ABZ编码器解析：线与四倍频的技术原理与工程实践

1次阅读

共计 2813 个字符，预计需要花费 8 分钟才能阅读完成。

旋转编码器在工业控制领域扮演着至关重要的角色，从数控机床到机器人关节，它们负责将机械运动转化为电信号。但原始 AB 相脉冲存在一个明显问题——分辨率不足。

原始信号限制 ：标准正交编码器每转仅产生固定数量的脉冲（如 1000 线编码器每转产生 1000 个 A 相和 1000 个 B 相脉冲）。
高精度需求 ：现代运动控制系统往往要求亚微米级定位精度，这就需要对原始信号进行倍频处理。

优点：
实现简单，仅需检测单相信号的边沿
对 MCU 资源要求低
缺点：
分辨率提升有限（仅 2 倍）
无法利用正交信号的全部信息

优点：
最大程度利用正交信号（分辨率提升 4 倍）
提高抗干扰能力（通过状态校验）
缺点：
需要更复杂的处理逻辑
对 MCU 性能要求更高

 A 相: __|¯¯|__|¯¯|__
B 相: ¯¯|__|¯¯|__|¯¯（超前 90°相位差）

A 上升沿 + B 低电平 ：正向计数 +1
B 上升沿 + A 高电平 ：正向计数 +1
A 下降沿 + B 高电平 ：正向计数 +1
B 下降沿 + A 低电平 ：正向计数 +1
（反向运动时对应状态减 1）

// GPIO 配置（以 TIM3 为例）GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_7; // PA6(A), PA7(B)
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF2_TIM3;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

// 定时器编码器模式配置
TIM_Encoder_InitTypeDef sConfig = {0};
TIM_HandleTypeDef htim3;
htim3.Instance = TIM3;
htim3.Init.Prescaler = 0;
htim3.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
htim3.Init.Period = 0xFFFF;
htim3.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
htim3.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE;
sConfig.EncoderMode = TIM_ENCODERMODE_TI12; // 双通道模式
sConfig.IC1Polarity = TIM_ICPOLARITY_RISING;
sConfig.IC1Selection = TIM_ICSELECTION_DIRECTTI;
sConfig.IC1Prescaler = TIM_ICPSC_DIV1;
sConfig.IC1Filter = 0x0F; // 数字滤波
// 重复上述配置 IC2...
HAL_TIM_Encoder_Init(&htim3, &sConfig);
HAL_TIM_Encoder_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_ALL);

// 状态变量定义
typedef enum {
    STATE_0 = 0, // A=0,B=0
    STATE_1,     // A=0,B=1
    STATE_2,     // A=1,B=1
    STATE_3      // A=1,B=0
} EncoderState;

EncoderState prevState = STATE_0;
int32_t pulseCount = 0;

void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin) {uint8_t currA = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_6);
    uint8_t currB = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_7);
    EncoderState currState = (currA << 1) | currB;

    switch(prevState) {
        case STATE_0:
            if(currState == STATE_1) pulseCount--;
            else if(currState == STATE_3) pulseCount++;
            break;
        case STATE_1:
            if(currState == STATE_2) pulseCount--;
            else if(currState == STATE_0) pulseCount++;
            break;
        case STATE_2:
            if(currState == STATE_3) pulseCount--;
            else if(currState == STATE_1) pulseCount++;
            break;
        case STATE_3:
            if(currState == STATE_0) pulseCount--;
            else if(currState == STATE_2) pulseCount++;
            break;
    }
    prevState = currState;
}

数字滤波 ：配置定时器输入捕获滤波（见 IC1Filter 参数）

软件消抖 ：连续采样三次确认稳定状态

#define DEBOUNCE_SAMPLES 3
uint8_t stableRead(uint16_t pin) {uint8_t samples[DEBOUNCE_SAMPLES];
    for(int i=0; i<DEBOUNCE_SAMPLES; i++) {samples[i] = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, pin);
        delay_us(10);
    }
    // 取多数一致值
    return (samples[0]+samples[1]+samples[2]) > DEBOUNCE_SAMPLES/2;
}