2. STM32定时器编码器模式：从原理到寄存器配置

编码器模式，说白了就是让定时器自己读懂正交编码信号。你不需要在中断里数脉冲，硬件全帮你干了。我第一次用这个功能时，还傻傻地在EXTI中断里计数，后来发现定时器自带这个能力，真是相见恨晚。

2.1 正交编码信号基础

先说说什么是正交编码信号。电机编码器通常输出两路方波：TI1和TI2。这两路信号相位差90度，所以叫正交。

• TI1（Channel 1）：A相信号，通常接定时器的CH1输入
• TI2（Channel 2）：B相信号，通常接定时器的CH2输入

为什么用两路？因为单路只能测速度，不能判方向。两路配合，谁先跳变，谁后跳变，方向就出来了。

2.2 TI1、TI2计数逻辑详解

STM32的编码器模式支持三种计数方式，我习惯叫它们：

• 模式1：只在TI1边沿计数（TI2判方向）
• 模式2：只在TI2边沿计数（TI1判方向）
• 模式3：TI1和TI2边沿都计数（四倍频）

你想想看，模式3相当于把编码器分辨率翻了4倍。比如编码器本身是1000线，模式3下就是4000个计数/圈。我在做AGV小车时用过这个模式，低速下也能读到稳定的速度值。

具体计数逻辑是这样的：

TI1电平	TI2电平	TI1上升沿	TI1下降沿	TI2上升沿	TI2下降沿
高	低	+1	-1	-1	+1
高	高	-1	+1	+1	-1
低	高	+1	-1	-1	+1
低	低	-1	+1	+1	-1

这张表看着复杂，其实规律很简单：TI1和TI2电平不同时，TI1边沿使计数器加1；电平相同时，TI1边沿使计数器减1。TI2的边沿逻辑正好相反。

2.3 计数方向判定

方向判定是编码器模式的核心。定时器内部有个DIR位（在TIMx_CR1寄存器里），硬件自动更新这个位。

• DIR = 0：正转（计数器递增）
• DIR = 1：反转（计数器递减）

我曾经踩过一个坑：电机正转时计数器递增，但反转时计数器递减到0后会溢出到ARR值。如果你用uint16_t读计数器，方向判断就会出错。后来我改用int16_t来读，负值直接表示反转，省事多了。

2.4 配置寄存器详解

配置编码器模式，主要操作三个寄存器：TIMx_SMCR、TIMx_CCMR1和TIMx_CCER。我按配置顺序来讲。

2.4.1 TIMx_SMCR（从模式控制寄存器）

这个寄存器决定定时器的工作模式。编码器模式属于从模式的一种。

// 编码器模式配置（模式3：TI1和TI2都计数）
TIMx->SMCR &= ~TIM_SMCR_SMS;      // 先清零
TIMx->SMCR |= TIM_SMCR_SMS_0 | TIM_SMCR_SMS_1;  // SMS = 011，模式3

SMS[2:0]位取值：

SMS值	模式	计数边沿
001	模式1	仅TI1
010	模式2	仅TI2
011	模式3	TI1和TI2

我个人习惯用模式3，分辨率最高。但要注意，模式3下计数器更新频率是编码器线数的4倍，如果你的电机转速很高，要确保定时器不会溢出。

2.4.2 TIMx_CCMR1（捕获/比较模式寄存器1）

这个寄存器配置TI1和TI2的输入滤波和映射。

// 配置TI1为输入，映射到IC1
TIMx->CCMR1 &= ~TIM_CCMR1_CC1S;
TIMx->CCMR1 |= TIM_CCMR1_CC1S_0;   // CC1S = 01，TI1映射到IC1

// 配置TI2为输入，映射到IC2
TIMx->CCMR1 &= ~TIM_CCMR1_CC2S;
TIMx->CCMR1 |= TIM_CCMR1_CC2S_0;   // CC2S = 01，TI2映射到IC2

这里有个细节：IC1F[3:0]和IC2F[3:0]位用于输入滤波。如果编码器信号有毛刺，可以设置滤波长度。

2.4.3 TIMx_CCER（捕获/使能寄存器）

这个寄存器使能输入通道，并配置极性。

// 使能CC1和CC2，极性不反转
TIMx->CCER &= ~(TIM_CCER_CC1P | TIM_CCER_CC2P);  // 不反转
TIMx->CCER |= TIM_CCER_CC1E | TIM_CCER_CC2E;     // 使能

如果编码器A/B相反了，不用改硬件，把CC1P或CC2P置1就行。这个技巧我在现场调试时用过很多次。

2.5 完整配置流程

嗯，这里要注意配置顺序。我总结了一个标准流程：

1. 使能定时器时钟：RCC->APB1ENR或APB2ENR
2. 配置GPIO：TI1和TI2对应的引脚设为复用功能
3. 配置CCMR1：设置输入映射和滤波
4. 配置CCER：使能通道，设置极性
5. 配置SMCR：选择编码器模式
6. 配置ARR和PSC：设置计数上限和预分频
7. 使能计数器：CR1的CEN位置1

下面是一个完整的初始化代码示例：

void Encoder_Init(TIM_TypeDef* TIMx) {
    // 1. 使能时钟（以TIM3为例）
    RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_TIM3EN;
    
    // 2. GPIO配置（PA6=TI1, PA7=TI2）
    GPIOA->MODER &= ~(GPIO_MODER_MODER6 | GPIO_MODER_MODER7);
    GPIOA->MODER |= GPIO_MODER_MODER6_1 | GPIO_MODER_MODER7_1;  // 复用功能
    
    // 3. 配置CCMR1
    TIMx->CCMR1 &= ~(TIM_CCMR1_CC1S | TIM_CCMR1_CC2S);
    TIMx->CCMR1 |= TIM_CCMR1_CC1S_0 | TIM_CCMR1_CC2S_0;  // TI1->IC1, TI2->IC2
    
    // 4. 配置CCER
    TIMx->CCER &= ~(TIM_CCER_CC1P | TIM_CCER_CC2P);
    TIMx->CCER |= TIM_CCER_CC1E | TIM_CCER_CC2E;
    
    // 5. 配置SMCR（模式3）
    TIMx->SMCR &= ~TIM_SMCR_SMS;
    TIMx->SMCR |= TIM_SMCR_SMS_0 | TIM_SMCR_SMS_1;
    
    // 6. 配置ARR（假设编码器1000线，模式3下4000计数/圈）
    TIMx->ARR = 4000 - 1;
    TIMx->PSC = 0;  // 不分频
    
    // 7. 使能计数器
    TIMx->CR1 |= TIM_CR1_CEN;
}

2.6 知识结构图

下面这张图展示了编码器模式的核心知识体系，从信号输入到寄存器配置再到计数逻辑：

2.7 避坑指南

最后分享几个我实际项目中遇到的坑：

• 计数器溢出问题：编码器模式没有自动重装载中断，计数器从ARR减到0或从0加到ARR时，不会产生更新事件。你需要用定时器的更新中断来辅助处理。
• 初始值不确定：上电时计数器值不确定。我习惯在初始化后读一次CNT作为零点，后续值都减去这个零点。
• GPIO速度要匹配：编码器信号频率高时，GPIO速度要设到High或Very High。我曾经用Low速度，结果丢了不少脉冲。