AB相编码器速度测量实战：从硬件连接到算法优化

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AB 相编码器在工业控制中广泛应用，但在实际使用中常遇到以下问题：

信号抖动问题 ：在高速旋转时，信号边沿容易产生毛刺，导致误计数
低速测量不准 ：传统脉冲计数法在低速时分辨率不足
方向误判 ：当 AB 相信号存在相位偏移时，可能出现方向误判

常见的速度测量方法对比：

脉冲计数法 ：适用于中高速场景，低速时误差大
T 法 ：通过测量脉冲周期计算速度，适合低速但高速时精度下降
M- T 法 ：结合脉冲计数和时间测量，全速度范围内精度较高

使用 STM32 的编码器接口模式，关键配置如下：

// TIM3 编码器模式配置
TIM_Encoder_InitTypeDef sEncoderConfig = {0};
sEncoderConfig.EncoderMode = TIM_ENCODERMODE_TI12;
sEncoderConfig.IC1Polarity = TIM_ICPOLARITY_RISING;
sEncoderConfig.IC1Selection = TIM_ICSELECTION_DIRECTTI;
sEncoderConfig.IC1Prescaler = TIM_ICPSC_DIV1;
sEncoderConfig.IC1Filter = 0x0F;  // 设置滤波器
// 类似配置 IC2...
HAL_TIM_Encoder_Init(&htim3, &sEncoderConfig);

施密特触发器 ：使用 74HC14 整形信号
RC 滤波 ：推荐 100Ω 电阻 +100nF 电容组成低通滤波器
抗干扰布线 ：
使用双绞线传输信号
信号线远离电源线
必要时增加屏蔽层

利用 AB 相的上升沿和下降沿实现 4 倍频：

// 在定时器中断中处理
void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
    static int32_t last_count = 0;
    int32_t current_count = TIM3->CNT;
    int32_t delta = current_count - last_count;

    // 处理计数器溢出
    if(delta > ENCODER_MAX/2) delta -= ENCODER_MAX;
    else if(delta < -ENCODER_MAX/2) delta += ENCODER_MAX;

    total_pulses += delta;
    last_count = current_count;
}

转速计算公式（单位：rpm）：

 转速 = (脉冲数 × 60) / (编码器线数 × 4 × 采样时间)

其中：
– 脉冲数：测量周期内捕获的脉冲数
– 编码器线数：编码器每转输出的脉冲数
– 4：四倍频系数
– 采样时间：单位为秒

只做必要的最小操作
避免在中断中进行浮点运算
使用原子操作更新共享变量

配置定时器通过 DMA 自动传输计数值：

// DMA 配置示例
__HAL_LINKDMA(&htim3, hdma[TIM_DMA_ID_CC1], hdma_tim3_ch1);
HAL_DMA_Start_IT(&hdma_tim3_ch1, (uint32_t)&TIM3->CNT, (uint32_t)&encoder_buffer, 1);

// 简化的卡尔曼滤波器实现
float kalman_update(float measurement) {
    static float P = 1.0, K, x = 0;
    static float Q = 0.01, R = 0.1;

    // 预测
    P = P + Q;

    // 更新
    K = P / (P + R);
    x = x + K * (measurement - x);
    P = (1 - K) * P;

    return x;
}