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
5 F6 ~0 s/ [. H$ I- \* Z
6 y% Q! ]) m. S- z7 `# i. V0 s3 O
% @( ]5 s: r) X; A! _5 H% a6 {
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） ! R& p8 S! h+ }* v
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 |
' s2 s6 z( t# m | 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 | |
3 S7 ~+ O+ F& m. v' T
- S( s7 n+ V: a0 k* u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 + K2 `. ^" v* l- @1 [3 q
8 Z: j$ H8 j; I" y0 f8 O1 A: f
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） . m9 T2 \1 h C5 W8 S
( O2 d, }2 {/ `" _4 @$ r
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。
/ ^, k8 V0 h& V3 X# n. r8 [! r( p, g" E
! B" w) C% L. j7 V
" {; d H- y% U, ~8 m% @1 P- u v2 w8 z& k5 X! d! W( p/ Z
- 计数方向与编码器信号的关系7 R& m# d1 s1 u- e# V# {9 _
# s- N+ [0 u4 @- j. P( _2 \& {
% W' z+ Z6 c/ e: w1 X
5 u" w% z; p4 L) [$ h9 J
0 S4 v8 m9 [9 c0 B2 m
$ s" Y; X8 F% S1 Y! W9 ?, C
8 S, A; ]3 h% T$ Z m2、软件实现 - 1 /********************************************
/ {4 G. y# G2 T2 i, E) q - 2
* Q: a. W4 _# r - 3 TIM3、TIM4定时器编码器模式配置: e- \6 g; n: t3 w% @
- 4
) a5 M! S p* L9 t* s/ p$ u - 5 *********************************************/3 [8 y' l: ?8 z/ R
- 6 ; |8 t& ~3 S* T) S% n9 y0 E
- 7 #include "sys.h"
& J) q* [* M+ N - 8 #include "encoder.h"
: ]1 |0 J; ?4 {+ Z0 I) G - 9
. t$ P& M# S6 w% t - 10 int TIM3ITCount=0;//中断溢出次数
- u6 n. @) J; O" [8 v - 11 int TIM4ITCount=0;//中断溢出次数- _" G: p/ E9 b4 \: x
- 12 ; F P) j# o% N9 o7 k- e
- 13 void TIM3_IRQHandler(void)0 C/ |% x! c: {" C/ J
- 14 {
5 K) \3 J) \' Q8 j, Y - 15 if(TIM3->SR&0x0001)//溢出中断3 A( B! m D3 N- s) U( x& g3 w5 W
- 16 {
1 i. }% b) H" W* n# d3 `7 _ - 17 % p: f+ N3 W% [6 v/ _* m. t
- 18 }
- r0 X7 L$ R X/ D" R5 A4 _ - 19 TIM3->SR&=~(1<<0);//清除标志位 # [% x; C5 I- q* z7 f
- 20 }
9 L9 n+ V. ^* J$ p - 21 - ~' X. y& ]0 v% U; j
- 22 void TIM4_IRQHandler(void) w2 U+ W# m' @; k
- 23 {
5 ^" a) _! D; a7 \% Z" q - 24 if(TIM4->SR&0x0001)//溢出中断0 Y5 U! ^" y7 G
- 25 {
' ~* P9 u/ E- |4 a' t, W" | - 26 }
( X+ E9 v6 [! q5 }* q- c- w' X( s - 27 TIM4->SR&=~(1<<0);//清除标志位
- J; Y5 {( o( | - 28 }
+ w# }. F D& U8 K' p - 29 5 C; | U- }" r1 L) z
- 30 void TIM3_Encoder_Init()! R, j( C' W( ]( W
- 31 {
) m) o1 e& F8 K1 r* q) A% e - 32 TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
' M5 j2 s/ v# c - 33 TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;; y4 C' I' D; v" _ P3 U% x3 f
- 34 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;- U. ]3 Z6 H) P0 J8 i* ]! T
- 35 NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
7 F, O( b1 Z" e3 A( w9 n) ?3 H - 36
" y1 X* e8 ^" g1 y7 b - 37 //时钟使能3 n! n" r, z- d% _+ b
- 38 RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE); //使能 TIM3 时钟
1 _& _: E8 T+ f9 J( X - 39 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //使能 GPIOA 时钟
0 p' n$ p) j: V% S* d6 A - 40 8 e9 G W& l% Y& Z" b1 s3 R6 p
- 41 //GPIO配置7 y! A/ d: U7 F! k, ]
- 42 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7; //PA6、PA7设置! t: t# u; h0 b* K1 S7 g, H; ^
