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
  7 ~( g2 r" S( ?  n
• 
  9 ?! T; q) ~$ ]3 }5 r# U3 m1 m2 E
  

4 y% M1 w8 K* v9 w! `) S

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）

8 w" J; e8 @1 r1 g+ f$ 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

! S/ H4 X9 U9 z! g! v$ A7 E/ m! D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

　　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）

! m/ \. z3 o. o8 f4 f, i5 ~- \

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。
  
  

• 计数方向与编码器信号的关系
  # ]3 q4 U  e  |
  

, v6 |! m6 l/ N

2 L( H, q" L% D7 V4 |" N- }2 v

2、软件实现

1. 1 /********************************************
   , w3 j: F$ b, E% H" @6 f# ^
2.   2
   & ~7 O, ]* E+ _$ p" y
3.   3 TIM3、TIM4定时器编码器模式配置
   
4.   4
   2 F2 C  X8 G; b# O% O& i
5.   5 *********************************************/
   
6.   6
   
7.   7 #include "sys.h"
   # }7 R2 A+ a+ k6 M! G3 c
8.   8 #include "encoder.h"
   
9.   9
   
10. 10 int TIM3ITCount=0;//中断溢出次数
    
11. 11 int TIM4ITCount=0;//中断溢出次数
    
12. 12
    
13. 13 void TIM3_IRQHandler(void)
    
14. 14 {   
    
15. 15     if(TIM3->SR&0x0001)//溢出中断
    ) F( G$ K# k1 o4 f7 ]: V
16. 16     {
    % W" s# U* o& r  q7 ~9 M; H
17. 17         
    
18. 18     }   
    
19. 19     TIM3->SR&=~(1<<0);//清除标志位   
    
20. 20 }
    . Z3 k& o1 S# ~: _0 r
21. 21
    $ [. E% I+ |0 F4 k& n$ M8 b. T
22. 22 void TIM4_IRQHandler(void)
    4 N; h1 U& Z5 i' ^
23. 23 {   
    " }) ?4 d, j* f. {) B
24. 24     if(TIM4->SR&0x0001)//溢出中断
    & k3 q2 B7 d0 {( |% U; I
25. 25     {
    # x% {9 i. l: J! I: ~7 t7 E
26. 26     }   
    ' T9 B5 h( _# D; {, I/ t: O
27. 27     TIM4->SR&=~(1<<0);//清除标志位   
    * r# W5 o3 ~  I" ?7 @7 p
28. 28 }
    
29. 29
    
30. 30 void TIM3_Encoder_Init()
    1 Q# g7 i# W$ [- H
31. 31 {
    
32. 32     TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
    6 K' p* @* r/ v: v9 K" Z3 P/ S: {
33. 33     TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;
    : l( h$ z1 |+ g' Q
34. 34     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    
35. 35     NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    + m7 {; \( O+ v. o: a
36. 36     
    ' O; h, P$ [. C  j4 z
37. 37     //时钟使能
    , W2 c1 x# @0 \; T. s* o
38. 38     RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);  //使能 TIM3 时钟
    
39. 39     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //使能 GPIOA 时钟
    
40. 40     
    * k4 _. o. x! W5 \0 P& I4 N
41. 41     //GPIO配置
    - N' ~7 V( `5 x+ W
42. 42     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7; //PA6、PA7设置
    
43. 43     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; //浮空输入
    
44. 44     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    
45. 45     GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //初始化 GPIOA
    2 @- v1 O9 e3 ~" c  F0 f* l
46. 46     
    
47. 47     //定时器初始化
    0 j2 h: j' a. i9 o$ C+ R, K/ A
48. 48     TIM_DeInit(TIM3);
    % [5 M0 R+ s+ e
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
    ' c$ U* }4 |' i! ~
52. 52     TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision =TIM_CKD_DIV1 ;
    $ L: r" l: @' M' W
53. 53     TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    
54. 54     TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure);
    
55. 55     
    / a4 T3 N4 d" n. I/ s; `) Q
56. 56     //编码器模式配置
    
57. 57     TIM_EncoderInterfaceConfig(TIM3, TIM_EncoderMode_TI12, TIM_ICPolarity_Falling, TIM_ICPolarity_Falling);
    
58. 58     TIM_ICStructInit(&TIM_ICInitStructure);
    
