编码器读到的到底是什么：从脉冲到速度

经典三问

Q: 增量式编码器是什么？

A: 它会把轴的转动变成一串脉冲，程序数一数这些脉冲，就能知道轴转过多少；A、B 两相信号还能分辨转动方向。

Q: 为什么需要编码器？

A: PWM 只表示给电机多少驱动力，不等于轮子真的转了多少、转得多快。编码器把轮子的实际运动交回给程序。

Q: 编码器常见使用场景？

A: 测量轮速、记录转过的距离、判断正反转，以及让左右轮尽量保持一致。

我在前面的实验里就碰到过这个困惑：两边电机明明给了同样的 PWM，实际转起来的速度却不一样。

左轮像有点着急，右轮却慢半拍；两边都写 30%，小车还是会慢慢往一侧偏。把数值改成 40、50，两个轮子当然都会更有劲，可它们依然不同速。

回想整个链路，我本质上就是提供了一个 PWM。PWM 决定驱动器在一个周期里给电机通电多久，它给的是驱动力的比例，关键就在这，PWM 没有说一定是"请以每分钟多少转运行"的命令。电机本身的差异、减速箱摩擦、轮胎压紧程度、电池电压和地面阻力，都会让同一个 PWM 变成不同的速度。

这时候就需要编码器出场啦，如果没有编码器，程序只知道"我给左右轮都写了 30%"；至于它们到底转没转、谁快谁慢，只能靠眼睛猜。有了编码器，轴每转过一点，就留下一次脉冲。程序把这些脉冲数起来，就知道轮子实际留下的痕迹。

六根线里，哪四根不是给电机的

这次使用六线霍尔编码器电机。两根较粗的线属于电机本体，接到电机驱动板；另外四根线属于编码器：

线的用途	常见标记	本例连接位置
电机两线	`M+`、`M-`，或两根无标记粗线	驱动板的电机输出端
编码器电源	`VCC`	按编码器资料供电，本例为 5V
编码器地	`GND`	STM32、驱动板和电源的公共地
A 相	`A`、`CHA`	`PB6 / TIM4_CH1`
B 相	`B`、`CHB`	`PB7 / TIM4_CH2`

颜色没有统一标准。某个商品图里的红线是 VCC，不代表另一台电机的红线也一定是 VCC。先看卖家的引脚说明、插头丝印或产品资料；线序没有确认以前，不要急着上电。

本例把 PB6、PB7 配成内部上拉输入：

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gpio.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;
gpio.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
GPIO_Init(GPIOB, &gpio);

内部上拉适合开漏输出的编码器：编码器没有主动拉低时，引脚保持高电平；它拉低时，STM32 就读到低电平。

A、B 不是两根重复的脉冲线

先不让电机自己转，断开电机驱动的功率输出，只给编码器供电。手慢慢转动输出轴，A、B 两根线上都会出现高低变化；它们的区别在于，变化时间故意错开了一点。

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一个方向：
A  __|----|____|----|__
B  ____|----|____|----|__

反方向：
A  ____|----|____|----|__
B  __|----|____|----|__

哪一相先变化，方向就不同。A、B 交换后，程序看见的方向通常也会反过来。至于"先到的是 A 就叫正转"还是"先到的是 B 就叫正转"，没有脱离安装方向的标准答案：左、右电机的安装朝向不同，轮子装反了，或者插头的 A/B 标记相反，都会让正负号翻过来。

先转一圈，看计数朝哪个方向变化；再约定"小车向前时应当是正数"还是负数。方向的名字可以在软件里统一，A、B 的先后关系不能靠猜。

只接 A 相也能看到脉冲，却少了另一相提供的先后关系。这样还能做单向计数，却无法可靠判断正反转；对于需要知道轮子往哪边转的小车，A、B 两根都要接。

让 TIM4 自己数脉冲

最直观的做法，是 A 相每跳一次就进入一次中断，再去读 B 相判断方向。手转时很容易看见效果；电机转快以后，CPU 会频繁停下手里的事去数脉冲。

STM32 的通用定时器已经准备好另一种做法。TIM4 的 CH1、CH2 正好在 PB6、PB7 上。把 TIM4 设成编码器模式后，硬件会持续观察 A/B 的先后关系，自行给计数器加一或减一，CPU 不必为每一个边沿进入中断。

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void Encoder_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef gpio;
    TIM_TimeBaseInitTypeDef timer;
    TIM_ICInitTypeDef input;

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4, ENABLE);

    gpio.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;
    gpio.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
    GPIO_Init(GPIOB, &gpio);

    timer.TIM_Prescaler = 0;
    timer.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    timer.TIM_Period = 0xFFFF;
    timer.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
    timer.TIM_RepetitionCounter = 0;
    TIM_TimeBaseInit(TIM4, &timer);

    TIM_EncoderInterfaceConfig(TIM4, TIM_EncoderMode_TI12,
                               TIM_ICPolarity_Rising,
                               TIM_ICPolarity_Rising);

    TIM_ICStructInit(&input);
    input.TIM_Channel = TIM_Channel_1;
    input.TIM_ICFilter = 6;
    TIM_ICInit(TIM4, &input);
    input.TIM_Channel = TIM_Channel_2;
    TIM_ICInit(TIM4, &input);

