基于STM32---编码器测速（利用GPIO模拟脉冲信号）

一、思路分析

1、在没有实体编码器的情况下，要测试 "定时器编码器模式 + 速度计算" 的逻辑，核心是用 STM32 的 GPIO 模拟编码器的 A/B 相脉冲信号，让定时器的编码器模式 "误以为" 有真实编码器在转动，从而完成速度计算的测试。

2、核心原理：定时器的编码器模式是通过检测A/B 两相脉冲的相位差（超前 / 滞后）来判断方向、计数脉冲。因此，我们可以用两个 GPIO 引脚（模拟 A/B 相） 按固定时序翻转电平，模拟编码器的正转 / 反转脉冲，输入到定时器的编码器通道引脚，触发定时器计数。

二、STM32CubeMX的配置

1、RCC的配置

打开STM32CubeMX，新建工程，选择STM32，打开；

找到RCC；选择时钟源；

时钟源	选择的类型	作用
HSE	Crystal/Ceramic Resonator	高速外部时钟（High Speed External），选择 "晶振 / 陶瓷谐振器" 作为时钟源
LSE	Crystal/Ceramic Resonator	低速外部时钟（Low Speed External），同样选择晶振 / 陶瓷谐振器作为时钟源

然后在点击顶部Clock Configuration；

HCLK设为 72MHz（STM32F103 最大主频），配置如下：

2、SYS的配置

Debug（调试模式）选择：Serial Wire；

这是 ARM Cortex-M 系列芯片常用的调试协议，仅需 2 根引脚（SWDIO、SWCLK）即可实现调试、下载程序，是嵌入式开发中最常用的调试方式之一。

3、TIM2的配置**（测速定时中断，0.1 秒触发一次）**

用于固定周期计算速度：左侧Timers → 点击TIM2；

Mode Configuration：Mode：选择Internal Clock（内部时钟）；

Parameter Settings（计算：72MHz 主频→定时 0.1 秒）：

其他参数默认；

NVIC Settings：优先级：与 TIM3 一致或略低（如Preemption Priority=1）。

勾选TIM2 global interrupt；Counter Mode： Up；

Counter Period (ARR)：设为999（定时周期：(999+1)/10kHz=0.1 秒）；

Prescaler (PSC)：设为7199（分频后时钟：72MHz/(7199+1)=10kHz）；

4、TIM3的配置（编码器模式）

这是核心，用于 "接收" 模拟编码器的 A/B 相脉冲：

Mode：选择Encoder Mode（编码器模式）；

Encoder Mode：选择Encoder Mode TI1 and TI2（同时检测 A/B 两相）；

Counter Mode：默认Up/Down（支持正反转计数）；

Channel 1/2：默认Input Capture direct mode（无需修改）；

Prescaler (PSC)：设为0（不分频，保证计数精度）；

Counter Period (ARR)：设为65535（16 位最大值，减少溢出频率）；

最后勾选NVIC；

5、TIM4的配置（模拟编码器脉冲，1ms 触发一次）

用于定时翻转 GPIO 电平，生成模拟 A/B 相脉冲：

Mode：选择Internal Clock；

Prescaler (PSC)：设为71（分频后时钟：72MHz/(71+1)=1MHz）；

Counter Period (ARR)：设为999（定时周期：(999+1)/1MHz=1ms）；

Counter Mode：Up；

其他参数默认；

最后开启NVIC；

6、配置USART1（USB转串口）

Asynchronous：异步模式，是串口通信最常用的模式（无需时钟同步，仅通过 RX/TX 引脚通信）；

参数项	当前值	作用
Baud Rate	115200 Bits/s	波特率，即串口通信的速率，115200 是嵌入式开发中常用的高速波特率之一
Word Length	8 Bits (including Parity)	数据位长度，此处为 8 位（含校验位），通常搭配 "无校验" 时实际为 8 位数据位
Parity	None	无校验位，简化通信流程（对可靠性要求高的场景会选择奇 / 偶校验）
Stop Bits	1	1 位停止位，是串口通信的标准配置

参数项	当前值	说明
Data Direction	Receive and Transmit	全双工模式，支持同时接收和发送数据
Over Sampling	16 Samples	16 倍过采样，提升串口通信的抗干扰能力（是默认且常用的配置）

7、配置模拟编码器的 GPIO（PB0、PB1）

用于输出模拟 A/B 相脉冲，需连接到 TIM3 的编码器输入引脚（PA6/TIM3_CH1、PA7/TIM3_CH2）：

然后将PB0和PB1配置为Output Push Pull（推挽输出）模式;

8、保存，选择MDK，生成

三、连接STM32，STLink，USB串口

STLink对应连接即可；

单片机连接USB串口是要与之相反【一方的发送端（TX）需要连接到另一方的接收端（RX）】。

因此，为了让两者能正常通信：

单片机的发送端（A9） 要连到 USB 串口的接收端（RXD）（单片机发的数据，USB 串口能收到）；

单片机的接收端（A10） 要连到 USB 串口的发送端（TXD）（USB 串口发的数据，单片机能收到）。

单片机的A10接USB串口的TXD；

单片机的A9接USB串口的RXD；

然后GND接GND；

A6、A7引脚与B0、B1引脚进行短接；

四、代码实现

1、明确代码保护区间

（1）多区间的核心设计逻辑

CubeMX 会根据代码的功能位置划分不同编号 / 命名的 USER CODE 区间，目的是让你把不同用途的自定义代码，精准放在对应的位置，既不破坏自动生成的代码结构，又能保证逻辑的正确性。

