STM32--编码器测速

1、软件准备

串口调试助手

2、硬件准备

开发板一块，由于条件有限我们就不使用编码器，考虑使用两个GPIO引脚模拟编码器输出信号

3、Cube mx配置

这回到了嵌入式系统（特别是STM32微控制器）的核心概念。在STM32中，"自动重装值" 是一个极其重要且具体 的硬件功能，主要与定时器 相关。它不是指重装整个系统，而是指定时器在计数达到某个值后，自动重新加载初始值并继续运行。

我们来深入解析这个概念。

核心定义

在STM32的定时器（TIM）模块中，自动重装值 是指定时器计数器（CNT）向上（或向下）计数到的目标值 。当计数器计数到这个值时，会产生一个更新事件 ，然后计数器自动重装到预先设置的初始值（通常是0或另一个值），并开始下一轮的计数周期。

这个值通常存储在定时器的 "自动重装寄存器" 中，对于通用定时器是 ARR 寄存器。

关键原理：ARR 和 CNT 的关系

你可以把定时器的工作想象成一个水桶接水：

自动重装值 ：就是水桶的容量。
计数器 ：就是当前桶里的水量。

设置ARR：你决定水桶的容量（例如，ARR = 999）。
开始计数：水龙头打开，水开始流入（CNT 从0开始递增）。
达到ARR：当水量（CNT）达到桶的容量（ARR = 999）时，再增加一滴水就会溢出。
溢出与重装 ：溢出这一瞬间，就产生了 "更新事件" 。同时，水桶被瞬间清空（CNT 自动重装为0或其他预设值）。
循环往复：水继续流入，开始下一个周期。

这个"溢出"事件就是定时器中断或PWM周期切换的核心触发源。

计算公式与影响

自动重装值ARR直接决定了两个最重要的定时参数：

定时周期/溢出频率（用于基本定时） * 公式：溢出时间 = (ARR + 1) * (定时器时钟周期) * 或：溢出频率 = 定时器时钟频率 / (ARR + 1) * 示例：定时器时钟为72MHz，预分频器（PSC）设为7199（将时钟分频为10KHz）。若ARR设为9999，则溢出时间为 (9999+1) * (1/10KHz) = 10000 * 0.1ms = 1秒。ARR越大，定时周期越长。
PWM信号的周期和占空比（用于输出PWM） * PWM周期 ：由ARR决定。PWM周期 = (ARR + 1) * 时钟周期 * PWM占空比 ：由捕获/比较寄存器（CCR） 决定。占空比 = CCR / (ARR + 1) * 示例：ARR=999，若CCR=300，则占空比约30%。改变CCR可以调节占空比，改变ARR则同时改变整个PWM信号的频率（周期）。

在代码中的体现（以HAL库为例）

当你配置一个定时器时，自动重装值ARR是一个必须设置的参数。

复制代码

// 示例：配置TIM3为1秒溢出中断
TIM_HandleTypeDef htim3;

htim3.Instance = TIM3;
htim3.Init.Prescaler = 7199; // 预分频，72MHz / (7199+1) = 10KHz
htim3.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP; // 向上计数模式
htim3.Init.Period = 9999; // ！！！这就是自动重装值ARR！！！
                          // 10KHz下，计数10000次就是1秒
htim3.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_ENABLE; // 见下文"影子寄存器"

HAL_TIM_Base_Init(&htim3);
HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3); // 启动定时器并开启中断

当 CNT 计数到 Period（即ARR）的值9999，并再加1回到0时，就会触发更新中断，你可以在中断服务函数中执行任务（如翻转LED）。

重要特性：预装载与影子寄存器

这是STM32定时器非常巧妙的设计，为了解决ARR值更新时的同步和安全问题。

影子寄存器：用户写入的ARR值，并非直接作用于当前计数比较逻辑。实际起作用的是另一个不可见的"影子寄存器"。
预装载功能 ： * 启用时 (AutoReloadPreload = ENABLE)：你写入ARR寄存器的新值，会先保存在"预装载寄存器"中。只有在下一次更新事件 发生时，这个新值才会被同步到影子寄存器中并生效。这保证了在一个完整的定时周期内，ARR值不会中途改变，避免了产生奇怪的毛刺或半个周期的PWM。 * 禁用时 ：你写入ARR的值会立即更新到影子寄存器，立刻影响当前计数周期，可能导致不可预期的输出。

简单比喻：

有预装载 ：像编辑一个文档，你全部改完后，统一按"保存"键才会生效。
无预装载 ：像直接编辑正在播放的幻灯片，改一个字就立刻显示一个字，可能导致页面混乱。

总结

在STM32中，自动重装值 是定时器模块的核心配置参数，它：

物理实体：是ARR寄存器的值。
核心作用 ：定义了定时器的计数上限 ，从而决定了定时周期 和PWM周期。
工作过程：计数器CNT达到ARR后，产生更新事件，并自动重装，开始新周期。
高级特性 ：通过预装载影子寄存器机制，保证了在运行中修改ARR时的稳定性和安全性。

理解ARR是掌握STM32所有定时器功能（基本定时、输入捕获、输出比较、PWM生成）的基石。

开启中断

建议选择生成所有

这里推荐选择这个

4、编写代码和解析

复制代码

  /* USER CODE BEGIN 2 */
  // 1. 启动TIM3编码器模式（带溢出中断）
  __HAL_TIM_ENABLE_IT(&htim3, TIM_IT_UPDATE);  // 使能TIM3溢出中断
  HAL_TIM_Encoder_Start_IT(&htim3, TIM_CHANNEL_ALL);  // 启动编码器中断模式

  // 2. 启动TIM2定时中断（100ms采样）
  HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);
  /* USER CODE END 2 */

