2. STM32定时器编码器模式：定时器架构回顾、编码器模式配置（TI1与TI2）、计数方向与速度计算

好，咱们进入第二章。上一章我们把编码器的电气接口和信号类型理清了，这一章要动真格的了——让STM32的定时器直接读懂编码器的A、B相脉冲。

说白了，就是用硬件帮你数脉冲、判方向。你想想看，如果全靠外部中断去数，CPU得累死，而且高速下容易丢步。STM32的定时器编码器模式，就是专门干这个的。

2.1 定时器架构回顾：别小看这个外设

先快速回顾一下STM32定时器的核心骨架。我习惯把定时器想象成一个「万能计数器」：

• 时基单元：预分频器（PSC）、自动重装载寄存器（ARR）、计数器（CNT）。这是定时器的灵魂，决定了计数范围和精度。
• 输入捕获通道：TI1、TI2、TI3、TI4。每个通道都可以配置成捕获模式、PWM输入模式，或者——咱们今天的主角——编码器模式。
• 从模式控制器：这是编码器模式能工作的关键。它让定时器可以「听」外部信号的话，而不是只靠内部时钟。

嗯，这里要注意：不是所有定时器都支持编码器模式。一般通用定时器（TIM2~TIM5）和高级定时器（TIM1、TIM8）都支持。基本定时器（TIM6、TIM7）不行，它们没有输入捕获通道。

我曾经在项目选型时吃过亏，选了个只有基本定时器的低端型号，结果编码器接口得用外部中断模拟，代码写起来那叫一个痛苦。所以，选型时一定要确认定时器资源。

2.2 编码器模式配置：TI1与TI2的配合

编码器模式的核心，就是让定时器同时监视TI1和TI2两个通道。这两个通道分别接编码器的A相和B相。定时器内部有个「编码器逻辑」，它会根据两个信号的边沿顺序，自动判断旋转方向。

配置其实不复杂，但有几个坑。我直接给出一段我常用的初始化代码，咱们边看边讲：

void Encoder_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    TIM_Encoder_InitTypeDef EncoderConfig = {0};

    // 1. 使能时钟
    __HAL_RCC_TIM3_CLK_ENABLE();
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

    // 2. 配置GPIO：PA6(TIM3_CH1), PA7(TIM3_CH2)
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_6 | GPIO_PIN_7;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;   // 内部上拉，防止浮空
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF2_TIM3;
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

    // 3. 配置编码器模式
    EncoderConfig.EncoderMode = TIM_ENCODERMODE_TI12;  // 双沿计数
    EncoderConfig.IC1Polarity = TIM_ICPOLARITY_RISING;
    EncoderConfig.IC1Selection = TIM_ICSELECTION_DIRECTTI;
    EncoderConfig.IC1Prescaler = TIM_ICPSC_DIV1;
    EncoderConfig.IC1Filter = 0;   // 不滤波，高速场景可加

    EncoderConfig.IC2Polarity = TIM_ICPOLARITY_RISING;
    EncoderConfig.IC2Selection = TIM_ICSELECTION_DIRECTTI;
    EncoderConfig.IC2Prescaler = TIM_ICPSC_DIV1;
    EncoderConfig.IC2Filter = 0;

    HAL_TIM_Encoder_Init(&htim3, &EncoderConfig);

    // 4. 启动编码器
    HAL_TIM_Encoder_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_ALL);
}

这段代码里，最关键的参数是 TIM_ENCODERMODE_TI12。它告诉定时器：同时用TI1和TI2的上升沿和下降沿来计数。说白了，就是「四倍频」模式。

编码器模式	计数边沿	每圈脉冲数（举例）	分辨率
TIM_ENCODERMODE_TI1	仅TI1边沿	1000	1x
TIM_ENCODERMODE_TI2	仅TI2边沿	1000	1x
TIM_ENCODERMODE_TI12	TI1和TI2双沿	1000	4x

我个人习惯用TI12模式，因为分辨率直接翻四倍，而且方向判断最可靠。代价是计数器溢出更快，需要合理设置ARR值。

2.3 计数方向与速度计算

配置好之后，定时器就开始自动计数了。你只需要读 TIMx->CNT 寄存器，就能知道当前的位置。那方向呢？

方向信息藏在 TIMx->CR1 寄存器的第4位（DIR位）。如果DIR=0，表示正转（向上计数）；DIR=1，表示反转（向下计数）。

我一般这样读方向和计数值：

int16_t Get_Encoder_Count(void)
{
    return (int16_t)htim3.Instance->CNT;
}

uint8_t Get_Encoder_Direction(void)
{
    // 读取DIR位：0=正转，1=反转
    return (htim3.Instance->CR1 & TIM_CR1_DIR) ? 1 : 0;
}

注意，我把CNT强制转成了 int16_t。为什么？因为编码器模式下的计数器是双向的，正转时从0往上加，反转时从ARR往下减。用有符号数读取，可以直接得到带符号的位置值，方便后续计算。

速度计算呢？说白了就是「单位时间内的位置变化」。我常用的方法是：

1. 每隔固定时间（比如10ms）读取一次计数值。
2. 用当前值减去上次值，得到差值。
3. 差值除以时间间隔，就是速度。

int16_t last_count = 0;
float speed = 0.0f;

void Calculate_Speed(void)
{
    int16_t current_count = Get_Encoder_Count();
    int16_t delta = current_count - last_count;

    // 处理溢出：如果差值超过半个周期，说明发生了溢出
    if (delta > 32767) delta -= 65536;
    else if (delta < -32768) delta += 65536;

    // 速度 = 差值 / 时间间隔（单位：脉冲/秒）
    speed = (float)delta / 0.01f;  // 假设10ms采样一次

    last_count = current_count;
}

嗯，这里要注意溢出处理。如果计数器从0xFFFF跳到0x0000，直接相减会得到一个巨大的负值。我上面那个if判断就是干这个的——把差值修正到正确的范围内。

最后，咱们用一张图来总结整个编码器模式的工作流程：

这张图把整个流程串起来了：编码器信号进入定时器，经过编码器逻辑处理后，自动更新CNT和DIR寄存器。你只需要在应用层定时读取这些寄存器，就能得到位置、方向和速度。