3、编码器信号采集：STM32定时器编码器模式配置、正交解码原理、脉冲计数与方向判断、倍频技术（2倍频/4倍频）
好，咱们进入正题。编码器信号采集，说白了就是让单片机听懂电机在“说什么”。电机通过AB两路脉冲告诉你位置和方向，而STM32的定时器，天生就是干这个活的。
我个人习惯，拿到一个新项目，先搞清楚硬件怎么接，再想软件怎么写。编码器接口这块，我踩过的坑不少，今天一并倒出来。
3.1 正交解码原理：为什么是AB两路？
先问个问题：单路脉冲能不能测位置？能。但方向呢？不行。正交编码器输出两路相位差90°的方波，这就是A相和B相。
你想想看，电机正转时，A相领先B相90°；反转时，B相领先A相90°。单片机通过检测这个相位关系，就能知道轴往哪转。
核心判断逻辑：
- A上升沿时，B为高电平 → 正转
- A上升沿时，B为低电平 → 反转
我曾经在一个伺服项目里，编码器线序接反了，结果电机越调越抖。查了半天，其实就是A、B两相在端子排上焊反了。嗯，硬件上的低级错误，软件怎么调都救不回来。
3.2 STM32定时器编码器模式配置
STM32的通用定时器（TIM2~TIM5，部分型号还有TIM8等）都支持编码器模式。配置起来其实不复杂，但有几个寄存器必须搞明白。
我直接给出一份我常用的初始化代码，基于HAL库，芯片是STM32F103系列。其他型号大同小异。
void Encoder_Init(void)
{
TIM_Encoder_InitTypeDef sEncoderConfig = {0};
GPIO_InitTypeDef gpioInit = {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)
gpioInit.Pin = GPIO_PIN_6 | GPIO_PIN_7;
gpioInit.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
gpioInit.Pull = GPIO_NOPULL;
gpioInit.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpioInit);
// 3. 定时器编码器模式配置
htim3.Instance = TIM3;
htim3.Init.Prescaler = 0; // 不分频
htim3.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
htim3.Init.Period = 65535; // 16位自动重装
htim3.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
htim3.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE;
HAL_TIM_Encoder_Init(&htim3, &sEncoderConfig);
// 4. 编码器配置：TI1和TI2都计数，正转向上
sEncoderConfig.EncoderMode = TIM_ENCODERMODE_TI12;
sEncoderConfig.IC1Polarity = TIM_ICPOLARITY_RISING;
sEncoderConfig.IC1Selection = TIM_ICSELECTION_DIRECTTI;
sEncoderConfig.IC1Prescaler = TIM_ICPSC_DIV1;
sEncoderConfig.IC1Filter = 0;
sEncoderConfig.IC2Polarity = TIM_ICPOLARITY_RISING;
sEncoderConfig.IC2Selection = TIM_ICSELECTION_DIRECTTI;
sEncoderConfig.IC2Prescaler = TIM_ICPSC_DIV1;
sEncoderConfig.IC2Filter = 0;
HAL_TIM_Encoder_Init(&htim3, &sEncoderConfig);
// 5. 启动编码器模式
HAL_TIM_Encoder_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_ALL);
}
个人经验：编码器模式下的GPIO，建议不要开启内部上拉或下拉。编码器输出通常是推挽或开漏，外部已经有上拉电阻了。内部上拉反而可能引入噪声，我在一个振动台项目里吃过这个亏。
3.3 脉冲计数与方向判断
配置好之后，定时器的计数器（CNT）会自动根据编码器脉冲增减。你只需要读CNT寄存器的值，就知道当前位置了。
方向怎么判断？看DIR位。在编码器模式下，TIMx_CR1寄存器的DIR位由硬件自动更新。正转时DIR=0（向上计数），反转时DIR=1（向下计数）。
我一般这样读位置和方向：
int16_t Get_Encoder_Count(void)
{
return (int16_t)__HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim3);
}
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：CNT寄存器是16位的，范围0~65535。如果你需要记录多圈绝对位置，必须在外部用软件做溢出处理。我曾经忘了做这个，结果电机转了几圈后位置突然跳变，差点把机械限位撞坏。
3.4 倍频技术：2倍频与4倍频
编码器本身有一个物理分辨率，比如每转1000线。但通过倍频，你可以把分辨率翻倍甚至翻四倍。
原理很简单：
- 1倍频：只在A相或B相的上升沿计数
- 2倍频：在A相和B相的上升沿都计数（TI1和TI2各计一次）
- 4倍频：在A相和B相的上升沿和下降沿都计数
STM32的编码器模式，通过设置TIM_ENCODERMODE_TI12，实际上已经实现了2倍频。因为它在TI1和TI2的每个边沿都触发计数，一个完整周期内计了2次。
那4倍频怎么实现？硬件上，STM32的定时器本身不支持4倍频。你需要用两个定时器配合，或者用外部逻辑电路。我常用的软件方法是用两个定时器：一个做编码器模式（2倍频），另一个做输入捕获，捕获另一个通道的边沿，然后软件叠加。
不过说实话，大多数应用场景下，2倍频已经够用了。我只有在做高精度低速伺服时，才用到4倍频。
| 倍频方式 | 计数边沿 | 分辨率提升 | STM32实现难度 |
|---|---|---|---|
| 1倍频 | 单相单边沿 | 1x | 简单（普通输入捕获） |
| 2倍频 | 双相单边沿 | 2x | 简单（编码器模式TI12） |
| 4倍频 | 双相双边沿 | 4x | 较复杂（双定时器或外部电路） |
避坑指南：我曾经在一个项目里，为了追求高分辨率，强行用软件模拟4倍频。结果CPU负载飙升，中断响应不过来，反而丢步了。后来老老实实换了个更高线数的编码器，问题解决。有时候，硬件升级比软件取巧更靠谱。
3.5 知识体系总览
下面这张图，把编码器信号采集的整个流程串起来了。从物理信号到软件读数，每一步都离不开。
嗯，这张图把整个流程串起来了。从物理信号到正交解码，再到定时器配置，最后落到脉冲计数、方向判断和倍频。每一步都是下一环的基础。
我个人觉得，编码器采集这块，最难的不是配置寄存器，而是理解硬件是怎么帮你干活的。你只要想明白AB两相的相位关系，剩下的，STM32的定时器基本都替你做了。