1. 课程导入
各位工程师朋友，咱们开始第一讲。编码器这东西，说白了就是个角度或位置传感器。你想想看，电机转了多少圈、机械臂摆到了什么角度、传送带走了多远——这些信息都得靠它来告诉单片机。我最早接触编码器是在一个伺服项目里，当时选型没经验，结果分辨率不够，电机低速时抖得像筛子……嗯，从那以后我每次选编码器都会先算一笔账。
增量式编码器原理
增量式编码器，我习惯叫它“相对位置传感器”。它只输出脉冲信号，不告诉你位置。你得自己数脉冲个数，才能知道转了多少角度。
它的核心结构其实很简单：
- 码盘：一圈均匀刻着透光/遮光条纹
- 光耦：发光管+接收管，检测条纹变化
- 输出：A相、B相两路脉冲，相位差90°
为什么要有A、B两相？因为靠相位关系能判断旋转方向。A相领先B相90°就是正转，反过来就是反转。我见过不少新手只接了一路信号，结果方向信息全丢了。
关键点：增量式编码器断电后位置信息会丢失。每次上电必须回零，这是它的“死穴”。
式编码器原理
式编码器就高级多了。它每个位置都有唯一的二进制编码，断电再上电，位置还在。你想想看，这多省心。
它的码盘不是均匀条纹，而是一圈圈同心码道。每一圈代表二进制的一位。常见的有：
- 二进制码：直接二进制编码，但相邻位置可能多位跳变
- 格雷码：相邻位置只变1位，抗干扰能力强
我个人更推荐格雷码。为什么？因为二进制码在边界处容易出错——比如从0111变到1000，4位同时跳变，万一某一位没跟上，位置就全乱了。格雷码每次只变1位，容错性好得多。
小技巧：STM32的TIM编码器模式只支持增量式编码器。如果你用式编码器，得走SPI或SSI接口，别搞混了。
编码器关键参数
选编码器，说白了就是看三个数：分辨率、精度、响应频率。我列个表，方便你对比。
| 参数 | 定义 | 典型值 | 我的建议 |
|---|---|---|---|
| 分辨率 | 一圈输出的脉冲数（PPR） | 100~10000 PPR | 低速场合选高分辨率，高速场合别太高 |
| 精度 | 实际位置与理论位置的偏差 | ±0.1°~±1° | 取决于码盘加工和安装同心度 |
| 响应频率 | 编码器能输出的最高脉冲频率 | 100kHz~1MHz | 必须大于电机最高转速×分辨率 |
这里有个坑，我曾经踩过。有一次我选了个5000 PPR的编码器，电机转速3000 RPM。算一下：3000/60×5000=250kHz。结果编码器标称响应频率只有200kHz，高速时脉冲直接丢失了。嗯，从那以后我每次都会先算这个公式：
f_max = (RPM_max / 60) × PPR选编码器时，响应频率至少要留20%余量。
STM32选型建议
STM32的编码器接口，说白了就是定时器的编码器模式。不是所有STM32都支持，你得挑对型号。
我常用的搭配是这样的：
- STM32F103：经典款，TIM2~TIM5支持编码器模式，适合中低速场合
- STM32F4系列：主频高，TIM支持正交解码，适合高速编码器
- STM32G4系列：带HRTIM，分辨率更高，适合伺服驱动
注意：STM32的编码器模式只支持3种计数方式——仅在TI1边沿计数、仅在TI2边沿计数、在TI1和TI2双沿计数。双沿计数相当于把分辨率翻了4倍，但频率也翻了4倍，别让定时器溢出。
我个人习惯用双沿计数。比如一个1000 PPR的编码器，双沿计数后相当于4000个计数/圈。配合STM32的16位定时器，最大计数65535，算下来最多能记16圈。如果圈数更多，就得用32位定时器或者软件扩展。
下面这张图，是我自己总结的编码器选型决策流程，你照着走基本不会错。
最后说一句，选型时别只看参数表。我建议你实际测一下编码器的输出波形——用示波器看A、B相的上升沿和下降沿是否干净。有一次我遇到编码器输出有毛刺，结果STM32定时器多计了好几个脉冲，位置越跑越偏。后来加了RC滤波才搞定。