59. 59     TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 6;//ICx_FILTER;
    1 N  ^' L) k* E4 L: x" R
60. 60     TIM_ICInit(TIM3, &TIM_ICInitStructure);
    
61. 61     
    
62. 62     //初始化 NVIC 中断优先级分组
    $ }. X0 D0 |# ^. S6 Y3 D7 f# l
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
    ; T! l& b/ Z0 g- n& ?
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
    
68. 68     
    
69. 69     //中断配置
      v4 U. t! z. u, J3 ?- @! U: U
70. 70     TIM_ClearFlag(TIM3, TIM_FLAG_Update);
    ! u) v( k7 _8 ~' Y4 W( }& o) W
71. 71     TIM_ITConfig(TIM3, TIM_IT_Update, ENABLE);
    
72. 72     
    
73. 73     //Reset counter
    
74. 74     TIM3->CNT = 0;
    . [# `" @8 o$ J- t# O3 M, P4 J3 B6 o
75. 75     //使能定时器
    
76. 76     TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);   
    
77. 77 }
      h( h4 [8 |  B' j
78. 78
    0 U( u& }" _; j/ F
79. 79 void TIM4_Encoder_Init()
    ! f/ D" Q' r# g2 f( e1 H
80. 80 {
    ( e. b6 v7 {: N
81. 81     TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
    6 n# O/ S1 n, _: M
82. 82     TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;
    
83. 83     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    
84. 84     NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    
85. 85     
    
86. 86     //时钟使能
    
87. 87     RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4, ENABLE);  //使能 TIM4 时钟
    
88. 88     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); //使能 GPIOB 时钟
    8 f( w' _8 V, |, a; v" u8 {  K
89. 89     
    * `9 R; W8 i; H0 n! t& c/ ?! n4 F
90. 90     //GPIO配置
    - L6 ^8 O4 Z# [; u( F. C
91. 91     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7; //PB6、PB7设置
    / |% x2 n, ]3 W; Y* i, w+ N7 t5 U
92. 92     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; //浮空输入
    
93. 93     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    
94. 94     GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); //初始化 GPIOA
    & t2 g$ n' q  f4 N: q  B
95. 95     
    
96. 96     //定时器初始化
    
97. 97     TIM_DeInit(TIM4);
    2 |0 t  s. ~$ J# u( p. q. W
98. 98     TIM_TimeBaseStructInit(&TIM_TimeBaseStructure);
    
99. 99     TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period =65535;//预装载值
    / ~5 p+ b: J5 W7 G' m& ^
100. 100     TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 0;//预分频
     
101. 101     TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision =TIM_CKD_DIV1 ;
     
102. 102     TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
     
103. 103     TIM_TimeBaseInit(TIM4, &TIM_TimeBaseStructure);
     
104. 104     
     
105. 105     //编码器模式配置
     
106. 106     TIM_EncoderInterfaceConfig(TIM4, TIM_EncoderMode_TI12, TIM_ICPolarity_Falling, TIM_ICPolarity_Falling);
     8 L. X: m, g; C3 J& {  B8 }6 L
107. 107     TIM_ICStructInit(&TIM_ICInitStructure);
     
108. 108     TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 6;//ICx_FILTER;
     9 U$ k6 X% P! d8 D
109. 109     TIM_ICInit(TIM4, &TIM_ICInitStructure);
     
110. 110     
     
111. 111     //初始化 NVIC 中断优先级分组
     1 ^' a# J9 U* _( D8 @! s
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
     
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
     
116. 116     NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //初始化 NVIC
     : t0 v/ o. `! z. w9 n! U9 S
117. 117     
     
118. 118     //中断配置
     , q6 q" u; q4 R4 s
119. 119     TIM_ClearFlag(TIM4, TIM_FLAG_Update);
     
120. 120     TIM_ITConfig(TIM4, TIM_IT_Update, ENABLE);
     
121. 121     
     5 R' p4 i* P, x( |+ ?
122. 122     //Reset counter
     - u3 |6 X) h& |7 e2 t0 W
123. 123     TIM4->CNT = 0;
     
124. 124     //使能定时器
     $ ^5 ]- v% M- u$ [! n; ~
125. 125     TIM_Cmd(TIM4, ENABLE);   
     2 X9 Y% n7 t6 a( @; y: q* E. _
126. 126 }
     
127. 
     ( d: p6 r3 ^* t* T0 C0 D
128. encoder.c

复制代码

3、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。
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