野火STM32_HAL库版课程笔记-TIM通道捕获应用之编码器模式

前置介绍

TIM-输入捕获之编码器模式

什么是输入捕获?

通过定时器记录输入引脚信号到达时刻的功能, 常用于测量外部信号的频率, 周期, 脉宽.

什么是编码器?

用来测量旋转或位移的传感器, 能测量机械部件旋转或直线运动时的位移位置或速度等信息, 并转换成一系列电信号

TIM 高级定时器框图-输入捕获

阶段 1：外部输入通道（橙色区域）

左侧的 TIMx_CH1~TIMx_CH4 是定时器的 4 个输入通道，负责接收外部信号。

信号可通过直连（直接进入通道）或 异或逻辑（通过 XOR 选择性组合通道信号，比如多路信号逻辑运算后输入）进入后续处理。

阶段 2：输入滤波与边沿检测（紫色区域）

每个通道的信号进入 "输入滤波器 + 边沿检测器" 模块：

滤波器：过滤信号中的高频噪声，避免误触发；
边沿检测器 ：检测信号的 上升沿/下降沿 （比如脉冲的起始/结束），并将边沿事件转化为触发信号（TI1FP1/2、TI2FP1/2 等）。

阶段 3：通道选择与预分频（粉色+灰色区域）

通过 通道选择逻辑 （如 TIxFPx、TRC 等），选择要捕获的信号源（比如从多个通道中选 1 路，或组合多路信号）。

选中的信号进入 预分频器（灰色模块）：对信号进行分频（比如 1/2 分频、1/4 分频等），调整捕获频率。

阶段 4：捕获/比较寄存器（蓝色区域）

预分频后的信号（ICxPS）触发 "捕获/比较寄存器" （CC1~CC4）：

当边沿事件发生时，计数器（CNT）的当前值会被"捕获"并存入对应通道的寄存器 （比如通道 1 捕获到边沿，CNT 值存入 捕获/比较 1 寄存器）。
这些寄存器可读取，用于计算 脉冲宽度、频率、占空比 等（比如两次捕获的时间差 = 脉冲周期）。

阶段 5：计数与基准（黄色区域）

右侧黄色模块是定时器的 核心计数单元：

PSC（预分频器）：对定时器时钟 CK_PSC 分频，得到计数时钟 CK_CNT；
CNT（计数器）：在 CK_CNT 驱动下递增/递减/停止，提供"时间基准"；
自动重装载寄存器：决定计数器的溢出周期（比如计数到 1000 后自动归零，形成固定周期）。

EC11 编码器模块

在 STM32 中自带编码器模式, 其就可以采集例如 A 相的下降沿, 就会自动判断 B 相此时如果是高电平, 那么就能判断出其此时是顺时针, (判断哪一项在前, 哪一项在后, 得出顺时针 / 逆时针旋转)

STM32F10x - 中文参考手册

TIM-编码器模式所用函数

HAL_TIM_Encoder_Start()

__HAL_TIM_GET_COUNTER()

__HAL_TIM_IS_TIM_COUNTING_DOWN()

项目配置

TIM3

Combined Channels : Encoder Mode

Prescaler : 4 - 1

Encoder Mode : Encoder Mode TI1 and TI2

注意：在编码器模式下，极性设置 (Encoder - Polarity) 不是用来选择只检测上升沿，而是用来定义信号的反相（Inversion）。如果设置为 Rising，表示信号不反相；如果设置为 Falling，表示信号经过反相器。硬件依然会自动检测双边沿。

GPIO

选择 PA8 为 GPIO_Input

设置为 Pull-up (上拉模式), User Label 为 EC11_SW

代码部分

记得勾选 Use MicroLIB

复制代码

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */

#include <stdio.h>  // 使用 printf 函数
#include <string.h> // 使用 strncmp

/* USER CODE END Includes */

/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */

/* USER CODE END PTD */

/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */

/* USER CODE END PD */

/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM */

/* USER CODE END PM */

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/

/* USER CODE BEGIN PV */
int16_t encoder_cnt = 0;      // 编码器当前计数值 (用于获取旋转变化)
int16_t encoder_last = 0;     // 上一次编码器计数值 (用于比较判断旋转方向和增量)
uint32_t no_move_time = 0;    // 编码器未移动的时间 (用于检测是否静止)

uint8_t encoder_static = 0;   // 0: 运动, 1: 静止

/* USER CODE END PV */

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */

/* USER CODE END PFP */

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */

/* USER CODE END 0 */

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{

  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_TIM3_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  
  HAL_TIM_Encoder_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_ALL);

  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    
    encoder_cnt = __HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim3);
    
    // 检测是否移动
    if (encoder_cnt != encoder_last)
    {
      
      encoder_static = 0;  // 有动作, 等待静止
      no_move_time = HAL_GetTick(); // 记录最后动作事件
      
      int16_t diff = encoder_cnt - encoder_last;
      
      if (__HAL_TIM_IS_TIM_COUNTING_DOWN(&htim3))
        printf("逆时针移动: %d, 当前位置: %d \r\n", diff, encoder_cnt);
      else 
        printf("顺时针移动: %d, 当前位置: %d \r\n", diff, encoder_cnt);
      
      encoder_last = encoder_cnt;
    }
    else
    {
      // 超过两秒静止
      if (HAL_GetTick() - no_move_time > 2000 && encoder_static == 0)
      {
        encoder_static = 1;
        printf("当前编码器静止超过2秒, 当前位置: %d \r\n", encoder_cnt);
      }
    }
    
    // 检测 SW 按钮是否被按下
    if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, EC11_SW_Pin) == GPIO_PIN_RESET)
    {
      HAL_Delay(20); // 消抖
      if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, EC11_SW_Pin) == GPIO_PIN_RESET)
      {
        printf("SW按钮被按下 \r\n");
        while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, EC11_SW_Pin) == GPIO_PIN_RESET);
      }
    }
    
    __HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim3, 0);
    
    HAL_Delay(500);
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }

/* USER CODE BEGIN 4 */

/**
  * @brief  重定向 printf 的输出到串口
  * @param  ch: 要发送的字符
  * @param  f:  文件指针 (标准库要求的参数, 一般不使用)
  * @retval 返回发送的字符
  */
int fputc(int ch, FILE *f)
{
  HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, HAL_MAX_DELAY);
  return ch;
}

/* USER CODE END 4 */

程序现象

分别顺时针 / 逆时针旋转编码器, 输出移动量与当前位置.

按下按钮, 触发 "SW 按钮已被按下"

两秒时间没有旋转编码器, 输出 "当前编码器已静止超过 2 秒" 和当前位置.