ABZ编码器测速入门指南：从原理到实战避坑

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ABZ 编码器是工业自动化中常见的转速 / 位置传感器，广泛用于伺服电机控制、CNC 机床、机器人关节等场景。其核心功能是将机械运动转化为电信号，通过 A / B 两相正交脉冲和 Z 相索引信号，实现高精度运动检测。

典型应用场景 ：
伺服电机闭环控制中的速度反馈
传送带物料定位
机械臂关节角度测量
测速重要性 ：
直接影响运动控制系统的动态响应
精度不足会导致定位偏差或速度波动
工业场景要求测速误差通常小于 0.1%

ABZ 编码器输出三路信号：

A/ B 相 ：相位差 90°的方波（正交信号）
旋转方向判断：A 相上升沿时 B 相电平状态
每转脉冲数（PPR）决定分辨率
Z 相 ：每转产生一个索引脉冲
用于机械位置清零
消除累计误差的关键

（注：此处应为 A / B 相正交波形与 Z 脉冲的位置关系示意图）

原理：固定时间内统计脉冲数量
优点：低速时精度高
缺点：高速时可能丢失脉冲
适用场景 ：转速 <100RPM

原理：测量单个脉冲周期时间
优点：高速时分辨率好
缺点：低速时误差显著
适用场景 ：转速 >1000RPM

（注：展示两种方法在不同转速区间的误差曲线）

// 使用 TIM3 的通道 1 / 2 接编码器 A / B 相
void Encoder_Init(void) {TIM_Encoder_InitTypeDef sConfig = {0};
  TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0};

  htim3.Instance = TIM3;
  htim3.Init.Prescaler = 0;
  htim3.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
  htim3.Init.Period = 0xFFFF; // 16 位计数器
  htim3.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
  htim3.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE;

  // 编码器模式配置（X4 倍频）sConfig.EncoderMode = TIM_ENCODERMODE_TI12;
  sConfig.IC1Polarity = TIM_ICPOLARITY_RISING;
  sConfig.IC1Selection = TIM_ICSELECTION_DIRECTTI;
  sConfig.IC1Prescaler = TIM_ICPSC_DIV1;
  sConfig.IC1Filter = 6; // 设置数字滤波器 (参考时钟频率配置)

  // 类似配置 IC2 参数...
  HAL_TIM_Encoder_Init(&htim3, &sConfig);

  // 启动编码器接口
  HAL_TIM_Encoder_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_ALL);
}

// 每 100ms 调用一次速度计算
float Get_Speed_RPM(void) {
  static uint16_t last_count = 0;
  uint16_t current_count = TIM3->CNT;
  int16_t delta = (int16_t)(current_count - last_count);

  // 考虑计数器溢出情况
  if(delta < -30000) delta += 65536;
  else if(delta > 30000) delta -= 65536;

  last_count = current_count;

  // 单位转换公式：// RPM = (Δcount * 60) / (PPR * 4 * 采样时间)
  // 假设 PPR=500, 采样时间 =0.1s
  return (delta * 60.0f) / (500 * 4 * 0.1f); 
}

低速优化 （<100RPM）：
增大采样周期（如 500ms）
启用 TIM 的输入捕获滤波器（IC1F=0xF）
高速优化 （>3000RPM）：
采用周期测量法
使用 TIM 输入捕获直接测量脉冲宽度

中断方式 ：
适用于单轴或低频率场景
需要优化 ISR 执行时间（<5μs）
DMA 方式 ：
多轴系统首选
配置 TIM 触发 DMA 传输计数值
推荐使用循环缓冲模式

硬件滤波 ：

RC 滤波截止频率计算：

f_c = 1/(2πRC)
建议 f_c > 10 倍最大信号频率

典型值：R=1kΩ, C=100nF（截止频率≈1.6kHz）
软件滤波 ：
移动平均滤波（窗口大小 4~8）
中值滤波（适用于异常脉冲）

中断冲突解决 ：
分配不同优先级（NVIC 分组）
关键轴使用抢占优先级
时间同步技巧 ：
使用 TIM 从模式 + 触发输入
所有编码器共用同一个时基

32 位扩展方案 ：

volatile uint32_t total_count = 0;

void TIM3_IRQHandler(void) {if(__HAL_TIM_GET_FLAG(&htim3, TIM_FLAG_UPDATE)) {if(TIM3->CNT > 0x7FFF) total_count += 0x10000;
    else total_count -= 0x10000;
  }
}