    TIM_SetCounter(TIM4, 0);
    TIM_Cmd(TIM4, ENABLE);
}

TIM_EncoderMode_TI12 表示 TIM4 同时使用 CH1 和 CH2，也就是同时使用 A、B 两相。TIM_Period = 0xFFFF 让这只 16 位计数器使用完整范围：从 0 到 65535。

TIM_ICFilter = 6 是输入数字滤波。导线较长、附近有电机电源线时，A/B 信号上可能出现很短的毛刺；滤波会忽略一部分短到不合理的跳变。数值不是越大越好，滤波越重，真实边沿也会更晚被看见。出现跳数时，先检查供电、接线和共地，再决定是否调整滤波。

取走一段时间里的脉冲

TIM4 一直在数，程序不必每次脉冲都去碰它。等 100ms，读一次当前值，再把计数器清零，拿到的便是这 100ms 内的增量：

c 复制代码

int16_t Encoder_ReadDelta(void)
{
    int16_t delta = (int16_t)TIM_GetCounter(TIM4);

    TIM_SetCounter(TIM4, 0);
    return delta;
}

反转时，TIM4 会向下数。寄存器里的 16 位数字从 0 再减一，会回到 65535；把它看成 int16_t 时，65535 正好表示 -1。因此 delta 是有正负号的：正数和负数分别代表两个相反方向，0 代表这段时间没有数到脉冲。

这不是计数器永远不会绕回的魔法。一次取数的时间太长、轮子又转得很快时，计数器可能绕回不止一次，正负号和数量都会失去意义。最高转速、每圈计数和取数周期要放在一起考虑。

第一次观察时，直接用已经写好的 Delay_ms(100) 等 100ms，再取一次计数并刷新 OLED：

c 复制代码

int main(void)
{
    int16_t delta;
    int32_t total_count = 0;

    Encoder_Init();
    OLED_Init();
    OLED_Clear();
    Delay_Init();

    while (1)
    {
        Delay_ms(100);

        delta = Encoder_ReadDelta();
        total_count += delta;

        OLED_ShowSignedNum(0, 0, delta, 5, OLED_6X8);
        OLED_ShowSignedNum(0, 8, total_count, 8, OLED_6X8);
        OLED_Update();
    }
}

第一行 delta 是最近 100ms 内数到的脉冲数，第二行 total_count 是从上电到现在的累计数。手转时，delta 忽大忽小很正常，手的速度本来就不稳定；只要正转时累计数持续往一个方向走，反转时能够掉头，A/B 两相和 TIM4 的方向判断就已经正常工作了。

三个亲手能确认的现象

正转和反转

先不接电机功率端，手转输出轴一圈。观察 OLED 的累计数：一个方向会持续增加，换方向后会持续减少。符号和心里定义的"前进"相反不算故障，只需要在左右电机真正装好后统一方向约定。

交换 A、B

断电后交换 A、B 两根编码器线，再用同一个方向手转。累计数的正负通常会翻转。重新断电，把线换回原位。这个小实验能直接看见：方向不是某一根线上的高或低，而是两根线变化的先后。

静止时不该自己记数

轮子静止时，连续观察累计数一段时间，它应当保持不变。若数字自己跳动，先确认编码器电源、公共地和 A/B 接线；再检查编码器线是否和电机供电线长距离缠在一起。

一圈到底是多少个脉冲

原始计数已经足够回答"轮子有没有转"和"哪个方向转"。要把它换成每分钟转速，还需要知道输出轴转一整圈会产生多少计数。

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每分钟转速 = 本次增量 × 60000 / 输出轴每圈实际计数 / 取数周期（毫秒）

例如 100ms 内读到 220 个计数，确认输出轴每圈是 1320 个计数：

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每分钟转速 = 220 × 60000 / 1320 / 100 = 100 rpm

rpm 是每分钟转数（revolutions per minute）。这里一定要写"输出轴每圈实际计数"。商品页上常常同时出现 PPR、减速比、电机轴转速和输出轴转速；其中一个 11 PPR，不一定就是 TIM4 在输出轴转一圈时读到的计数。

先看编码器手册里的数字对应电机轴还是减速后的输出轴，再手动让输出轴完整转一圈，记录累计数实际变化了多少。两者对得上，再把这个值用于换算。不要在没有确认前随便填一个数字，算出来的小数点后面再漂亮，也不会变成真实速度。

取数周期从 100ms 改成 200ms 时，同样速度下的 delta 大约会变成两倍，因为收集脉冲的时间翻倍了。公式中的取数周期也必须一起从 100 改成 200；否则轮子没变快，算出来的转速却会刚好偏一倍。

最后橘猫说

同一个 PWM 不能保证两个轮子同速，因为 PWM 交出去的是驱动力比例，不是速度测量。编码器把转动翻译成 A、B 两相脉冲，TIM4 再把脉冲变成有方向的计数。从"我给了多少 PWM"，走到"轮子实际留下了多少脉冲"，小车才第一次有了可以相信的运动记录。