3.1 僅在TI1處計(jì)數(shù)

這里的僅在TI1處計(jì)數(shù)，就是僅統(tǒng)計(jì)編碼器的通道A的信號(hào)跳變，先以電機(jī)正轉(zhuǎn)為例：

注：以下的介紹中，“通道A“代表TI1，“通道B“代表TI2。

3.1.1 電機(jī)正轉(zhuǎn)（向上計(jì)數(shù)）

假定電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，編碼的通道A的信號(hào)比通道B提前1/4個(gè)周期（也即相位提前90度），在通道A的上升沿與下降沿均計(jì)數(shù)（如下圖TI1波形中的綠色和紅色箭頭），因?yàn)?/span>計(jì)數(shù)的方向代表的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的方向，所以，在正轉(zhuǎn)的情況下：

• 通道A上升沿，通道B為低電平，向上計(jì)數(shù)，代表電機(jī)正轉(zhuǎn)

• 通道A下降沿，通道B為高電平，向上計(jì)數(shù)，代表電機(jī)正轉(zhuǎn)

3.1.2 電機(jī)反轉(zhuǎn)（向下計(jì)數(shù)）

反轉(zhuǎn)的情況，編碼的通道A的信號(hào)比通道B滯后1/4個(gè)周期：

• 通道A下降沿，通道B為低電平，向上計(jì)數(shù)，代表電機(jī)反轉(zhuǎn)

• 通道A上升沿，通道B為高電平，向上計(jì)數(shù)，代表電機(jī)反轉(zhuǎn)

3.2 僅在TI2處計(jì)數(shù)

僅在TI2處計(jì)數(shù)，就是僅統(tǒng)計(jì)編碼器的通道B的信號(hào)跳變，同樣可以分為正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)兩種情況，具體的對(duì)應(yīng)關(guān)系參考上面的”僅在TI1處計(jì)數(shù)“自行分析，實(shí)際上通道A與通道B從自身來(lái)說(shuō)功能是等價(jià)的。

3.3 在TI1與TI2處均計(jì)數(shù)

在TI1與TI2處均計(jì)數(shù)，就是講編碼器的通道A與通道B的信號(hào)均統(tǒng)計(jì)并進(jìn)行計(jì)數(shù)，這樣可以提高計(jì)數(shù)頻率，實(shí)現(xiàn)倍頻。

這里還以電機(jī)正轉(zhuǎn)為例*：

觀察下圖，編碼器在開(kāi)始階段可依次捕獲到：通道A上升沿、通道B上升沿、通道A下降沿、通道B下降沿，所以有：

• 通道A上升沿，通道B為低電平，向上計(jì)數(shù)，代表電機(jī)正轉(zhuǎn)

• 通道B上升沿，通道A為高電平，向上計(jì)數(shù)，代表電機(jī)正轉(zhuǎn)

• 通道A下降沿，通道B為高電平，向上計(jì)數(shù)，代表電機(jī)正轉(zhuǎn)

• 通道B下降沿，通道A為高電平，向上計(jì)數(shù)，代表電機(jī)正轉(zhuǎn)

4 編程實(shí)現(xiàn)

4.1 定時(shí)器編碼器模式配置

這里使用的通用定時(shí)器中的 TIM4，配置定時(shí)器最基礎(chǔ)的功能就是要配置時(shí)基，使用輸入功能還要配置定時(shí)器的GPIO和輸入通道。

#define ENCODER_TIM_PSC 0     /*計(jì)數(shù)器分頻*/
#define ENCODER_TIM_PERIOD 65535  /*計(jì)數(shù)器最大值*/
#define CNT_INIT 0         /*計(jì)數(shù)器初值*/

void TIM4_ENCODER_Init(void)           
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;      /*GPIO*/
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStruct; /*時(shí)基*/
TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStruct;     /*輸入通道*/
 
 /*GPIO初始化*/  
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE); /*使能GPIO時(shí)鐘 AHB1*/          
GPIO_StructInit(&GPIO_InitStruct);    
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;    /*復(fù)用功能*/
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz; /*速度100MHz*/
GPIO_InitStruct.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; 
GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;    
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);

GPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource6,GPIO_AF_TIM4);
GPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource7,GPIO_AF_TIM4);

/*時(shí)基初始化*/
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4, ENABLE);  /*使能定時(shí)器時(shí)鐘 APB1*/
TIM_DeInit(TIM4); 
TIM_TimeBaseStructInit(&TIM_TimeBaseStruct);  
TIM_TimeBaseStruct.TIM_Prescaler = ENCODER_TIM_PSC;    /*預(yù)分頻 */    
TIM_TimeBaseStruct.TIM_Period = ENCODER_TIM_PERIOD;    /*周期(重裝載值)*/
TIM_TimeBaseStruct.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;   
TIM_TimeBaseStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; /*連續(xù)向上計(jì)數(shù)模式*/ 
TIM_TimeBaseInit(TIM4, &TIM_TimeBaseStruct);

