STM标准库-TIM旋转编码器

文章目录

一、编码器接口
- 1.1简介
- 1.2正交编码器
- 1.3编码器接口基本结构
- - **1. 模块与 STM32 配置的映射关系**
  - **2. 设计实现步骤（核心流程）**
  - - **① 硬件规划**
    - **② 时钟使能**
    - **③ GPIO 配置（对应架构图 “GPIO” 模块）**
    - **④ 时基单元配置（对应架构图 “时基单元”）**
    - **⑤ 输入滤波 + 极性配置（对应架构图 “滤波器、边沿 / 极性选择”）**
    - **⑥ 编码器接口模式（对应架构图 “编码器接口”）**
    - **⑦ 使能定时器，开始计数**
    - **⑧ 数据读取（轮询 / 中断）**
  - **3. 关键逻辑说明**
- 1.4工作模式
- 1.5实例（均不反相）
- 1.6实例（TI1反相）
二、编码器接口测速
- 2.1接线图
- 2.2相关API
- - 一、编码器接口配置 API
  - - 1. `TIM_EncoderInterfaceConfig()`
  - 二、计数器操作 API
  - - 2. `TIM_SetCounter()`
    - 3. `TIM_GetCounter()`
  - 三、编码器方向控制 API
  - - 4. `TIM_GetCounterMode()`
  - 四、编码器溢出标志 API
  - - 5. `TIM_GetFlagStatus()`
  - 五、编码器中断配置 API
  - - 6. `TIM_ITConfig()`
  - 六、编码器接口状态读取 API
  - - 7. `TIM_GetCapture1()` / `TIM_GetCapture2()`
- 2.3代码
- 2.4现象

一、编码器接口

1.1简介

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

1.2正交编码器

在这里插入图片描述

正交编码器：两个方波信号相位相差90°，超前90°或者滞后90°，分别代表正转和反转。
工作流程：根据编码器旋转产生的正交信号脉冲自动控制CND自增或自减，从而指示编码器的位置、旋转方向和旋转速度。

1.3编码器接口基本结构

在这里插入图片描述

编码器测速实际上就是测频法测正交脉冲的频率。
要基于该架构图设计实现编码器接口，可按 “模块映射→配置步骤→代码实现” 逻辑展开，核心是将架构图的功能模块对应到 STM32的寄存器配置：

1. 模块与 STM32 配置的映射关系

架构图模块	STM32 功能配置	关键 API / 参数
GPIO	编码器信号输入引脚初始化（上拉输入）	`GPIO_Mode_IPU`
滤波器	输入信号滤波（抗抖动）	`TIM_ICFilter = 0xF`（高滤波）
边沿 / 极性选择	信号边沿检测与极性反转	`TIM_ICPolarity_Rising/Falling`
编码器接口	正交信号计数模式（双相 / 单相）	`TIM_EncoderMode_TI12`
时基单元	计数器范围（ARR）和预分频（PSC）	`TIM_Period=65535`、`TIM_Prescaler=0`

2. 设计实现步骤（核心流程）

① 硬件规划

选定定时器（如 TIM3），其 CH1（PA6）、CH2（PA7） 引脚连接编码器 A 相、B 相。

② 时钟使能

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);   // 使能TIM3时钟  
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);  // 使能GPIOA时钟

③ GPIO 配置（对应架构图 “GPIO” 模块）

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;  
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;          // 上拉输入，稳定信号  
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7; // PA6（CH1）、PA7（CH2）  
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

④ 时基单元配置（对应架构图 “时基单元”）

TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;  
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 65535;          // ARR=65535（最大计数范围）  
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 0;           // PSC=0（计数器由外部信号驱动，预分频无实际作用）  
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; // 初始方向（编码器会覆盖）  
TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseInitStructure);

⑤ 输入滤波 + 极性配置（对应架构图 “滤波器、边沿 / 极性选择”）

TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;  
TIM_ICStructInit(&TIM_ICInitStructure);                // 结构体默认值初始化  
TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0xF;                // 最高滤波等级，抗抖动  
TIM_ICInit(TIM3, &TIM_ICInitStructure);                // 配置CH1  
TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_2;       // 切换到CH2  
TIM_ICInit(TIM3, &TIM_ICInitStructure);                // 配置CH2

