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
  & x, W/ x9 P8 b5 S
• 
  
  ( E$ p0 \& N  r" g5 H, ?

1 J1 Y) X( q: G# h3 q

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）

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	! Y, a" R/ v+ y9 E
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

' ?9 z7 R( y7 o3 o' `5 A

二、硬件设计

[backcolor=rgba(255, 255, 255, 0.5)] 　　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）

1 V2 v1 D& i3 a' M/ a) y% L三、软件设计1、STM32定时器编码器模式简介

[backcolor=rgba(255, 255, 255, 0.5)]　　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。
  
  

/ d- {' i6 F* j. q  ~. p; s6 P

• 计数方向与编码器信号的关系
  
  

* C6 ?2 t" c( |$ D- C

3 _1 d8 X) M" p5 y9 k$ ?+ J

2、软件实现

1. 1 /********************************************
   
2.   2
   
3.   3 TIM3、TIM4定时器编码器模式配置
   / j- d9 ]- L+ Y6 d  ?5 }
4.   4
   " K+ {, |# V) Z6 ?$ l
5.   5 *********************************************/
   / B6 }! D) Z$ C  _5 C: _5 c, O9 _
6.   6
   
7.   7 #include "sys.h"
   ) O2 A( `8 l/ h2 e7 I* P/ T7 S
8.   8 #include "encoder.h"
   1 j: f& C7 i* I* |
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
    . V  F' i5 h2 D% ^; c
13. 13 void TIM3_IRQHandler(void)
    
14. 14 {   
    ( J" d7 C4 A) |0 L6 g5 s' P* e
15. 15     if(TIM3->SR&0x0001)//溢出中断
    - X, K! l4 W! Z3 v+ q% I0 B
16. 16     {
    3 O/ @7 ]/ I0 u2 S0 V, i6 ^
17. 17         
    0 i+ x3 P" y, @; s% |3 u/ h. H5 N
18. 18     }   
    
19. 19     TIM3->SR&=~(1<<0);//清除标志位   
    
20. 20 }
    
21. 21
    
22. 22 void TIM4_IRQHandler(void)
    
23. 23 {   
    " d; \5 Y5 p: h- p
24. 24     if(TIM4->SR&0x0001)//溢出中断
    ) H% m$ G8 a+ I9 ]! U. Y# A% b
25. 25     {
    
26. 26     }   
    + [; Q/ u; y; o* ~& s6 [) q
27. 27     TIM4->SR&=~(1<<0);//清除标志位   
    ; \6 W, @, N4 ~7 w
28. 28 }
    ' P  ~1 W! ]' C' F5 r/ q' a
29. 29
    2 d7 g% q8 b  I- C* ~  ^
30. 30 void TIM3_Encoder_Init()
    
31. 31 {
    5 o6 R0 k& J/ S9 q# N; U
32. 32     TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
    
33. 33     TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;
    " Y, a3 u  u2 U
34. 34     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    0 A" K& T$ O+ v9 {( A) s
35. 35     NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    
36. 36     
      k7 ~2 ?* x9 U! f7 f1 |7 i
37. 37     //时钟使能
    
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     
    
41. 41     //GPIO配置
    " f3 }" N" b+ d4 n2 I* B* E2 @
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
    5 }; @( @/ D% m9 o* o( u5 B
44. 44     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    % m( `* {  |; f  N
45. 45     GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //初始化 GPIOA
    
46. 46     
    
47. 47     //定时器初始化
    
48. 48     TIM_DeInit(TIM3);
    ) v6 `9 T6 H# c9 f) i5 {
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
    : u% Z' f% [! j  I
52. 52     TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision =TIM_CKD_DIV1 ;
    - I0 h+ ?& o$ k  E2 w! v' B1 |
53. 53     TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    
54. 54     TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure);
    8 X9 w8 ]. s: g1 n3 X' B6 x1 i" j  O
55. 55     
    
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);
    ; t( _6 L, O6 M# B- ]. y
59. 59     TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 6;//ICx_FILTER;
    