/*編碼器模式配置：同時(shí)捕獲通道1與通道2(即4倍頻)，極性均為Rising*/
TIM_EncoderInterfaceConfig(TIM4, TIM_EncoderMode_TI12,TIM_ICPolarity_Rising, TIM_ICPolarity_Rising);
TIM_ICStructInit(&TIM_ICInitStruct);    
TIM_ICInitStruct.TIM_ICFilter = 0;  /*輸入通道的濾波參數(shù)*/
TIM_ICInit(TIM4, &TIM_ICInitStruct); /*輸入通道初始化*/
TIM_SetCounter(TIM4, CNT_INIT);   /*CNT設(shè)初值*/
TIM_ClearFlag(TIM4,TIM_IT_Update);  /*中斷標(biāo)志清0*/
TIM_ITConfig(TIM4, TIM_IT_Update, ENABLE); /*中斷使能*/
TIM_Cmd(TIM4,ENABLE);        /*使能CR寄存器*/
}

這里將定時(shí)器的計(jì)數(shù)溢出值設(shè)為65535，即TIM4的計(jì)數(shù)最大值（TIM4為16位計(jì)數(shù)器）。目的是避免計(jì)數(shù)器溢出，簡(jiǎn)化后續(xù)的速度計(jì)算方式（計(jì)數(shù)器器若溢出，在計(jì)算轉(zhuǎn)速時(shí)，還要將溢出的次數(shù)考慮進(jìn)去）。

編碼器模式設(shè)置為TIM_EncoderMode_TI12，即兩路信號(hào)均計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)4倍頻。

編碼器兩個(gè)輸入的極性均設(shè)置為TIM_ICPolarity_Rising，即極性不反相。

這里編碼器模式的設(shè)置，調(diào)用了TIM_EncoderInterfaceConfig()函數(shù)，其內(nèi)部即是對(duì)相關(guān)的寄存器進(jìn)行配置：

void TIM_EncoderInterfaceConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_EncoderMode, uint16_t TIM_IC1Polarity, uint16_t TIM_IC2Polarity)
{
uint16_t tmpsmcr = 0;
uint16_t tmpccmr1 = 0;
uint16_t tmpccer = 0;
 
/* Check the parameters */
assert_param(IS_TIM_LIST2_PERIPH(TIMx));
assert_param(IS_TIM_ENCODER_MODE(TIM_EncoderMode));
assert_param(IS_TIM_IC_POLARITY(TIM_IC1Polarity));
assert_param(IS_TIM_IC_POLARITY(TIM_IC2Polarity));

tmpsmcr = TIMx->SMCR;/* Get the TIMx SMCR register value */
tmpccmr1 = TIMx->CCMR1; /* Get the TIMx CCMR1 register value */
tmpccer = TIMx->CCER;/* Get the TIMx CCER register value */
tmpsmcr &= (uint16_t)~TIM_SMCR_SMS;/* Set the encoder Mode */
tmpsmcr |= TIM_EncoderMode;

/* Select the Capture Compare 1 and the Capture Compare 2 as input */
tmpccmr1 &= ((uint16_t)~TIM_CCMR1_CC1S) & ((uint16_t)~TIM_CCMR1_CC2S);
tmpccmr1 |= TIM_CCMR1_CC1S_0 | TIM_CCMR1_CC2S_0;

/* Set the TI1 and the TI2 Polarities */
tmpccer &= ((uint16_t)~TIM_CCER_CC1P) & ((uint16_t)~TIM_CCER_CC2P);
tmpccer |= (uint16_t)(TIM_IC1Polarity | (uint16_t)(TIM_IC2Polarity << (uint16_t)4));

TIMx->SMCR = tmpsmcr; /* 配置數(shù)據(jù)寫(xiě)入 SMCR 寄存器 */
TIMx->CCMR1 = tmpccmr1; /* 配置數(shù)據(jù)寫(xiě)入 CCMR1 寄存器 */
TIMx->CCER = tmpccer; /* 配置數(shù)據(jù)寫(xiě)入 CCER 寄存器 */
}

4.2 電機(jī)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速計(jì)算

這里使用一款直流減速電機(jī)：

• 減速比是34（即電機(jī)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)1圈，電機(jī)本身要轉(zhuǎn)34圈）

• 電機(jī)轉(zhuǎn)一圈的物理脈沖數(shù)是11

所以，電機(jī)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)1圈時(shí)，可以產(chǎn)生的物理脈沖為34*11=374個(gè)，又由于編碼器器模式實(shí)現(xiàn)了4倍頻計(jì)數(shù)，所以，電機(jī)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)1圈時(shí)，定時(shí)器可以計(jì)數(shù)374×4=1496個(gè)。

對(duì)于轉(zhuǎn)速的計(jì)算，這里使用M法測(cè)速（M法測(cè)速的具體原理參考之前的文章：http://wenjunhu.com/d/1639052.html），即統(tǒng)計(jì)固定時(shí)間間隔內(nèi)的編碼器的脈沖數(shù)，來(lái)計(jì)算速度值。

