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 g+ p2 w- t# L5 g( _
• 
  
  * Y* @( v4 d4 W3 I

* g" F' D: f+ i2 P/ ~  q% F5 Z4 t

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）

9 ^# i, J8 v3 N1 Z3 V1 H

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	6 G! ], u, G8 `& G' o" i
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

" Q5 ^( o2 m" R& Y8 \! u" n

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）

0 X9 x  s! t% E: p- ~' d- P% D0 D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。
  2 [7 B7 N) z9 n! ^% j+ z
  . a# W1 I' g5 a

• 计数方向与编码器信号的关系
  
  

5 i! T9 R- x: ^% z
# c! e' b' V( [

. p8 B, w1 ]  s6 k1 _5 [

2、软件实现

1. 1 /********************************************
   
2.   2
   " w# `: D" U. }. |& e" f6 k4 i5 u
3.   3 TIM3、TIM4定时器编码器模式配置
   
4.   4
     W# P* ^3 F/ I: u1 X% S
5.   5 *********************************************/
   4 f! X# \% ^1 ~. I$ W, H0 n7 _
6.   6
   
7.   7 #include "sys.h"
   
8.   8 #include "encoder.h"
   ' Q$ k: X5 b6 t3 S  i0 k; {
9.   9
     c4 B) x  X* W# [' L4 X; |$ i
10. 10 int TIM3ITCount=0;//中断溢出次数
    / n$ o/ H$ G8 p. G7 F6 B: R4 F, c
11. 11 int TIM4ITCount=0;//中断溢出次数
    
12. 12
    
13. 13 void TIM3_IRQHandler(void)
    
14. 14 {   
    - ^1 ?9 z3 P# p$ ^- w
15. 15     if(TIM3->SR&0x0001)//溢出中断
    5 ^! _" D2 k7 s/ {1 ^+ S0 S
16. 16     {
    
17. 17         
    & J: {# q& V. u! `7 Q6 n! Z
18. 18     }   
    ; W3 i) O) S0 A1 v, t! l4 j
19. 19     TIM3->SR&=~(1<<0);//清除标志位   
    5 v/ P% i0 M/ g% ~! N+ J& y
20. 20 }
    * \) \9 G6 Q  f
21. 21
    1 v2 m1 O# u4 E& J$ l1 |7 j
22. 22 void TIM4_IRQHandler(void)
    . k3 n" U4 F  O- q0 e
23. 23 {   
    
24. 24     if(TIM4->SR&0x0001)//溢出中断
    
25. 25     {
    % n; s: @* p& {; A6 \$ J
26. 26     }   
    , H9 J- V  C& B' I3 F; v) g
27. 27     TIM4->SR&=~(1<<0);//清除标志位   
    4 [0 y  m# F: A
28. 28 }
    ! U6 ^: Z: \2 X4 j+ I4 A! d7 [
29. 29
    9 g! T$ i& f, O7 }
30. 30 void TIM3_Encoder_Init()
    
31. 31 {
    
32. 32     TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
    
33. 33     TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;
    ! M  ]' G; ?& [3 g; q
34. 34     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    
35. 35     NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    
36. 36     
    
37. 37     //时钟使能
    
38. 38     RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);  //使能 TIM3 时钟
    2 a. q7 ~# o& R. p& f/ N+ M
39. 39     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //使能 GPIOA 时钟
    . v/ N7 U+ j$ |% J; ^' l
40. 40     
    7 i1 u1 g4 O- Z  B! e+ @1 S6 E
41. 41     //GPIO配置
    
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
    ; R: p$ G( k$ [+ H# W( }: H; L
44. 44     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    
45. 45     GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //初始化 GPIOA
    
46. 46     
    ! `, w: |) p2 u, @
47. 47     //定时器初始化
    
48. 48     TIM_DeInit(TIM3);
    8 @# ~% A, M; o3 J
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
    2 g& w- g  g, U1 u
52. 52     TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision =TIM_CKD_DIV1 ;
    8 _) p2 ]7 t. V' |2 G' q2 n
53. 53     TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    8 V2 I1 C. |1 T2 N7 g
54. 54     TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure);
    , C- @8 t2 X5 n  c& [
55. 55     
    6 f3 U4 [# V9 \& }/ _4 n; f
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;
    + y  I5 w6 [5 x4 X: K- f! ^
60. 60     TIM_ICInit(TIM3, &TIM_ICInitStructure);
    7 y- x, `2 `% J
61. 61     
    
