AB相编码器测速原理与实现：从硬件接口到软件滤波全解析

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AB 相编码器作为运动控制系统的 ” 眼睛 ”，通过正交脉冲反馈实时位置和速度。但在实际应用中常遇到三大难题：

信号毛刺 ：机械振动或电磁干扰导致脉冲抖动，引发计数器误增 / 误减
高速漏脉冲 ：当转速超过中断响应能力时，脉冲被 ” 吞掉 ” 导致速度计算失真
低速方向误判 ：在接近零速时，因信号边沿抖动出现错误的转向判断

优势
硬件自动处理边沿检测和方向判断
支持 4 倍频计数（上升沿 + 下降沿均触发）
不占用 CPU 资源，理论支持更高转速
局限
需要特定定时器支持（如 STM32 的 TIM1/TIM2 等）
无法直接获取速度值，需定期采样计数值

适用场景
编码器脉冲频率低于 10kHz
MCU 无专用编码器接口
需要灵活自定义解码逻辑
风险点
高频脉冲导致 CPU 中断风暴
软件消抖算法增加额外延迟

打开 TIMx 的 ”Encoder Mode”
设置 IC1/IC2 映射到对应引脚
配置滤波器参数（通常 4 - 8 个时钟周期）
开启计数器溢出中断（可选）

关键配置代码片段：

// TIM2 Encoder Interface Configuration
henc.Instance = TIM2;
henc.Init.Period = 0xFFFF; // 16 位计数器
henc.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
henc.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE;
HAL_TIM_Encoder_Init(&henc, TIM_ENCODERMODE_TI12); // 双通道模式

volatile int32_t g_encoder_count = 0;

// 每 10ms 执行的速度计算任务
void Speed_Calculation(void) {
    static int32_t last_count = 0;
    int32_t delta = g_encoder_count - last_count;
    last_count = g_encoder_count;

    // 公式：速度 (rpm) = (delta*60000)/(ppr* 采样周期 ms)
    float rpm = (delta * 60000.0f) / (ENCODER_PPR * 10);

    // 一阶低通滤波
    static float filtered_rpm = 0;
    filtered_rpm = 0.2f * rpm + 0.8f * filtered_rpm;
}

低速场景 (<100rpm)：建议 50-100ms 采样周期
高速场景 (>1000rpm)：建议 1 -5ms 采样周期

ISR 执行时间应小于脉冲间隔的 1 /3
避免在中断内进行浮点运算

关键变量必须加 volatile：

__attribute__((section(".ramfunc"))) void TIM2_IRQHandler(void) {
    volatile static uint32_t capture;
    // 中断处理代码
}

硬件方案 ：在 AB 相线上并联 100pF 电容，串联 100Ω 电阻
软件方案 ：连续 3 次采样一致才判定有效边沿

// 当速度低于阈值时保持上次方向
if(fabsf(filtered_rpm) < 5.0f) {delta = (last_direction == POSITIVE) ? 1 : -1;
} else {last_direction = (delta > 0) ? POSITIVE : NEGATIVE;
}

编码器中断设为最高优先级

在速度计算临界区关闭中断：

__disable_irq();
// 临界区操作
__enable_irq();

配置 Z 相为外部中断

在中断内重置计数器：

void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin) {if(GPIO_Pin == Z_PHASE_PIN) {__HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim2, 0);
        g_home_position_flag = 1;
    }
}