由于缺少器件；我们使用两个GPIO引脚生成一个正交波，来模拟编码器

复制代码

        HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_SET);
        HAL_Delay(200);
        
        // 状态2: A=1, B=1
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_SET);
        HAL_Delay(100);
        
        // 状态3: A=0, B=1
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_RESET);
        HAL_Delay(100);
        
        // 状态4: A=0, B=0
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_RESET);
        HAL_Delay(200);

/* USER CODE BEGIN 4 */
int fputc(int ch, FILE *f) //printf重定向函数
{
    HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, HAL_MAX_DELAY);
    return ch;
}

int n = 0;

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim){
    if(htim->Instance == TIM3){
        //1为下溢
        uint32_t direction = __HAL_TIM_DIRECTION_STATUS(htim);
        if(direction == 0){
            n++;
        }else{
            n--;
        }
    //  printf("ARR direction = %d\r\n",direction);
    }
    
    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;
    }
}
/* USER CODE END 4 */

**为什么要printf重定向？**因为printf是面向屏幕打印，不是面向串口，所以需要重定向

代码解释

HAL_TIM_PeriodElapsedCallback 是 STM32 HAL 库中定时器周期溢出中断的统一回调函数，所有配置为 "周期溢出中断" 的定时器（如 TIM2、TIM3）触发中断时，都会进入该函数。需通过定时器实例（Instance）区分不同定时器，实现差异化逻辑。

复制代码

    // -------------------------- 第一部分：TIM3编码器溢出中断处理 --------------------------
    if(htim->Instance == TIM3) // 判断是否为TIM3的溢出中断
    {
        // 获取编码器当前计数方向：__HAL_TIM_DIRECTION_STATUS是HAL库方向判断宏
        // 返回值说明（对应TIM3编码器模式）：
        //  0 = TIM_COUNTERMODE_UP   ：上计数（编码器反转，计数器从0→9，触发上溢）
        //  1 = TIM_COUNTERMODE_DOWN ：下计数（编码器正转，计数器从9→0，触发下溢）
        // 注：原注释"1为下溢"是对该返回值的备注
        uint32_t direction = __HAL_TIM_DIRECTION_STATUS(htim);
        
        // 根据方向更新溢出次数：正转（下溢）n累加，反转（上溢）n递减
        if(direction == 0)      // 方向0 → 反转（上溢）
        {
            n++;                // 反转溢出，n递减（此处逻辑与注释匹配：正转n++，反转n--）
        }
        else                    // 方向1 → 正转（下溢）
        {
            n--;
        }
        
        // 串口打印当前编码器旋转方向（0=反转，1=正转），用于调试方向判断是否正确
        printf("ARR direction = %d\r\n",direction);
    }

HAL_TIM_DIRECTION_STATUS 宏完全解析

__HAL_TIM_DIRECTION_STATUS 是 STM32 HAL 库中用于读取定时器计数方向 的核心宏，在编码器测速场景中，它直接决定旋转方向（正 / 反转）的判断，该宏本质是直接操作定时器的控制寄存器 1（TIMx_CR1） ，读取其中的 DIR 位（Direction，方向位）

复制代码

  // -------------------------- 第二部分：TIM2定时采样中断处理 --------------------------
    if(htim->Instance == TIM2) // 判断是否为TIM2的定时中断（配置为100ms触发一次）
    {
        // 调试用：打印TIM2中断触发标记（注释后不影响功能，可取消注释验证中断是否生效）
        //printf("TIM2\r\n");
        
        uint16_t x = TIM3->CNT; // 读取TIM3编码器当前计数值（范围0~9，未溢出的"剩余脉冲数"）
        uint16_t total = 0;     // 存储100ms采样周期内编码器的总脉冲数
        
        // 根据溢出次数n的正负，区分整体旋转方向，计算总脉冲数
        // 核心逻辑：总脉冲数 = 当期计数值 + 溢出次数×每溢出一次的脉冲数（ARR+1=10）
        if(n >= 0)              // n≥0 → 整体为正转（包括无溢出的正转）
        {
            // 正转总脉冲：当前计数值(x) + 溢出次数(n)×10（每溢出一次对应10个脉冲）
            total = x + n*10;
        }
        else                    // n<0 → 整体为反转
        {
            // 反转总脉冲计算逻辑：
            // (10-x) ：反转时计数器从0→9，剩余未溢出的脉冲数为10-x
            // -(n+1)*10 ：n为负数，抵消负溢出的基数（例如n=-1时，-(n+1)*10=0，仅计算10-x）
            total = (10-x)-(n+1)*10;
        }
        
        // 串口打印转速：
        // speed1 = 正转转速，speed-1 = 反转转速；
        // 转速计算：total（100ms总脉冲） / 0.1（采样时间，单位秒） → 脉冲/秒
        // total*1.0 是为了将整数转为浮点数，避免除法取整
        printf("speed%d = %lf\r\n",n>=0?1:-1,total*1.0/0.1);
        
        TIM3->CNT = 0;          // 重置TIM3计数值为0，为下一次采样周期做准备
        n = 0;                  // 重置溢出次数为0，为下一次采样周期做准备
    }

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打开串口调试助手

正接---正向旋转

反接-反像旋转

数据解析

为什么速度始终是10和0

推测：

1，GPIO模拟正交波的问题？与编码器产生不同

编码器工作原理脉冲产生码盘旋转时，A、B 两相会输出连续的方波脉冲，且两相脉冲相位差 90°。正转时：A 相超前 B 相 90°；反转时：B 相超前 A 相 90°。这一特性是 STM32 判断电机转向的核心依据。

2、自动重装值

上述两个问题第二问题本人以实践过，依旧和上述数据一样没有发生改变