60. 60     TIM_ICInit(TIM3, &TIM_ICInitStructure);
      H7 o" x. h& Z
61. 61     
    $ a) X4 d% c) T& @2 b9 M' h' t
62. 62     //初始化 NVIC 中断优先级分组
    * K4 F* L$ l6 ~1 M% c6 D) s( ?) q6 X
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
    
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
    8 H0 x( v5 M' {
67. 67     NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //初始化 NVIC
    - K( X0 x. V5 J' v& j
68. 68     
    6 H- p" D7 a8 l& e! K
69. 69     //中断配置
    
70. 70     TIM_ClearFlag(TIM3, TIM_FLAG_Update);
    
71. 71     TIM_ITConfig(TIM3, TIM_IT_Update, ENABLE);
    4 f+ `. [/ [( i2 S  r  O* ]
72. 72     
    
73. 73     //Reset counter
    
74. 74     TIM3->CNT = 0;
    
75. 75     //使能定时器
    0 S/ w* y+ A* F. q7 p4 M9 G. |
76. 76     TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);   
    
77. 77 }
    
78. 78
    # {7 |# I) L6 R( |+ a$ S
79. 79 void TIM4_Encoder_Init()
    8 Y% }4 U4 B; T4 n, K3 n+ ]
80. 80 {
    ; S0 |) \' c3 H& q1 e
81. 81     TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
    - n# l& P! }' p5 K3 X+ c
82. 82     TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;
    
83. 83     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    % x8 z1 T8 o2 m: o6 c# Y6 a
84. 84     NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    
85. 85     
    5 v) |4 f# W. i& m% u
86. 86     //时钟使能
    . b: ]9 L  K$ E5 C0 p
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
    : a" x5 B/ J# t' x7 G" O- i
89. 89     
    
90. 90     //GPIO配置
    $ Q# K2 x! M: N6 N
91. 91     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7; //PB6、PB7设置
      T3 x# B, I5 s! z. C# n
92. 92     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; //浮空输入
    7 U/ K% n$ l; R  _$ w6 R
93. 93     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    
94. 94     GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); //初始化 GPIOA
    
95. 95     
    ( d( r0 [# y7 n) |' M; C( R
96. 96     //定时器初始化
    ( \: ~1 @6 ?7 ^; ^
97. 97     TIM_DeInit(TIM4);
    $ U( p; `/ \2 e) c' E  i* d
98. 98     TIM_TimeBaseStructInit(&TIM_TimeBaseStructure);
    3 U9 N& Y: U2 z5 Q2 u# G
99. 99     TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period =65535;//预装载值
    & h( B, c0 p" }; d7 J
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;
     5 S. i' o8 {3 U9 B& A
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);
     . w6 C5 k  F4 z7 \8 H' ]# Z& L
107. 107     TIM_ICStructInit(&TIM_ICInitStructure);
     : E$ L: x+ m: x* }/ X4 N; C
108. 108     TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 6;//ICx_FILTER;
     
109. 109     TIM_ICInit(TIM4, &TIM_ICInitStructure);
     & r  }1 ~. p+ X7 Z
110. 110     
     ( o6 {3 E; i- Y8 u8 ?& p
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
     4 B7 J: \5 p( o' q% g
114. 114     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; //从优先级 0 级
     * W: T) u/ I, f4 z% q
115. 115     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ 通道被使能
     / r) z9 `( D0 P1 i
116. 116     NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //初始化 NVIC
     ( ]  n' t8 Y  v. p$ [
117. 117     
     
118. 118     //中断配置
     * A6 _9 h2 v3 B( x: r: w. _2 y, \
119. 119     TIM_ClearFlag(TIM4, TIM_FLAG_Update);
     
120. 120     TIM_ITConfig(TIM4, TIM_IT_Update, ENABLE);
     ! i, }3 D7 B/ Y
121. 121     
     5 T6 ], O& p& C6 g% F
122. 122     //Reset counter
     5 ]; Q2 a# m$ q
123. 123     TIM4->CNT = 0;
     5 n6 e5 L, `- n' e& s
124. 124     //使能定时器
     
125. 125     TIM_Cmd(TIM4, ENABLE);   
     
126. 126 }
     
127. 
     
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。
  ( W) z& H4 T5 I7 c
  

, a8 Y* d. B0 |- O! W3 ~
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