AB相霍尔编码器原理图解析与电机测速应用实战

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在电机测速领域，AB 相霍尔编码器因其结构简单、抗污染能力强等优点被广泛应用。但在实际项目落地时，开发者常遇到以下问题：

信号抖动导致转速计算误差大（±10% 以上）
高速旋转时丢失脉冲（尤其 500RPM 以上工况）
工业环境电磁干扰引发误触发

传统光耦编码器方案存在明显局限：

光电元件易受灰尘 / 油污影响
需要精密机械安装（间隙 <0.5mm）
无法直接输出正交信号

典型的 AB 相霍尔编码器原理图包含三个核心部分：

磁场感应单元 ：采用双极锁存型霍尔元件（如 AH49E），当 S 极靠近时输出低电平，N 极靠近输出高电平
相位设计 ：两个霍尔元件空间排布相差 1 / 4 磁极间距（机械角度 90°），产生相位差 90°的方波
输出波形 ：理想状态下 AB 相输出如下特征：
正交方波（占空比 50%±5%）
上升 / 下降沿时间 <1μs
相位关系决定转向（A 领先 B 为正转）

图：AB 相典型输出波形（标注关键相位参数）

使用 TIM2 定时器的编码器模式，硬件连接如下：

A 相接 PA0（TIM2_CH1）
B 相接 PA1（TIM2_CH2）

关键电路设计 ：

施密特触发器整形（采用 SN74LVC2G17）：
正向阈值电压：1.6V
滞后电压：0.8V
计算公式：V_H = (R1/(R1+R2)) * VCC
电源滤波：
0.1μF 陶瓷电容靠近编码器供电引脚
共模扼流圈抑制长线干扰

定时器设置：
Encoder Mode: “Encoder Mode TI1 and TI2”
Counter Period: 65535（16 位最大值）
IC1/IC2 Filter: 0xF（最大滤波）
GPIO 配置：
输入模式：Pull-up
Speed: High

// 摘自 STM32F1 参考手册 RM0008 13.4.3 节
TIM_EncoderInterfaceConfig(TIM2, TIM_EncoderMode_TI12, 
                          TIM_ICPolarity_Rising, 
                          TIM_ICPolarity_Rising);
// 启用计数器
TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);

捕获模式实现 ：

uint32_t Get_Speed(void) {
  static uint32_t last_count = 0;
  uint32_t current = TIM_GetCounter(TIM2);
  uint32_t delta = (current > last_count) ? 
                  (current - last_count) : 
                  (0xFFFF - last_count + current);
  last_count = current;
  return delta * 60 / ENCODER_PPR; // 转换为 RPM
}

数字滤波优化 ：

#define FILTER_WINDOW 5
uint32_t filter_buf[FILTER_WINDOW];

uint32_t Moving_Average(uint32_t new_val) {
  static uint8_t idx = 0;
  uint32_t sum = 0;

  filter_buf[idx++] = new_val;
  if(idx >= FILTER_WINDOW) idx = 0;

  for(uint8_t i=0; i<FILTER_WINDOW; i++) {sum += filter_buf[i];
  }
  return sum / FILTER_WINDOW;
}