STM32通用定时器-脉冲计数（编码器模式）及电机测速原理

一、知识点

1. 编码器
  两相编码器（正交编码器）：两相编码器由 A 相和 B 相组成，相位差为 90 度。当旋转方向为顺时针时，A 相先变化，然后 B 相变化；当旋转方向为逆时针时，B 相先变化，然后 A 相变化。通过检测相位差变化，可以确定旋转的方向。STM32 单片机可以使用定时器的正交编码器模式（Encoder Mode）来实现两相编码器的接口。

2. 编码器接口
  编码器的两个输入引脚，就是每个定时器的CH1和CH2引脚，CH3和CH4不能接编码器。
  最终的实验现象，编码器有两个输出，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，编码器的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初始值为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就由0自增到10，停下来，编码器左转，CNT就–，左转产生一个脉冲，CNT就自减一次， 比如编码器再左转产生5个脉冲，那CNT就在原来10的基础上自减5，停下来。
  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，同时控制着CNT的计数时钟和计数方向，这样CNT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编码器的值，再把CNT清零，那么每次取出来的值就表示了编码器的速度。
  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。编码器计次能根据旋转方向，不仅能自增计次还能自减计次，是一个带方向的测速。
每个高级定时器和通用定时器都拥有1个编码器接口。

二、框图

  

  

三、编码器计数操作

  解释：当Tl1先产生脉冲，Tl2后产生脉冲。（A相先变化，B相后变化）时电机正转，计数器开始计数CNT++。当产生毛刺时，CNT不计数。Tl2先产生脉冲，Tl1后产生脉冲。（B相先变化，A相后变化）时电机反转，计数器CNT- -。当产生毛刺时不计数。

  

  解释：在TL1和TL2上计数时：当Tl1FP1信号为上升沿，且相对信号（Tl2）为高电平状态，则为向下计数，即CNT- -。若Tl2FP2信号在上升沿，且相对信号（TL1）为高电平，则为向上计数，即CNT++。各类信号状态与计数关系请查看上表。

四、相关寄存器

1. 第①部分对应寄存器

2. 第②部分对应寄存器

五、代码编写

1. 库函数编写

void Encoder_Init_TIM4(void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; //定义一个引脚初始化的结构体  
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;//定义一个定时器初始化的结构体
	TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure; //定义一个定时器编码器模式初始化的结构体
	
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4, ENABLE); //使能TIM4时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); //使能CPIOB时钟
	
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7;	//PB6、PB7
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; //浮空输入
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);	//根据GPIO_InitStructure的参数初始化GPIOB0
	
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 0xffff; //设定计数器自动重装值
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 0; // 预分频器 
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //选择时钟分频：不分频
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //TIM向上计数模式
	TIM_TimeBaseInit(TIM4, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct的参数初始化定时器TIM4
	
	TIM_EncoderInterfaceConfig(TIM4, TIM_EncoderMode_TI12, TIM_ICPolarity_Rising, TIM_ICPolarity_Rising);//使用编码器模式3：CH1、CH2同时计数，四分频
	TIM_ICStructInit(&TIM_ICInitStructure); //把TIM_ICInitStruct 中的每一个参数按缺省值填入
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 10;  //设置滤波器长度
	TIM_ICInit(TIM4, &TIM_ICInitStructure); //根TIM_ICInitStructure参数初始化定时器TIM4编码器模式
	
	TIM_Cmd(TIM4, ENABLE); //使能定时器4
}

int16_t Encoder_Get(void)
{
	int16_t Temp;
	Temp = TIM_GetCounter(TIM4); //获取编码器当前值
	TIM_SetCounter(TIM4, 0);  //将编码器计数器清0
	return Temp;
}

六、电机测速原理

1. 基本信息

1. 需要知道电机的一些基本信息，如减速比、多少线的编码器（这些参数需要问电机的的商家，或者查看手册获得）。
2. 知道在代码中使用的是编码器模式几。如编码器模式1、2、3。使用编码器模式1和2则为2倍频，使用编码器模式3则为4倍频。频数高的精度会更高。
   

2. 计算电机一圈的脉冲数

假设电机减速比为30，500线的编码器，使用编码器模式3。
电机一圈脉冲数：30×500×4=60000

3. 计算电机的速度

   这是我们需要再使用一个定时器用于定时，在定时器中断中获取编码器的脉冲。如：我们将定时器2设置为10ms触发一次中断，则每过10ms我们获取一次脉冲，假设10ms测得脉冲数为600。则1ms的脉冲数为60（600/10），1s的脉冲数为60000（60*1000）。又因为电机一圈脉冲为60000，所以电机的速度为：60000/60000=1 圈/s 。代码如下所示：

float cnt=0;
float speed=0;
void Time2_Init(u16 arr,u16 psc)
{
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
	TIM_InternalClockConfig(TIM2);
	
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = arr; //电机PWM频率要和定时器采样频率一致
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = psc;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
	TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure);
	TIM_ClearFlag(TIM2, TIM_FLAG_Update);
	TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_Update, ENABLE);
	
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

	TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}

void TIM2_IRQHandler(void)
{
	if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) == SET)
	{     
		  cnt=Encoder_Get();
		  speed=cnt/10*1000/60000;
		  TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);
	}
}
//------------------------mian.c------------

int main()
{
	Time2_Init(7199,99);  //定时时间为7200*100/72 = 10000us =10ms
	while(1){}
}