编码器控制的.
:::

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输入捕获的前两个通道，通过GPIO口接入编码器的A、B相，然后通过滤波器和边沿检测极性选择，产生TI1FP1和TI2FP2两个信号，通向编码器接口，编码器接口通过预分频器控制CNT计数器的时钟，同时，编码器接口还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也是有效的，一般是设置为65535，利用上补码的特点，在自减的时候输出负数。

5. 工作模式

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注意到我们是可以忽略边沿的。比如可以仅在A相的上升沿和下降沿自增或者自减，而B相的两个状态忽略掉，不进行计数。

在前两种模式下，在一相的边沿计数，另一相忽略。

在第三种模式下，正转的状态都向上计数，反转的状态都向下计数。

一般都使用第三种模式。

请添加图片描述

在上图中，两个引脚都是用的第三种模式。

一个引脚不变，另一个引脚连续跳变好几次，可以归为毛刺信号。毛刺信号可以滤掉。正交编码器可以帮助我们滤掉这种噪声。

来看TI1反相的情况：

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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个编码器接口两个输入引脚借用了输入捕获的通道1和通道2。
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什么是 ARM？简单说就一种性能出众的 32位处理器的内核架构。什么是STM32？简单来说就是一款可以控制电子器件的ARM芯片。在江科大的视频中我们学习的是，ST指意法半导体公司名；M指微控制器；32指32位；F是类型，常用类型：F-通用型，S-简单型，L-低功耗，H-高性能；103指子系列分类；C指引脚数，常用引脚数：C是48脚，R是64脚，V是100脚，Z是144脚；8指存储量，8代表64KB，B代表128KB；T是指 LQFP 封装；6是工业级 -40~85℃的工作温度范围。简单了解即可，不用背。
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stm32定时器分为基本定时器通用定时器与高级定时器。定时器中常见英文缩写：ARR:自动装载寄存器（用来设置要计数到几重新重新计数），CNT：计数器（多少秒记一次数有所选的时钟源频率决定），PSC：预分频器寄存器（降低时钟信号的频率）这三个合称为时基单元。（1）基本定时器（TIM6,TIM7/挂载在APB2总线上）：由该图可以看出基本定时器只能选用内部时钟做时钟源，一般只能用来申请中断无法输出PWM等其他功能。（2）：通用定时器（TIM2,TIM3,TIM4,TIM5/挂载在APB2总线上）
stm32c8t6编码器测试电机速度，定时器怎么分配
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<think>首先，用户的问题是：“我想配置STM32C8T6的定时器以使用编码器测试电机速度 请问STM32C8T6 编码器测量电机速度 定时器配置方法”。我需要基于提供的引用来回答这个问题。 回顾引用内容： - 引用[2]：讨论了编码器的工作原理，包括M法测速和T法测速，以及转速计算公式。 - 引用[3]：详细说明了STM32的TIM编码器接口配置，提到C8T6只有TIM1、TIM2、TIM3、TIM4，并且配置编码器接口后基本不能用于其他功能。 - 引用[4]：提到在STM32f103 C8T6上编码器读取计数器值的问题。 - 其他引用（如[1]、[5]）提供了一些背景，但更相关的是编码器和电机控制。 用户的核心需求是配置STM32C8T6的定时器来使用编码器测试电机速度。具体来说，是关于定时器的配置方法。 关键点： - STM32C8T6有四个定时器：TIM1、TIM2、TIM3、TIM4（根据引用[3]）。 - 编码器接口通常使用定时器的编码器模式。 - 测速方法：M法（固定时间统计脉冲数）和T法（固定脉冲统计时间）。 我的回答需要： 1. 使用中文。 2. 结构清晰，逐步解决问题。 3. 确保真实可靠，基于引用。 4. 在行内数学表达式使用$...$，独立公式使用$$...$$。 5. 生成相关问题。 6. 在回答末尾自然地添加引用标识。 回答结构： 1. **引言**：简要解释编码器测速的原理。 2. **步骤**：详细描述配置定时器的步骤。 - 选择定时器。 - 配置GPIO。 - 配置定时器为编码器模式。 - 设置相关参数（如预分频器、计数器模式）。 - 实现测速算法（如M法或T法）。 3. **代码示例**：提供简单的代码片段（如C语言）。 4. **注意事项**：基于引用[4]，提到可能的问题和解决方案。 5. **相关问题**：生成相关的问题。 数学表达式： - 转速公式：$n = \frac{M_0}{C \times T_0}$（M法），其中$n$是转速，$M_0$是脉冲数，$C$是编码器单圈脉冲数，$T_0$是计数周期。 - 使用$...$格式。 引用： - 在相关部分末尾添加引用标识，如[^2]、[^3]。 生成相关问题： - 基于主题，如测速方法优化、常见问题解决等。 完整回答大纲： 1. **理解编码器测速原理**：解释M法和T法，使用公式。 2. **STM32C8T6定时器配置步骤**： - 选择可用定时器（TIM1、TIM2、TIM3、TIM4）。 - 配置GPIO为输入模式（通常是复用功能）。 - 初始化定时器为编码器模式。 - 设置计数器自动重装载值（如果需要）。 - 启用定时器。 3. **代码示例**：提供伪代码或基于引用[3]的代码。 4. **实现测速算法**：如使用M法，在固定中断中读取计数器值。 5. **注意事项**：资源限制（引用[3]），读取问题（引用[4]），建议使用外部中断或输入捕获作为备选。 6. **相关问题**：列出几个相关问题。</think>### STM32C8T6编码器测速定时器配置方法 配置STM32C8T6的定时器使用编码器测量电机速度，需结合编码器接口模式和测速算法（如M法或T法）。以下是逐步配置方法，基于STM32 HAL库或标准外设库实现。关键步骤包括选择定时器、配置GPIO、初始化编码器模式，并实现测速算法。STM32C8T6仅支持TIM1、TIM2、TIM3、TIM4四个定时器用于编码器接口[^3]。 #### 1. **理解测速原理** - **编码器类型**：常用霍尔编码器，输出两路相位差90°的脉冲信号（A相和B相）。 - **测速方法**： - **M法（频率法）**：固定时间$T_0$内统计脉冲数$M_0$，计算转速$n$： $$ n = \frac{M_0}{C \times T_0} $$ 其中$C$为编码器单圈总脉冲数（例如1000 PPR），$T_0$为采样周期（单位：秒）[^2]。 - **T法（周期法）**：固定脉冲数统计时间，适用于低速场景。 - **推荐方法**：M法简单高效，适用于大多数电机测速场景。 #### 2. **定时器配置步骤** STM32的定时器需配置为“编码器接口模式”，以自动处理A/B相信号并计数。以下是详细步骤（以TIM2为例）： ##### 步骤1: 选择定时器和GPIO - **可用定时器**：STM32C8T6支持TIM1、TIM2、TIM3、TIM4（TIM1为高级定时器，其他为通用定时器）[^3]。 - **GPIO映射**： - 编码器A相和B相信号需连接到定时器的CH1和CH2引脚（如TIM2的PA0和PA1）。 - 参考数据手册确认引脚复用功能（AFIO）。 ##### 步骤2: GPIO初始化 配置GPIO为输入模式，使能时钟和复用功能： ```c // 示例代码（HAL库） GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0}; __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); // 使能GPIOA时钟 // 配置PA0（TIM2_CH1）和PA1（TIM2_CH2） GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1; GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_INPUT; // 复用输入模式 GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP; // 上拉电阻防干扰 HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct); ``` ##### 步骤3: 定时器编码器模式配置 设置定时器为编码器模式，支持四倍频（提高分辨率）： ```c TIM_HandleTypeDef htim2; TIM_Encoder_InitTypeDef Encoder_Config = {0}; __HAL_RCC_TIM2_CLK_ENABLE(); // 使能TIM2时钟 // 配置编码器接口 Encoder_Config.EncoderMode = TIM_ENCODERMODE_TI12; // 四倍频模式（A/B相均触发） Encoder_Config.IC1Polarity = TIM_ICPOLARITY_RISING; // A相上升沿触发 Encoder_Config.IC2Polarity = TIM_ICPOLARITY_RISING; // B相上升沿触发 Encoder_Config.IC1Selection = TIM_ICSELECTION_DIRECTTI; // 直接映射到TI1 Encoder_Config.IC2Selection = TIM_ICSELECTION_DIRECTTI; // 直接映射到TI2 Encoder_Config.IC1Filter = 0x0F; // 滤波器设置（防抖动，值越大滤波越强） Encoder_Config.IC2Filter = 0x0F; htim2.Instance = TIM2; htim2.Init.Period = 65535; // 16位计数器最大值（自动重装载值） htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP; // 向上计数 htim2.