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created: 2026-07-06

TIM — 编码器接口

原理

PPT 参考图 -- 编码器接口简介

详细工作原理

正交信号原理：增量式编码器输出 A、B 两路方波信号，相位差 90°（正交）。正转时 A 相信号超前 B 相 90°，反转时 B 相超前 A 相 90°。每个完整的正交周期内，A 和 B 各产生一个上升沿和一个下降沿，共 4 个边沿。

硬件解码过程：STM32 通用定时器的编码器接口自动对 TI1（A 相）和 TI2（B 相）的边沿进行检测。编码器控制逻辑根据两相信号的相位关系自动判断旋转方向，并相应地递增或递减 CNT：

TIM_EncoderMode_TI1：仅在 TI1（A 相）的上升沿和下降沿各计一次，×2 倍频
TIM_EncoderMode_TI2：仅在 TI2（B 相）的边沿计数，×2 倍频
TIM_EncoderMode_TI12：TI1 和 TI2 的上升沿和下降沿各计一次，×4 倍频

×4 模式详解：一个完整正交周期（A 一个方波、B 一个方波）产生 4 个边沿——A↑、A↓、B↑、B↓。每个边沿 CNT 都加/减 1，因此编码器每物理周期计 4 次，分辨率是编码器本体线数的 4 倍。例如 400 线的编码器在 ×4 模式下每圈产生 1600 个计数。

与外部中断方案对比：

外部中断方式：A 相连接到 EXTI 引脚，在中断中读取 B 相电平判断方向。每个边沿都需要 CPU 响应中断、保护现场、执行判断代码，高频时（>10kHz）CPU 负载极高且容易丢步
硬件编码器接口：边沿检测、方向判断、加减计数全部由硬件自动完成，不占用 CPU 资源，可稳定处理 >100kHz 的编码器信号，且不会丢步

CNT 值的有符号解释：反转时 CNT 递减到 0 后回绕到 65535（int16_t 解释为 -1），这是正常的硬件行为。将 TIM_GetCounter() 的返回值强制转换为 int16_t 即可得到有符号的计数值。

正交编码器

正交编码器输出两路相位差 90° 的脉冲信号：

A相 ──┬───┬───┬───┬───
      │   │   │   │
      └───┴───┴───┴───

B相 ────┬───┬───┬───┬───
      │   │   │   │   │
      └───┴───┴───┴───┘

正转时 A 领先 B 90°：
A: ──┬──┬──┬──
     │  │  │  │
     └──┴──┴──┘
B: ──┴──┬──┬──┬─
        │  │  │  │
        └──┴──┴──┘

反转时 B 领先 A 90°：
A: ──┴──┬──┬──┬─
        │  │  │  │
        └──┴──┴──┘
B: ──┬──┬──┬──
     │  │  │  │
     └──┴──┴──┘

编码器模式

PPT 参考图 -- 编码器基本结构与实例

STM32 定时器自带编码器接口，自动解码正交信号：

模式	计数方式	倍频	描述
`TIM_EncoderMode_TI1`	仅在 TI1 边沿计数	×2	只根据 A 相计数
`TIM_EncoderMode_TI2`	仅在 TI2 边沿计数	×2	只根据 B 相计数
`TIM_EncoderMode_TI12`	TI1+TI2 双边沿计数	×4	最高分辨率

计数值的正负由两相信号相位差自动判断：

正转 → 计数器递增
反转 → 计数器递减
停止 → 计数器不变

定时器内部结构：

A相(TI1) ──→ 边沿检测 ──→ 编码器控制逻辑 ──→ CNT(递增/递减)
B相(TI2) ──→ 边沿检测 ──→                    ↑
                                        编码器模式配置

API 表格

核心函数

函数	描述
`TIM_EncoderInterfaceConfig(TIMx, TIM_EncoderMode_TI12, TIM_ICPolarity_Rising, TIM_ICPolarity_Rising)`	配置编码器接口模式
`TIM_GetCounter(TIMx)`	读取当前计数值（返回 `uint16_t`）
`TIM_SetCounter(TIMx, uint16_t)`	设置计数器值
`TIM_Cmd(TIMx, ENABLE)`	使能定时器

