一、增量式旋转编码器1、简介

• 编码器（encoder）是将信号（如比特流）或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。编码器把角位移或直线位移转换成电信号，前者称为码盘，后者称为码尺。
• 按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种；
• 按照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。绝对式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关。　
• 旋转编码器是集光机电技术于一体的速度位移传感器。它将被测的角位移直接转换成数字信号（高速脉冲信号）。
• 我们通常用的是增量型编码器，可将旋转编码器的输出脉冲信号直接输入给PLC，利用PLC的高速计数器对其脉冲信号进行计数，以获得测量结果。不同型号的旋转编码器，其输出脉冲的相数也不同，有的旋转编码器输出A、B、Z三相脉冲，有的只有A、B相两相，最简单的只有A相。A、B为相差90度的脉冲，Z相信号在编码器旋转一圈只有一个脉冲，通常用来做零点的依据，连接时要注意PLC输入的响应时间。旋转编码器还有一条屏蔽线，使用时要将屏蔽线接地，提高抗干扰性。
• 信号输出有正弦波（电流或电压），方波(TTL、HTL)，集电极开路(PNP、NPN)，推拉式多种形式，其中TTL为长线差分驱动（对称A,A-;B,B-;Z,Z-）,HTL也称推拉式、推挽式输出，编码器的信号接收设备接口应与编码器对应。信号连接—编码器的脉冲信号一般连接计数器、PLC、计算机,PLC和计算机连接的模块有低速模块与高速模块之分，开关频率有低有高。如单相联接，用于单方向计数，单方向测速。A.B两相联接，用于正反向计数、判断正反向和测速。A、B、Z三相联接，用于带参考位修正的位置测量。A、A-，B、B-，Z、Z-连接，由于带有对称负信号的连接，在后续的差分输入电路中，将共模噪声抑制，只取有用的差模信号，因此其抗干扰能力强，可传输较远的距离。对于TTL的带有对称负信号输出的编码器，信号传输距离可达150米。
• 线数：旋转一周信号线输出脉冲数，也成为分辨率
  9 O, W1 c. M' T3 `( w5 }- H0 U
• 
  
  ) n8 |5 r4 \! |3 z. v

2、型号

此篇文章使用的旋转编码器型号有两种。

传感器（增量式旋转编码器）

7 }& _+ F" X) k3 A8 N

型号	供电电压	输出方式	分辨率	品牌/厂家	输出电平
S20-1000型拉线位移传感器	5-24V	NPN集电极开路	400	Omron/欧姆龙
DT100E40R1024-HI 增量型大孔径编码器	5-30V	HTL（推挽式）	1024	冬莅自动化技术（上海）有限公司 www.shdongli.cn	高：VCC*70% 低：1V

% m* ]3 D) h! q( L1 O7 ~

  G( @+ G5 u. m' ^0 a" h6 `' {二、硬件设计

　　由于增量型编码器输出脉冲，可以直接接入PLC单片机，利用PLC高速计数器进行测量。将编码器接入STM32单片机需要一个定时器资源，并将定时器配置为编码器模式，稍后会简要介绍配置方法。根据传感器的输出方式，进而来判断是否需要进行信号预处理。对于集电极开路输出的传感器接入必须使用上拉电阻。注意STM32大多数引脚的输入电压都在3.3V左右，尽量不要过压。如果电压较大，最好加隔离电路，比如6N136光耦，类似下图

9 |' c& p. }( {+ }) b

　　我在这里并没有使用隔离电路，而是对传感器统一使用了5V供电，并在信号接入端人为加了3.3V上拉（上拉电阻1K），这种接口电路在我自己设计的采集板上统一留出了8个。编码器应用中并未使用Z相，仅使用了A、B两相进行编码器计数。按照线序说明接入STM32的定时器引脚，PA6、PA7对应TIM3的CH1、CH2通道，PB6、PB7对应TIM4的CH1、CH2通道。对于第二种传感器的推挽输出方式而言，实验证明这种接入电路也是可行的。（具体电路没有进行分析，只是图个方便。但是5*70%=3.5V应该是勉强可以直接接入stm32引脚的）

三、软件设计1、STM32定时器编码器模式简介

　　参考官方文档，摘录几个要点：

• 编码器接口模式基本上相当于使用了一个带有方向选择的外部时钟。
• 两个输入TI1和TI2被用来最为增量编码器的接口，TI1FP1和TI2FP2是TI1和TI2在通过滤波器和极性控制后的信号，计数器由每次在TI1FP1和TI2FP2的有效跳变驱动，根据跳变顺序，产生计数脉冲和方向信号，计数器向上或向下计数，同时硬件对TIMx_CR1寄存器的DIR位进行相应设计
• IC1、TI1概念理解：TI1是定时器输入通道，IC1是输入捕获通道（两者可以交错）。配置CCMR1寄存器的CC1S位可以指定IC1的映射方式。可配置滤波器和预分频器。
  
  , u: o3 d" a0 [, L2 w

' a$ i( b+ V# O+ H6 b" U. ]