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
    / O9 W6 x* O8 }; L) K& d
65. 65     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; //从优先级 0 级
    . R3 V4 t+ F% a& R, X" _$ d
66. 66     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ 通道被使能
    
67. 67     NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //初始化 NVIC
    , }' n( q' G4 H8 ]  C% Q
68. 68     
    
69. 69     //中断配置
    & X: q/ R6 v8 ]2 @3 A, U- p2 k* F
70. 70     TIM_ClearFlag(TIM3, TIM_FLAG_Update);
    
71. 71     TIM_ITConfig(TIM3, TIM_IT_Update, ENABLE);
    
72. 72     
    ) K5 b8 i9 q6 f/ k& S
73. 73     //Reset counter
    
74. 74     TIM3->CNT = 0;
    
75. 75     //使能定时器
    
76. 76     TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);   
    
77. 77 }
    
78. 78
    
79. 79 void TIM4_Encoder_Init()
    
80. 80 {
      n5 ~' }; o& Z" ?" l) B9 V) y
81. 81     TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
    
82. 82     TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;
    
83. 83     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    - j8 I. Q8 z9 s* R! |8 F- \
84. 84     NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    , @5 q! ^' Y$ ?: @- }2 J
85. 85     
    3 B: T4 p) Q! o! V9 V: d
86. 86     //时钟使能
    1 L6 u- E. F) p# |1 x7 h8 X
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
    " e, e1 ~' c/ U9 d6 @
89. 89     
    - h) I% Z2 y% r4 r
90. 90     //GPIO配置
    + x0 X- b5 h; `! k5 q+ `' e
91. 91     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7; //PB6、PB7设置
    - t+ }! d# t/ c& Y- J& Z0 r2 S# y
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
    
95. 95     
    4 b; d$ l6 c4 s0 j0 i( e  F
96. 96     //定时器初始化
    
97. 97     TIM_DeInit(TIM4);
    
98. 98     TIM_TimeBaseStructInit(&TIM_TimeBaseStructure);
    % e; _. e9 \' H+ C4 K
99. 99     TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period =65535;//预装载值
    
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 C8 h1 P2 {$ Y  Y6 h8 c
103. 103     TIM_TimeBaseInit(TIM4, &TIM_TimeBaseStructure);
     
104. 104     
     : L: k3 y, i; [1 L
105. 105     //编码器模式配置
     6 k3 m) G" r1 E- g# [: Z
106. 106     TIM_EncoderInterfaceConfig(TIM4, TIM_EncoderMode_TI12, TIM_ICPolarity_Falling, TIM_ICPolarity_Falling);
     
107. 107     TIM_ICStructInit(&TIM_ICInitStructure);
     
108. 108     TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 6;//ICx_FILTER;
     
109. 109     TIM_ICInit(TIM4, &TIM_ICInitStructure);
       d6 z# b  R* T/ s' O3 [+ `: o
110. 110     
     5 c# T# z8 F3 _/ ?# J. G3 }1 _
111. 111     //初始化 NVIC 中断优先级分组
       I: B6 t: |; D/ P
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
     / B2 U: A  q  r1 W; E
116. 116     NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //初始化 NVIC
     ; M9 _6 u# R9 {- [, o
117. 117     
     2 u. S3 g! ^# f0 P  t
118. 118     //中断配置
     % N9 D/ i" D7 |, z+ j; Q
119. 119     TIM_ClearFlag(TIM4, TIM_FLAG_Update);
     
120. 120     TIM_ITConfig(TIM4, TIM_IT_Update, ENABLE);
       O* t+ v6 O' f- A* t
121. 121     
     
122. 122     //Reset counter
     
123. 123     TIM4->CNT = 0;
     $ o! V6 a" U+ J
124. 124     //使能定时器
     
125. 125     TIM_Cmd(TIM4, ENABLE);   
     
126. 126 }
     2 M2 C" w' r0 t' Z
127. 
       G& V3 M3 m  n0 V$ [/ y  T; S8 O
128. encoder.c

复制代码

2 R4 C6 |4 |* ~0 l

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。
  
  

/ h* b1 ?3 D. [2 E" g
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