⑥ 编码器接口模式（对应架构图 “编码器接口”）

TIM_EncoderInterfaceConfig(  
    TIM3,                      // 定时器  
    TIM_EncoderMode_TI12,      // 双相计数（TI1、TI2边沿均响应，精度×2）  
    TIM_ICPolarity_Rising,     // CH1不反相（上升沿触发）  
    TIM_ICPolarity_Rising      // CH2不反相（上升沿触发）  
);

⑦ 使能定时器，开始计数

TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);  // 启动计数器，响应编码器信号

⑧ 数据读取（轮询 / 中断）

// 轮询方式：直接读取计数值  
int16_t encoderValue = TIM_GetCounter(TIM3);  

// 中断方式：配合TIM2定时中断（如题目代码），周期性读取增量

3. 关键逻辑说明

架构图的信号流：
编码器 A/B 相 → GPIO 输入 → 滤波器（TIM_ICFilter）→ 边沿 / 极性处理（TIM_ICPolarity）→ 生成 TI1FP1/TI2FP2 → 编码器接口 → 驱动时基单元 CNT 计数。
计数方向自动控制：
编码器接口根据 TI1、TI2 的边沿跳变顺序，自动控制 CNT 向上 / 向下计数（正转 / 反转），无需软件判断方向。

1.4工作模式

在这里插入图片描述

1.5实例（均不反相）

在这里插入图片描述

1.6实例（TI1反相）

在这里插入图片描述

二、编码器接口测速

2.1接线图

在这里插入图片描述

编码器需要接入两路正交信号（A 相和 B 相），对应定时器的通道 1（CH1）和通道 2（CH2）。
CH1 对应 PA6，CH2 对应 PA7（参考 STM32F103C8T6 数据手册）。
TIM3 作为通用定时器，支持编码器接口模式（基本定时器 TIM6/7 不支持），而高级定时器 TIM1 虽支持但通常用于更复杂功能（如互补 PWM 输出）。
编码器接口模式下，TIM3 可通过硬件自动处理正交信号的计数方向（自增 / 自减），无需软件干预，符合 “节约 CPU 资源” 的设计目标。

若选用其他定时器（如 TIM2）

引脚映射：TIM2 的 CH1/CH2 对应 PA0/PA1，若 PA0/PA1 已被其他外设（如 PWM 输出）占用，则优先选择 TIM3 的 PA6/PA7。
功能冲突：若项目中 TIM2 用于 PWM（如电机驱动），则 TIM3 更适合编码器接口，避免资源冲突。

高级定时器 TIM1 的局限性

TIM1 虽支持编码器接口，但其引脚（如 PA8/PA9）常作为高级 PWM 输出（如三相电机控制），且配置复杂（需额外使能 APB2 时钟），不如通用定时器 TIM3。

2.2相关API

一、编码器接口配置 API

1. `TIM_EncoderInterfaceConfig()`

运行

void TIM_EncoderInterfaceConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_EncoderMode, uint16_t TIM_IC1Polarity, uint16_t TIM_IC2Polarity);

功能：配置定时器为编码器接口模式
参数:
- TIMx：定时器选择（如TIM3）
- ```
TIM_EncoderMode
```
  ：编码器模式
  - TIM_EncoderMode_TI1：仅 TI1 计数（A 相）
  - TIM_EncoderMode_TI2：仅 TI2 计数（B 相）
  - TIM_EncoderMode_TI12：TI1 和 TI2 同时计数（双相计数，精度 ×2）
- ```
TIM_IC1Polarity
```
  ：TI1 极性配置
  - TIM_ICPolarity_Rising：不反相（上升沿触发）
  - TIM_ICPolarity_Falling：反相（下降沿触发）
- TIM_IC2Polarity：TI2 极性配置（同上）

示例

运行

TIM_EncoderInterfaceConfig(TIM3, TIM_EncoderMode_TI12, TIM_ICPolarity_Rising, TIM_ICPolarity_Rising);

二、计数器操作 API

2. `TIM_SetCounter()`

运行

void TIM_SetCounter(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t Counter);

功能：直接设置定时器计数器值（CNT）
参数:
- TIMx：定时器选择
- Counter：目标计数值（0~65535）

示例:

运行

TIM_SetCounter(TIM3, 0);  // 清零计数器（常用于读取增量值后复位）

3. `TIM_GetCounter()`

运行

uint16_t TIM_GetCounter(TIM_TypeDef* TIMx);