参数说明

TIM_EncoderInterfaceConfig 参数：

void TIM_EncoderInterfaceConfig(
    TIM_TypeDef* TIMx,
    uint16_t TIM_EncoderMode,  // TIM_EncoderMode_TI1/TI2/TI12
    uint16_t TIM_IC1Polarity,  // TIM_ICPolarity_Rising/Falling
    uint16_t TIM_IC2Polarity
);

TIM_EncoderMode 可选项：

宏	倍频	计数更新条件
`TIM_EncoderMode_TI1`	×2	TI1 上升沿+下降沿
`TIM_EncoderMode_TI2`	×2	TI2 上升沿+下降沿
`TIM_EncoderMode_TI12`	×4	TI1+TI2 上升沿+下降沿

代码示例

编码器读取位置 (TIM3_CH1=PA6, TIM3_CH2=PA7)

#include "stm32f10x.h"

void Encoder_Init(void)
{
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin   = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_IN_FLOATING;  // 浮空输入
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    // 编码器模式—定时器时基无需PSC分频
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler     = 0;         // 不分频
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period        = 65535;     // 最大值
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode   = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure);

    // 配置编码器接口: TI1+TI2 ×4 模式
    TIM_EncoderInterfaceConfig(TIM3,
        TIM_EncoderMode_TI12,
        TIM_ICPolarity_Rising,  // TI1 不反相
        TIM_ICPolarity_Rising   // TI2 不反相
    );

    TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);
}

int16_t Encoder_GetCount(void)
{
    // 转 int16_t 才能体现正负
    return (int16_t)TIM_GetCounter(TIM3);
}

int main(void)
{
    Encoder_Init();
    while (1) {
        int16_t pos = Encoder_GetCount();
        // 此处可用串口打印 pos
        // 正转 → pos 正数递增
        // 反转 → pos 负数递减
        Delay_ms(10);
    }
}

清零并读取角度

// 编码器归零
void Encoder_Reset(void)
{
    TIM_SetCounter(TIM3, 0);
}

// 读取并自动清零（用于周期性采样）
int16_t Encoder_GetCountAndReset(void)
{
    int16_t val = (int16_t)TIM_GetCounter(TIM3);
    TIM_SetCounter(TIM3, 0);
    return val;
}

外部中断与编码器对比

// 外部中断方式（不推荐）：
//   分别配置 A/B 相为外部中断，在中断中判断另一相电平
//   缺点：占用 CPU，高频时丢步

// 编码器接口方式（推荐）：
//   硬件自动加减，不占用 CPU，不丢步
//   缺点：需要占用定时器通道

常见坑点

读出值要转 int16_t：TIM_GetCounter() 返回 uint16_t（0–65535），编码器可能递减到负数。强制转为 int16_t 才能正确体现正反转
PSC 必须为 0：编码器模式下 PSC 必须为 0（不分频），因为计数器靠外部脉冲计数，不能用内部时钟分频。设 PSC>0 会导致完全不计数或计数异常
最大值 65535 → -1 回绕：反转时计数器从 0 递减到 65535，int16_t 解释为 -1。这是正常的，不要当成错误
TIM_ICPolarity 含义不同：编码器模式下，极性参数 TIM_ICPolarity_Falling 的含义变为反相输入信号，而不是捕获边沿。设为 Falling 相当于交换 A/B 相
GPIO 必须为浮空或上拉输入：不要配成输出模式。编码器模块输出的是开漏/推挽信号，通常用浮空输入
和外部中断的区别：
- 外部中断：需要 CPU 参与每条边沿，高频（>10kHz）必定丢步
- 编码器接口：硬件自动处理，可应对 >100kHz 编码器信号

单次最大计数范围：16位定时器 ±32767（int16_t）。如果需要更大范围，在代码中扩展为 int32_t：

volatile int32_t encoder_pos = 0;
volatile int16_t last_cnt = 0;

void Encoder_Poll(void)
{
int16_t cur = (int16_t)TIM_GetCounter(TIM3);
int16_t diff = cur - last_cnt;
last_cnt = cur;
encoder_pos += diff; // 自动处理溢出回绕
}

多个编码器：STM32F103C8T6 只有一个定时器支持编码器模式（TIM3）。TIM2 不支持编码器模式（仅 TIM3/4 有编码器功能）

纠正：TIM2、TIM3、TIM4、TIM5 都支持编码器模式（STM32F1 通用定时器均支持）。高级定时器 TIM1/TIM8 不支持。

09-编码器接口.md 8.9 KB تاريخچه خام