，單位為：轉(zhuǎn)/秒

• C：編碼器單圈總脈沖數(shù)

• 每次的統(tǒng)計(jì)時(shí)間（單位為秒）

• ：該時(shí)間內(nèi)統(tǒng)計(jì)到的編碼器脈沖數(shù)

比如，對(duì)于本次實(shí)驗(yàn)的電機(jī)，轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)1圈時(shí)，定時(shí)器計(jì)數(shù)1496個(gè)，即C=1496個(gè)，對(duì)應(yīng)程序中的TOTAL_RESOLUTION。T0可以選擇100ms，即0.1s。

程序編寫(xiě)如下，這里通過(guò)另外一個(gè)定時(shí)器7來(lái)實(shí)現(xiàn)每100ms調(diào)用一次calc_motor_rotate_speed()函數(shù)來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)速的實(shí)時(shí)計(jì)算，每次使用read_encoder()讀取編碼器器的值后，都將計(jì)數(shù)值CNT設(shè)為初始值0，重新開(kāi)始計(jì)數(shù)，這樣就可以保證每次讀到的都是上個(gè)100ms的計(jì)數(shù)值。

另外，這里通過(guò)將CNT的uint32類(lèi)型的計(jì)數(shù)值， 轉(zhuǎn)為int16類(lèi)型，就可以利用正負(fù)來(lái)區(qū)分上個(gè)100ms電機(jī)整體的轉(zhuǎn)動(dòng)方向（正轉(zhuǎn)CNT從0向上計(jì)數(shù)，轉(zhuǎn)為int16還是正值；反轉(zhuǎn)CNT從0向下計(jì)數(shù)，會(huì)溢出，轉(zhuǎn)為int16就為負(fù)數(shù)）。

#define ENCODER_RESOLUTION 11  /*編碼器一圈的物理脈沖數(shù)*/
#define ENCODER_MULTIPLE 4    /*編碼器倍頻，通過(guò)定時(shí)器的編碼器模式設(shè)置*/
#define MOTOR_REDUCTION_RATIO 34 /*電機(jī)的減速比*/
/*電機(jī)轉(zhuǎn)一圈總的脈沖數(shù)(定時(shí)器能讀到的脈沖數(shù)) = 編碼器物理脈沖數(shù)*編碼器倍頻*電機(jī)減速比 */
#define TOTAL_RESOLUTION ( ENCODER_RESOLUTION*ENCODER_MULTIPLE*MOTOR_REDUCTION_RATIO )

// 讀取定時(shí)器計(jì)數(shù)值
static int read_encoder(void)
{
int encoderNum = 0;
encoderNum = (int)((int16_t)(TIM4->CNT)); /*CNT為uint32, 轉(zhuǎn)為int16*/
TIM_SetCounter(TIM4, CNT_INIT);/*CNT設(shè)初值*/

return encoderNum;
}

//計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速（被另一個(gè)定時(shí)器每100ms調(diào)用1次）
void calc_motor_rotate_speed()
{
int encoderNum = 0;
float rotateSpeed = 0;

/*讀取編碼器的值，正負(fù)代表旋轉(zhuǎn)方向*/
encoderNum = read_encoder();
/* 轉(zhuǎn)速(1秒鐘轉(zhuǎn)多少圈)=單位時(shí)間內(nèi)的計(jì)數(shù)值/總分辨率*時(shí)間系數(shù) */
rotateSpeed = (float)encoderNum/TOTAL_RESOLUTION*10;

printf("encoder: %d\t speed:%.2f rps\r\n",encoderNum,rotateSpeed);
}

5 實(shí)驗(yàn)演示

通過(guò)串口發(fā)送指令，控制另外一個(gè)定時(shí)器產(chǎn)生指定占空比的PWM來(lái)控制電機(jī)進(jìn)行恒速轉(zhuǎn)動(dòng)，然后測(cè)試編碼器讀到的速度值。

(串口指令用到了字符串切割和串口接收不定長(zhǎng)字符的功能，可參考之前的文章：與 中的部分內(nèi)容，PWM的產(chǎn)生可參考：)

視頻中，串口打印的encoder為100ms內(nèi)讀到的編碼器器的計(jì)數(shù)值，正負(fù)號(hào)代表正反轉(zhuǎn)，speed為根據(jù)編碼器的計(jì)數(shù)值計(jì)算的電機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)速，單位為圈每秒。

首先是全速正反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速接近5圈每秒。

然后通過(guò)調(diào)整pwm，使得電機(jī)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速接近1圈每秒，由于轉(zhuǎn)1圈的脈沖理論上有1496個(gè)，現(xiàn)在是每100ms讀一次，所以能讀到149個(gè)左右，符合理論值。

視頻演示：https://www.bilibili.com/video/BV13p4y1h7F9