5 A3 D! _' Y* t5 \& e) }

• 计数方向与编码器信号的关系
  
  0 C% j7 H7 R, t% ~1 D- t% O. z

9 g: _0 Q4 p7 n: |1 N

5 E/ e1 t, _% j3 f

; |! R- Q/ A( V5 V6 ^$ _

2、软件实现

1. 1 /********************************************
   ( U* u% r/ N8 V1 W2 S2 M! A
2.   2
   
3.   3 TIM3、TIM4定时器编码器模式配置
   
4.   4
   . a+ Y, T2 R' E! h  k
5.   5 *********************************************/
   2 N: o" ^* U7 |# T! x
6.   6
   , p2 i8 I% ], Y8 j2 @1 |
7.   7 #include "sys.h"
   + G0 U* b' m( c
8.   8 #include "encoder.h"
   5 u0 J7 m0 A) C6 S1 W' v- W  m
9.   9
   
10. 10 int TIM3ITCount=0;//中断溢出次数
    % k9 U0 m- N; R/ ^
11. 11 int TIM4ITCount=0;//中断溢出次数
    
12. 12
    # j4 w5 v0 H6 H* K) L
13. 13 void TIM3_IRQHandler(void)
    8 I# M: {" R# F/ Q1 {
14. 14 {   
    
15. 15     if(TIM3->SR&0x0001)//溢出中断
    - i1 Y* d+ r- E% Z  O7 ?( c
16. 16     {
    
17. 17         
    . L4 V6 T- B' L( I; S5 V
18. 18     }   
    
19. 19     TIM3->SR&=~(1<<0);//清除标志位   
    # N0 H! q7 }+ v: I4 `4 {
20. 20 }
    
21. 21
    
22. 22 void TIM4_IRQHandler(void)
    : }+ \' o1 s" L6 Z
23. 23 {   
    " p% G  r9 H1 a9 [9 ~, c
24. 24     if(TIM4->SR&0x0001)//溢出中断
    
25. 25     {
    
26. 26     }   
    
27. 27     TIM4->SR&=~(1<<0);//清除标志位   
    
28. 28 }
    
29. 29
    
30. 30 void TIM3_Encoder_Init()
    
31. 31 {
    
32. 32     TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
    & g' G! h: X+ H8 O( J  q; p
33. 33     TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;
    
34. 34     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    3 x0 s# O# u  j0 p4 g
35. 35     NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    
36. 36     
    * S% l6 H. u* V0 |+ c4 r
37. 37     //时钟使能
    
38. 38     RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);  //使能 TIM3 时钟
    0 n* |6 P- H* c8 V, Z* I3 n) q% D5 Z
39. 39     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //使能 GPIOA 时钟
    : Y+ e2 E/ v& g- w" k* h
40. 40     
    
41. 41     //GPIO配置
    
42. 42     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7; //PA6、PA7设置
    & g5 W" V, D' ?- P
43. 43     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; //浮空输入
    4 ?) P) [" Q, C9 r2 [
44. 44     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    
45. 45     GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //初始化 GPIOA
    
46. 46     
    
47. 47     //定时器初始化
      K3 n  b/ H6 m% O, C3 v/ L1 z* P: }, B
48. 48     TIM_DeInit(TIM3);
    
49. 49     TIM_TimeBaseStructInit(&TIM_TimeBaseStructure);
    
50. 50     TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period =65535;//预装载值
    
51. 51     TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 0;//预分频
    % q9 |! R2 ]9 @0 `, t9 R& w1 Q
52. 52     TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision =TIM_CKD_DIV1 ;
    - k7 P" H- c$ q5 F( \* b. |+ k( C
53. 53     TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    ) Q; c% }- |& Y4 G2 `. G& |$ H  |
54. 54     TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure);
    7 K' ~7 T! q' F* s8 \! u' U; ]
55. 55     
    
56. 56     //编码器模式配置
    ( h1 q8 |6 `: l6 F! R
57. 57     TIM_EncoderInterfaceConfig(TIM3, TIM_EncoderMode_TI12, TIM_ICPolarity_Falling, TIM_ICPolarity_Falling);
    : \7 p" Y$ q6 t0 |3 C
58. 58     TIM_ICStructInit(&TIM_ICInitStructure);
    # N# V0 C$ J: U/ C5 E
59. 59     TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 6;//ICx_FILTER;
    
60. 60     TIM_ICInit(TIM3, &TIM_ICInitStructure);
    
61. 61     
    ' y% u, n* C+ Q( f- A8 E( _
62. 62     //初始化 NVIC 中断优先级分组
    
63. 63     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn; //TIM3 中断
    
64. 64     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2; //先占优先级 2 级
    $ E* o3 ]' a; }5 b' H
65. 65     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; //从优先级 0 级
    