- 43 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; //浮空输入8 u/ d# \! i3 l
- 44 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
4 m) l4 |) v$ ]' m8 M - 45 GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //初始化 GPIOA
* T H( M/ ]5 Q! z- D& b - 46
+ w4 `, B) |9 l; z - 47 //定时器初始化
8 t* v& g% e# M" R - 48 TIM_DeInit(TIM3);% A w; f% E4 o5 y- @
- 49 TIM_TimeBaseStructInit(&TIM_TimeBaseStructure);
' v# A j% z, Q5 _+ M6 o4 J& X+ U+ o - 50 TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period =65535;//预装载值0 F( p9 b& L8 g% A7 `" @
- 51 TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 0;//预分频$ ]; w4 d# j7 C) o# g
- 52 TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision =TIM_CKD_DIV1 ;7 C! @: @, D( m7 I; n6 ?" K% d
- 53 TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; % }4 R$ h& B: G7 y& e
- 54 TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure); / g* R Y1 p+ E) G9 b5 M
- 55 ; X5 p/ { Y; r" T- J
- 56 //编码器模式配置8 e8 m2 i6 U0 }* a! H
- 57 TIM_EncoderInterfaceConfig(TIM3, TIM_EncoderMode_TI12, TIM_ICPolarity_Falling, TIM_ICPolarity_Falling);: L e0 l3 y/ H% c/ Q, `/ `+ _% |
- 58 TIM_ICStructInit(&TIM_ICInitStructure);( R; A( `4 R6 D: t) S; U) X
- 59 TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 6;//ICx_FILTER;
% z1 R# ?9 |/ _7 y8 j - 60 TIM_ICInit(TIM3, &TIM_ICInitStructure);4 l2 N1 e) w/ C; F2 n
- 61
, x I/ m4 F: p. W8 i( m3 a - 62 //初始化 NVIC 中断优先级分组$ d o5 p* E0 H: Y$ X# _
- 63 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn; //TIM3 中断 R6 x$ N F$ @: a
- 64 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2; //先占优先级 2 级- ~" a) [& a v, a% o
- 65 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; //从优先级 0 级
' Y1 ?, `8 ~$ U3 o- j3 I - 66 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ 通道被使能
* S2 B' A" x! v; w' z! b$ g - 67 NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //初始化 NVIC
2 w" y/ U% ^. i/ n* E/ ] - 68 W, m: r2 f6 l' f1 u
- 69 //中断配置
3 e7 n5 @) R% w( r2 e& u" J - 70 TIM_ClearFlag(TIM3, TIM_FLAG_Update);& b3 p2 \' W; a- c3 u0 w/ H
- 71 TIM_ITConfig(TIM3, TIM_IT_Update, ENABLE);0 b! ` P7 B3 F+ t. {. N
- 72 ( v$ x V. e, `! J j6 U
- 73 //Reset counter
% c3 S, V' F* G% g2 _4 Z% v0 U - 74 TIM3->CNT = 0;2 s) X J. d2 T, U7 g4 ~ ^
- 75 //使能定时器: L2 M4 u$ d2 Z9 Z/ w0 ?) O$ l
- 76 TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);
* J; B S0 n* K4 k6 }* h - 77 }$ U2 d: H( e9 q6 ?9 n' A3 a% l l
- 78
- p1 T4 ~6 Q: e5 v. ^4 A - 79 void TIM4_Encoder_Init()
! }" `6 z# i6 Q$ E! P5 M+ c& L4 N - 80 {
" f5 D9 X% q& n A" Q - 81 TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;8 Z: H3 u1 _/ I3 }
- 82 TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;' }; R" |% W; N& {5 ~) q$ z3 R
- 83 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
, V& J6 Z+ D! `: l* m# V6 _' _8 X - 84 NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;7 x/ o8 P! r% G* Z2 t# O
- 85 % o. C+ n& Z, F; s
- 86 //时钟使能7 v4 P1 }" R' ?. F2 A7 {0 _