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1; // 时钟不分频 htim2.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE; // 初始化定时器 HAL_TIM_Encoder_Init(&htim2, &Encoder_Config); HAL_TIM_Encoder_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_ALL); // 启动编码器接口 ``` ##### 步骤4: 实现M法测速算法 在固定周期$T_0$（如10ms）内读取计数器值，计算转速： ```c // 全局变量 uint32_t last_count = 0; uint32_t current_count = 0; float speed_rpm = 0.0; const float C = 1000.0; // 编码器单圈脉冲数（根据实际编码器设置） const float T0 = 0.01; // 采样周期10ms // 定时器中断服务函数（如使用TIM6作为定时中断） void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) { if (htim->Instance == TIM6) { // 假设TIM6用于定时采样 current_count = __HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim2); // 读取当前计数值 int32_t delta = (int32_t)(current_count - last_count); // 处理计数器溢出 last_count = current_count; // 计算转速（单位：RPM） speed_rpm = (delta / (C * T0)) * 60.0; // 转换为分钟转速 } } ``` - **关键点**： - 使用一个辅助定时器（如TIM6）触发周期性中断，实现$T_0$采样。 - `delta`为$T_0$内的脉冲数$M_0$，代入公式$n = \frac{M_0}{C \times T_0}$计算转速[^2]。 - 处理计数器溢出：STM32计数器为16位，需检查`delta`是否为负（表示溢出）。 #### 3. **注意事项与常见问题** - **资源限制**：STM32C8T6仅4个定时器，配置编码器接口后不可用于PWM等其他功能。若资源不足，可用外部中断手动计数[^3]。 - **读取问题**：如编码器无计数，检查： - GPIO配置是否正确（确保复用功能使能）。 - 滤波器设置（`IC1Filter`/`IC2Filter`）是否过强导致信号丢失。 - 编码器电源和信号电平匹配（通常3.3V）[^4]。 - **性能优化**： - 提高采样率$T_0$以增强实时性，但避免过短导致计算误差。 - 结合T法在低速时切换算法，提高精度。 #### 4. **相关问题** 1. 如何优化STM32编码器测速在低速和高速场景的精度？ 2. STM32C8T6定时器资源不足时，如何用外部中断实现编码器计数？ 3. 编码器信号受干扰时，有哪些硬件和软件滤波方法？ 4. 如何结合PID算法实现电机速度闭环控制？[^5] [^1]: 以光电编码器为例，它通过检测电机轴上的标记来确定转速和位置。STM32通过外部中断或定时器的输入捕获功能，可以读取编码器的脉冲信号，并计算出实时的转速和位置。 [^2]: 所用的编码器是一个霍尔传感器，两个霍尔元件相差90度放置。编码电机速度的读取方式从单片机读取方式上分有定时器输入捕获法和外部中断法，从编码器原理上又分为二倍频和四倍频，从速度计算方式上又分为M法测速和T法测速。 [^3]: STM32学习笔记【江科协】【6-7】TIM编码器接口。*一个定时器配置成了编码器接口的模式，那基本不能实现其他的功能了。C8T6只有TIM1、TIM2、TIM3、TIM4这四个芯片，所以最多只能接4个编码器，接完4个编码器就没有定时器可以用了。如果硬件资源不够，可以用外部中断来接编码器，在中断里手动自增或自减计数；PWM可以用定时中断，在中断里手动计数，手动翻转电平；输入捕获，可以来个外部中断，然后在中断里手动把CNT取出来，放在变量里。 [^4]: STM32f103 C8T6 编码盘。前几天已经用32f103的mini板子调试过一次，效果都还不错，想着换成C8T6机械结构就比较轻盈。但是想法往往和现实的差距挺大的，想着都是f103的板子，无非就是IO口不同，改了应该结果都差不多，但是差强人意呐，C8T6的编码器根本读不到计数器的值。 [^5]: 通过7万字教程、80多节视频 从焊接组装->LED点灯->FreeRTOS带您从零完成 循迹、避障、跟随、遥控、PID速度控制、PID循迹、角度闭环控制、视觉循迹、FreeRTOS、电磁循迹等等还在更新中… 6.1-认识电机驱动。
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