功能：获取当前计数器值（CNT）
参数：
- TIMx：定时器选择
返回值：当前计数值（0~65535）

示例

运行

uint16_t count = TIM_GetCounter(TIM3);  // 读取当前计数值

三、编码器方向控制 API

4. `TIM_GetCounterMode()`

运行

uint16_t TIM_GetCounterMode(TIM_TypeDef* TIMx);

功能：获取计数器计数模式（向上 / 向下）
参数：
- TIMx：定时器选择
返回值：
- TIM_CounterMode_Up：向上计数（编码器正转）
- TIM_CounterMode_Down：向下计数（编码器反转）

示例

运行

uint16_t mode = TIM_GetCounterMode(TIM3);  // 获取当前计数方向

四、编码器溢出标志 API

5. `TIM_GetFlagStatus()`

运行

FlagStatus TIM_GetFlagStatus(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_FLAG);

功能：检查定时器标志位状态（如溢出标志）
参数：
- TIMx：定时器选择
- ```
TIM_FLAG
```
  ：标志位选择
  - TIM_FLAG_Update：更新事件标志（计数器溢出 / 下溢）
返回值：
- SET：标志位被置位
- RESET：标志位未被置位

示例：

运行

if (TIM_GetFlagStatus(TIM3, TIM_FLAG_Update) == SET) {
    // 处理计数器溢出/下溢事件
    TIM_ClearFlag(TIM3, TIM_FLAG_Update);  // 清除标志位
}

五、编码器中断配置 API

6. `TIM_ITConfig()`

运行

void TIM_ITConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_IT, FunctionalState NewState);

功能：使能或禁用定时器中断
参数：
- TIMx：定时器选择
- ```
TIM_IT
```
  ：中断源选择
  - TIM_IT_Update：更新中断（计数器溢出 / 下溢）
- ```
NewState
```
  ：使能状态
  - ENABLE：使能中断
  - DISABLE：禁用中断

示例：

运行

TIM_ITConfig(TIM3, TIM_IT_Update, ENABLE);  // 使能TIM3更新中断

六、编码器接口状态读取 API

7. `TIM_GetCapture1()` / `TIM_GetCapture2()`

运行

uint16_t TIM_GetCapture1(TIM_TypeDef* TIMx);
uint16_t TIM_GetCapture2(TIM_TypeDef* TIMx);

功能：获取编码器接口的捕获值（CCR 寄存器）
参数：
- TIMx：定时器选择
返回值：
- 通道 1/2 的捕获值（编码器接口中较少使用，主要用于输入捕获模式）

2.3代码

main.c

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

int16_t Speed;			//定义速度变量

int main(void)
{
	/*模块初始化*/
	OLED_Init();		//OLED初始化
	Timer_Init();		//定时器初始化
	Encoder_Init();		//编码器初始化
	
	/*显示静态字符串*/
	OLED_ShowString(1, 1, "Speed:");		//1行1列显示字符串Speed:
	
	while (1)
	{
		OLED_ShowSignedNum(1, 7, Speed, 5);	//不断刷新显示编码器测得的最新速度
	}
}

/**
  * 函    数：TIM2中断函数
  * 参    数：无
  * 返 回 值：无
  * 注意事项：此函数为中断函数，无需调用，中断触发后自动执行
  *           函数名为预留的指定名称，可以从启动文件复制
  *           请确保函数名正确，不能有任何差异，否则中断函数将不能进入
  */
void TIM2_IRQHandler(void)
{
	if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) == SET)		//判断是否是TIM2的更新事件触发的中断
	{
		Speed = Encoder_Get();								//每隔固定时间段读取一次编码器计数增量值，即为速度值
		TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);			//清除TIM2更新事件的中断标志位
															//中断标志位必须清除
															//否则中断将连续不断地触发，导致主程序卡死
	}
}

Encoder.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

/**
  * 函    数：编码器初始化
  * 参    数：无
  * 返 回 值：无
  */
void Encoder_Init(void)
{
	/*开启时钟*/
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);			//开启TIM3的时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);			//开启GPIOA的时钟
	
	/*GPIO初始化*/
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);							//将PA6和PA7引脚初始化为上拉输入
	
	/*时基单元初始化*/
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;				//定义结构体变量
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;     //时钟分频，选择不分频，此参数用于配置滤波器时钟，不影响时基单元功能
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //计数器模式，选择向上计数
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 65536 - 1;               //计数周期，即ARR的值
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 1 - 1;                //预分频器，即PSC的值
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;            //重复计数器，高级定时器才会用到
	TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseInitStructure);             //将结构体变量交给TIM_TimeBaseInit，配置TIM3的时基单元
	
