编码器

增量式编码器倍频技术

增量式编码器输出的常见脉冲波形信号形式：

占空比为50%的方波，通道A和通道B相位差为90°。

正弦波的模拟信号，通道A和通道B相位差为90°。

对于占空比为50%的方波，通道A和通道B相位差为90°。先以下图为例子。

如果只在某一通道的上升沿计数，则计数频率 = 该通道频率。

如果在某一通道的上升沿和下降沿都计数，则计数频率 = 该通道频率 * 2，即2倍频。

如果在双通道的上升沿和下降沿都计数，则计数频率 = 该通道频率 * 4，即4倍频。

因此，至少在1/2个原始方波周期内就可以计数一次，最多在1/4个原始方波周期内就可以计数一次。这样计数频率就是原始方波信号的2或4倍，即编码器的分辨率提高了2倍到4倍。

假设有个增量式编码器的分辨率是600PPR，能分辨最小角度是0.6°，对它进行4倍频后就相当于把分辨率提高到600*4=2400PPR，此时编码器能够分辨的最小角度为0.15°。

编码器倍频计数还可以用来扩展一些测速方法的速度适用范围。例如电机测试通常使用M法测量，编码器4倍频后可以扩展M法的速度下限。

常用编码器测速方法：M法、T法和M/T法

对于电机转速的测试，可以把增量式编码器安装到电机上，用控制器对编码器脉冲进行计数，然后通过特定的方法求出电机转速。

M法（频率测量法）：在一个固定的定时时间内（以秒为单位），统计这段时间的编码器脉冲数，计算速度值。

设编码器单圈脉冲数为C，在时间T内统计到的编码器脉冲数为M，则转速n = M / CT。编码器单圈脉冲数C是一个常数，所以转速n和M成正比，使得在高速测量时M变大可以获得较好的测量精度和平稳度。但如果速度很低，低到每个T只有几个脉冲，此时算出的转速误差就会比较大，并且不稳定。

有一些方法可以改善M法在低速测量的准确性，比如增量式编码器倍频技术。当原本捕获到的脉冲M只有4个，经过4倍频后，相同电机状态M变成了16个，也就提升了低速下的测量精度。

T法（周期测量法）：建立在一个已知频率的高频脉冲并对其计数，计数时间由捕获到的编码器相邻两个脉冲的间隔时间T决定，计数值为M。设编码器单圈总脉冲数为C，高频脉冲的频率为F，则转速n = 1/CT=F/CM。C和F是常数，所以转速n和M成反比。在电机高转速时，编码器脉冲间隔时间T很小，使得测量周期内的高频脉冲计数值M也变得很少，导致测量误差变大。而在低转速时，T足够大，测量周期内的M也足够多。所以T法和M法刚好相反，更适合测量低速。

M/T法：综合了M法和T法各自的优势，即测量编码器脉冲数又测量一定时间内的高频脉冲数。

在一个相对固定的时间内，计数编码器脉冲数为M0，并计数一个已知频率为F的高频脉冲，计数值为M1，设编码器单圈总脉冲数为C，则转速n = FM0/CM1。由于F和C是常数，所以转速n只受M0和M1的影响。电机高速时，M0增大，M1减小，相当于M法；电机低速时，M1增大，M0减小，相当于T法。

STM32的编码器接口

STM32芯片内部有专门用来采集增量式编码器方波信号的接口，这些接口实际上是STM32定时器的其中一种功能。编码器接口功能只有高级定时器TIM1/8和通用定时器TIM2~TIM5才有。

编码器接口用到了定时器的输入捕获部分。