66. 66     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ 通道被使能
    
67. 67     NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //初始化 NVIC
    5 U3 m: x8 ^  U' ~) p0 M
68. 68     
    ( B+ ]; S, f3 H/ k  j) w* g
69. 69     //中断配置
    + M9 F4 b) b  l$ e" D2 `
70. 70     TIM_ClearFlag(TIM3, TIM_FLAG_Update);
    ' B8 a8 _& ^+ e# P0 z& S- s
71. 71     TIM_ITConfig(TIM3, TIM_IT_Update, ENABLE);
    9 g! g! w. v3 k5 ]
72. 72     
    ! Y- t; @1 Y! x
73. 73     //Reset counter
    # w( y6 e: L# r) @1 G4 n
74. 74     TIM3->CNT = 0;
    ' P5 |; {  ^8 T3 t; e* o2 T
75. 75     //使能定时器
    4 P/ `1 ^% O: z, m
76. 76     TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);   
    ! I+ l1 @* S% m. t0 T4 K/ Q
77. 77 }
    ( W8 n5 X3 N5 S- s
78. 78
    9 h/ P3 s1 f% C; L
79. 79 void TIM4_Encoder_Init()
    
80. 80 {
    , I$ d. `) N! y
81. 81     TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
    
82. 82     TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;
    1 n+ d* a0 N8 K3 ^- B& {7 l
83. 83     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    / c) @0 k! A/ p  l8 \* W# O6 B
84. 84     NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    
85. 85     
    9 q& E  i0 T( k# ~
86. 86     //时钟使能
    
87. 87     RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4, ENABLE);  //使能 TIM4 时钟
    , A, l5 Y: e; n2 z
88. 88     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); //使能 GPIOB 时钟
    - Q7 `: V  E9 L
89. 89     
    
90. 90     //GPIO配置
    
91. 91     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7; //PB6、PB7设置
    # f0 q) [% Y% a2 E: Y- v
92. 92     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; //浮空输入
    * z% x  `/ X; w
93. 93     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    6 `9 _1 I7 M9 X) e
94. 94     GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); //初始化 GPIOA
    
95. 95     
    
96. 96     //定时器初始化
    2 [) }4 Q) U5 P$ j* Q
97. 97     TIM_DeInit(TIM4);
    ! r- M3 v1 C. E
98. 98     TIM_TimeBaseStructInit(&TIM_TimeBaseStructure);
    - g4 i% ^" z1 ?; s1 M, R) B
99. 99     TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period =65535;//预装载值
    & C6 f8 B7 [6 E# J( O% F6 G% c
100. 100     TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 0;//预分频
     2 r7 r4 _. f  v& {; s5 C  N! A% _
101. 101     TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision =TIM_CKD_DIV1 ;
     
102. 102     TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
     , r6 y: X# \9 R+ j# K# w) @
103. 103     TIM_TimeBaseInit(TIM4, &TIM_TimeBaseStructure);
     
104. 104     
     2 R0 f/ q7 f' Y3 c5 F7 |5 T
105. 105     //编码器模式配置
     
106. 106     TIM_EncoderInterfaceConfig(TIM4, TIM_EncoderMode_TI12, TIM_ICPolarity_Falling, TIM_ICPolarity_Falling);
     
107. 107     TIM_ICStructInit(&TIM_ICInitStructure);
     ; ^$ e4 I& {9 C* j0 G: X
108. 108     TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 6;//ICx_FILTER;
     
109. 109     TIM_ICInit(TIM4, &TIM_ICInitStructure);
     
110. 110     
     
111. 111     //初始化 NVIC 中断优先级分组
     
112. 112     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM4_IRQn; //TIM4 中断
     
113. 113     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2; //先占优先级 2 级
     & R( L" n& q& H3 y( A& O; L1 J
114. 114     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; //从优先级 0 级
     
115. 115     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ 通道被使能
     ' Y: o9 U* P7 A/ c
116. 116     NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //初始化 NVIC
     
117. 117     
     
118. 118     //中断配置
     
119. 119     TIM_ClearFlag(TIM4, TIM_FLAG_Update);
     
120. 120     TIM_ITConfig(TIM4, TIM_IT_Update, ENABLE);
     
121. 121     
     
122. 122     //Reset counter
     
123. 123     TIM4->CNT = 0;
     
124. 124     //使能定时器
     
125. 125     TIM_Cmd(TIM4, ENABLE);   
       @4 T) m4 S+ Z( |# I
126. 126 }
     8 v1 h6 X9 v. G
127. 
     
128. encoder.c

复制代码

" Y0 G. E7 J' y8 {* r& t3、注意事项

• 更新中断可以不开。但是由于没有使用Z相信号，所以这里保留更新中断，实际上目前中断里什么也没做
• 由于是双相下降沿计数，所以转一次会输出两个脉冲，转一周脉冲数为分辨率*2，注意处理。当然你也可以配置为其它计数倍数
• 这里预装载65535，可改为线数*2，即可对转一周的位置进行严格编码
• TIMx->CNT的值即为编码器的位置（并不一定是输出脉冲值，跟旋转方向和预装载值有关，增量编码器的零点是初始化自己定义的）
• GPIO配置为浮空输入模式。对于集电极开路输出的编码器，如果你没有外部上拉，则使用内部上拉，配置为上拉输入模式即可。
  
  

! x0 T- j9 ^8 `; w9 ]
/ @1 b' f& H& d7 N" Q* W0 h$ A