	/*输入捕获初始化*/
	TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;							//定义结构体变量
	TIM_ICStructInit(&TIM_ICInitStructure);							//结构体初始化，若结构体没有完整赋值
																	//则最好执行此函数，给结构体所有成员都赋一个默认值
																	//避免结构体初值不确定的问题
	TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1;				//选择配置定时器通道1
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0xF;							//输入滤波器参数，可以过滤信号抖动
	TIM_ICInit(TIM3, &TIM_ICInitStructure);							//将结构体变量交给TIM_ICInit，配置TIM3的输入捕获通道
	TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_2;				//选择配置定时器通道2
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0xF;							//输入滤波器参数，可以过滤信号抖动
	TIM_ICInit(TIM3, &TIM_ICInitStructure);							//将结构体变量交给TIM_ICInit，配置TIM3的输入捕获通道
	
	/*编码器接口配置*/
	TIM_EncoderInterfaceConfig(TIM3, TIM_EncoderMode_TI12, TIM_ICPolarity_Rising, TIM_ICPolarity_Rising);
																	//配置编码器模式以及两个输入通道是否反相
																	//注意此时参数的Rising和Falling已经不代表上升沿和下降沿了，而是代表是否反相
																	//此函数必须在输入捕获初始化之后进行，否则输入捕获的配置会覆盖此函数的部分配置
	
	/*TIM使能*/
	TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);			//使能TIM3，定时器开始运行
}

/**
  * 函    数：获取编码器的增量值
  * 参    数：无
  * 返 回 值：自上此调用此函数后，编码器的增量值
  */
int16_t Encoder_Get(void)
{
	/*使用Temp变量作为中继，目的是返回CNT后将其清零*/
	int16_t Temp;
	Temp = TIM_GetCounter(TIM3);
	TIM_SetCounter(TIM3, 0);
	return Temp;
}

模块	作用
TIM3	编码器接口，硬件自动计数（自增 / 自减），记录编码器旋转的增量值
TIM2	定时器，周期性触发中断（如 100ms），在中断中读取 TIM3 的计数值并更新 Speed
主函数	循环显示 Speed 值，依赖 TIM2 中断更新数据

Encoder.h

#ifndef __ENCODER_H
#define __ENCODER_H

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

#endif

2.4现象

OLED 显示内容

初始状态：OLED 第一行显示 Speed:0，表示编码器未旋转时速度为 0。
旋转编码器时：实时显示速度值，格式为 Speed:±XXXX（± 表示方向，XXXX 为数值）。

旋转方向与数值正负

正转（向右旋转）：Speed 显示正数值，旋转越快数值越大（如 Speed:+120）。
反转（向左旋转）：Speed 显示负数值，旋转越快数值越小（如 Speed:-80）。
停止旋转：Speed 逐渐归零（取决于编码器机械特性和滤波配置）。

旋转速度与数值大小

慢速旋转：数值绝对值小（如 ±10~±50）。
快速旋转：数值绝对值大（如 ±100~±200）。

编码器接口连接

PA6（TIM3_CH1）接编码器 A 相，PA7（TIM3_CH2）接 B 相，若接线反相：
正转显示负数值，反转显示正数值（方向相反）。

STM标准库-TIM旋转编码器

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② 时钟使能

③ GPIO 配置（对应架构图 “GPIO” 模块）

④ 时基单元配置（对应架构图 “时基单元”）

⑤ 输入滤波 + 极性配置（对应架构图 “滤波器、边沿 / 极性选择”）

⑥ 编码器接口模式（对应架构图 “编码器接口”）

⑦ 使能定时器，开始计数

⑧ 数据读取（轮询 / 中断）

3. 关键逻辑说明

1.4工作模式

1.5实例（均不反相）

1.6实例（TI1反相）

二、编码器接口测速

2.1接线图

2.2相关API

一、编码器接口配置 API

1. TIM_EncoderInterfaceConfig()

二、计数器操作 API

2. TIM_SetCounter()

3. TIM_GetCounter()

三、编码器方向控制 API

4. TIM_GetCounterMode()

四、编码器溢出标志 API

5. TIM_GetFlagStatus()

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