（2）常见的多区间类型（以 main.c 为例）

区间标记	位置	用途（该放什么代码）
USER CODE BEGIN 1	main 函数顶部（头文件后）	定义全局变量、自定义函数声明、宏定义等
USER CODE BEGIN 2	外设初始化后、主循环前	初始化类代码（如串口发送初始提示、传感器初始化）
USER CODE BEGIN WHILE	主循环while(1)内部	主循环的核心业务逻辑（如定时采集、数据处理）
USER CODE BEGIN 3	主循环while(1)结束后	极少用，一般留空（主循环是死循环，不会执行到）
USER CODE BEGIN 4	main 函数末尾	自定义函数的实现（若不想单独建文件可放这）

（3）另外的代码保护区间

/* USER CODE BEGIN PV */：仅定义文件内的私有全局变量；

/* USER CODE BEGIN PM*/： 定义仅当前文件使用的宏；

/* USER CODE BEGIN PD */： 声明仅当前文件使用的函数、自定义数据类型（结构体 / 枚举）;

/* USER CODE BEGIN PTD */: 定义仅当前文件使用的结构体、枚举、类型别名（typedef）;

/* USER CODE BEGIN PFP */仅当前文件（如main.c、usart.c）内使用的自定义函数的实现代码;

标记	核心用途	作用域	记忆技巧
PM	私有宏定义	当前文件	M = Macros（宏）
PD	私有函数 / 类型声明	当前文件	D = Declarations（声明）
PTD	私有自定义类型（结构体 / 枚举）	当前文件	TD = Typedefs（类型定义）
PV	私有变量（之前讲过）	当前文件	V = Variables（变量）

2、代码写入

（1）在/* USER CODE BEGIN PV */中写入：

正转时，A、B 相的电平会按{1,0} → {1,1} → {0,1} → {0,0}循环变化；

反转时，电平变化顺序则相反（如{1,0} → {0,0} → {0,1} → {1,1}）。

int n = 0;
// 模拟编码器的状态与时序
uint8_t encoder_state = 0;
const uint8_t forward_seq[4][2] = {{1,0}, {1,1}, {0,1}, {0,0}}; // 正转时序

（2）在/* USER CODE BEGIN PFP */中写入：

判断正旋，反旋，计算转速；

//记录溢出数量
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) {
    if (htim->Instance == TIM3) {
    // 获取编码器旋转方向：0=正旋（上溢），1=反旋（下溢）
    uint32_t direction = __HAL_TIM_DIRECTION_STATUS(htim);
    if (direction == 0) {       // 根据方向更新溢出计数n
      n++; // 正旋/上溢，n+1
    } else {
      n--; // 反旋/下溢，n-1
    }
	if (direction == 0) {
	printf("ARR direction = %d   Forward\r\n", direction);
    printf("n = %d\r\n", n); }
	else {
	printf("ARR direction = %d   Reverse\r\n", direction);
	printf("n = %d\r\n", n); }
}
	// 新增：TIM4触发模拟编码器脉冲
    else if (htim->Instance == TIM4) {
    // 按正转时序翻转PB0（A相）、PB1（B相）
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, forward_seq[encoder_state][0]);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_1, forward_seq[encoder_state][1]);
    encoder_state = (encoder_state + 1) % 4;
  }
    else if(htim->Instance == TIM2){
        //printf("TIM2\r\n");
        uint16_t x = TIM3->CNT;		
        uint16_t total = 0;
        //判断正反
        if(n >= 0){
            total = x + n*10;
        }else{
            total = (10-x)-(n+1)*10;
        }
        printf("speed%d = %lf\r\n",n>=0?1:-1,total*1.0/0.1);
        TIM3->CNT = 0;
        n = 0;
    }
}

（3）在 /* USER CODE BEGIN 2 */中开启定时器

 //要手动始能中断，是否需要手动始能，看手册中的中断控制寄存器的初始化的值
  __HAL_TIM_ENABLE_IT(&htim3, TIM_IT_UPDATE);
  //以中断方式开启定时器
  HAL_TIM_Encoder_Start_IT(&htim3, TIM_CHANNEL_ALL);
  // 启动TIM2/TIM4定时中断
  HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);
  HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim4);

（4）在 while (1)循环里写入模拟信号

	 HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_SET);
     HAL_Delay(10);                                          // 控制脉冲频率（数值越小，计数越快，越易溢出）
     HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_SET);    // 模拟B相（PA9）高电平（滞后A相，形成90°相位差）
     HAL_Delay(10);
     HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_RESET);  // 模拟A相低电平
     HAL_Delay(10);
     HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_RESET);  // 模拟B相低电平
     HAL_Delay(10);
	 

（5）最后在/* USER CODE BEGIN 4 */中重定向**fputc**

原本fputc会将字符输出到终端（如电脑控制台）；

重定义后，字符会通过HAL_UART_Transmit函数发送到 USART1 串口，实现 "用printf打印数据到串口" 的功能。

int fputc(int ch, FILE *f)
{
    HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, HAL_MAX_DELAY);
    return ch;
}

五、进行烧录测试

完成代码编写以后，编译一下，然后利用STLink烧录到STM32；

接着打开串口助手；

打开串口，按下单片机上面的复位按键；

B1接A7；

B0接A6；

n=0 出现时对应的方向是 Forward，这是因为 TIM2 中断会重置 n=0；

属于代码中 "重置计数" 的预期行为，并非异常。