AB相编码器测速实战：从原理到Arduino实现

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AB 相编码器是电机控制中常用的位置和速度传感器，通过两路相位差 90 度的脉冲信号（A 相和 B 相）提供精确的运动反馈。但在实际应用中，新手常遇到以下问题：

信号毛刺：由于电机干扰或接线不良，AB 相信号可能出现抖动，导致计数错误
方向误判：软件解码时容易因信号延迟造成方向判断失误
低速精度差：常规测频法在低速时分辨率不足，导致转速波动明显

定时器捕获法 ：通过外部中断捕获脉冲边沿，软件判断相位差
优点：适用所有 MCU
缺点：CPU 占用高，高速时可能丢失脉冲
硬件正交解码 ：利用定时器的编码器接口模式
优点：自动处理四倍频和方向判断，零 CPU 占用
缺点：需要特定硬件支持（如 STM32 的 TIMx）

/* AB 相编码器接线图 */
编码器 A 相 —— D2（外部中断 0）编码器 B 相 —— D3（外部中断 1）编码器 VCC —— 5V
编码器 GND —— GND

/* 推荐增加 RC 滤波（R=1kΩ, C=100nF）*/

// PlatformIO 环境配置（platformio.ini）[env:bluepill_f103c8]
platform = ststm32
board = bluepill_f103c8
framework = arduino

// 编码器接口初始化
void setup() {
  // 定时器 3 配置为编码器模式
  TIM_Encoder_InitTypeDef encoderConfig;
  encoderConfig.EncoderMode = TIM_ENCODERMODE_TI12;
  encoderConfig.IC1Polarity = TIM_ICPOLARITY_RISING;
  encoderConfig.IC2Polarity = TIM_ICPOLARITY_RISING;
  encoderConfig.IC1Selection = TIM_ICSELECTION_DIRECTTI;
  encoderConfig.IC2Selection = TIM_ICSELECTION_DIRECTTI;
  encoderConfig.IC1Prescaler = TIM_ICPSC_DIV1;
  encoderConfig.IC2Prescaler = TIM_ICPSC_DIV1;
  encoderConfig.IC1Filter = 6;  // 适当滤波
  encoderConfig.IC2Filter = 6;

  HAL_TIM_Encoder_Init(&htim3, &encoderConfig);
  HAL_TIM_Encoder_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_ALL);
}

// 读取计数值（注意处理溢出）int32_t getEncoderCount() {
  static uint16_t lastCnt = 0;
  static int32_t totalCnt = 0;

  uint16_t currCnt = TIM3->CNT;
  int16_t diff = (int16_t)(currCnt - lastCnt);
  totalCnt += diff;
  lastCnt = currCnt;

  return totalCnt;
}

RPM = (Δcount × 60) / (PPR × 4 × Δt)
其中：Δcount = 采样周期内的脉冲变化量
  PPR = 编码器每转脉冲数（如 500 线）4 = 四倍频系数
  Δt = 采样时间 (s)

信号滤波参数选择
典型值：R=1kΩ，C=100nF（截止频率≈1.6kHz）
高速场合：减小电容值（如 10nF）避免信号延迟

中断防溢出处理

// Arduino 外部中断示例
volatile int32_t encoderCount = 0;

void interruptA() {
  static uint8_t lastState = 0;
  uint8_t currState = digitalRead(pinA) | (digitalRead(pinB) << 1);

  // 状态机实现四倍频解码
  if((lastState == 0x00 && currState == 0x01) || 
     (lastState == 0x01 && currState == 0x03) ||
     (lastState == 0x03 && currState == 0x02) ||
     (lastState == 0x02 && currState == 0x00)) {encoderCount++;} else {encoderCount--;}
  lastState = currState;
}