- 87 RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4, ENABLE); //使能 TIM4 时钟) E; p! U$ J, ~* I5 C# v
- 88 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); //使能 GPIOB 时钟
' @( R# H" V) h0 F" U - 89 . g8 c9 O* g. j3 J, B6 O; Z
- 90 //GPIO配置
& z; |( o" \6 L7 d7 {/ o; C - 91 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7; //PB6、PB7设置% R2 p& P0 t: t, y# ~
- 92 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; //浮空输入% s3 C" ~1 M, {% b% k
- 93 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;( U0 o% p1 M1 }0 G
- 94 GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); //初始化 GPIOA8 f( x( Z7 ?$ m, `! A" r
- 95
6 q n Z0 o$ ~) b; j - 96 //定时器初始化8 d! V8 o; K6 m' H+ z! N
- 97 TIM_DeInit(TIM4);. y2 V) j+ K2 C s
- 98 TIM_TimeBaseStructInit(&TIM_TimeBaseStructure);; q$ d; f$ C8 B) i2 W& W" x
- 99 TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period =65535;//预装载值
9 |7 i: I. U8 ?% j5 p - 100 TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 0;//预分频
9 X1 o$ y2 c0 A' B. ` - 101 TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision =TIM_CKD_DIV1 ;4 A' S8 X! ?; A( z1 n
- 102 TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
3 W, i; w3 n" C) H8 A5 |( ~ - 103 TIM_TimeBaseInit(TIM4, &TIM_TimeBaseStructure);
. z3 R- u9 n0 z - 104 8 F e G# o2 p3 U( }
- 105 //编码器模式配置
- M, F0 N. \4 V% T; S& Y8 }; i x - 106 TIM_EncoderInterfaceConfig(TIM4, TIM_EncoderMode_TI12, TIM_ICPolarity_Falling, TIM_ICPolarity_Falling);
0 R0 m: t" l2 v. @ - 107 TIM_ICStructInit(&TIM_ICInitStructure);
! m, S. K3 I" t$ f0 @* X - 108 TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 6;//ICx_FILTER;
4 f8 E% i5 L6 `1 w. Y& S - 109 TIM_ICInit(TIM4, &TIM_ICInitStructure);
+ g! [/ G. b9 }1 n' ]* ` - 110
1 ]1 @6 Q8 b+ x* t u* D# S - 111 //初始化 NVIC 中断优先级分组, c7 T5 h5 B) w
- 112 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM4_IRQn; //TIM4 中断
3 J" ]9 @3 G( | J% }5 D7 ^) B( V - 113 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2; //先占优先级 2 级
1 a/ ~ P' m* C- C8 { - 114 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; //从优先级 0 级0 J" W4 I* W: i
- 115 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ 通道被使能) }5 n: d% Q! @. G2 Q7 t+ b
- 116 NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //初始化 NVIC
8 }2 U# o3 q; p - 117 + t# h. C, t. P3 \1 a( e
- 118 //中断配置
! B! _) }1 g9 S8 x. K& R - 119 TIM_ClearFlag(TIM4, TIM_FLAG_Update);
* N5 I; E1 ~0 e - 120 TIM_ITConfig(TIM4, TIM_IT_Update, ENABLE);
; T( ?5 W M, B - 121 / S9 s+ G$ j0 M; }4 Z" [2 K
- 122 //Reset counter) n- x# `4 T0 A8 A2 R: p
- 123 TIM4->CNT = 0;
+ c+ g; C. S9 S9 E D, W - 124 //使能定时器
: T& Q) v# F4 R2 J% u - 125 TIM_Cmd(TIM4, ENABLE);
# _" z2 a2 n5 W6 q( B - 126 }
4 E/ N0 e' ?4 u$ S1 ?+ `; ?
7 N7 j' z9 N+ C v- encoder.c
4 ^9 i, Z$ S2 g8 S) d3、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/ H. H0 V& w+ e/ K/ ?& Y. C2 j' q# S
2 P0 _/ N! x& {( J- l% `# o4 X" F) ^# y T
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STMCU小助手
发布时间：2022-1-16 17:55
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