⚠️ 本文基于 STM32F103C8T6 + 标准库 V3.5.0，适用于江科大 STM32 入门教程体系。编码器接口属于定时器基础功能，原理跨版本通用，但 HAL 库函数名和配置方式会有差异。

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一、前言

做过电机控制或者智能小车的朋友一定遇到过这个问题：怎么测电机的转速？

最原始的办法是接编码器的 A 相到外部中断引脚，每次来一个脉冲进一次中断，在中断里手动计数。但这样有个大问题——脉冲频率一高，CPU 就忙不过来了。编码器转一圈可能产生几百个脉冲，电机转速一上来，中断频率爆炸，主循环都跑不动了。

这时候 STM32 的 编码器接口（Encoder Interface） 就派上用场了。它是定时器内部的一个硬件模块，能自动接收编码器的正交信号，自动控制 CNT 计数器自增或自减，你只需要每隔一段时间去读一下 CNT 的值，就知道编码器转了多少、往哪个方向转的。CPU 完全不用干预！

今天这篇文章，我就把编码器接口的原理、三种工作模式、所有相关库函数、以及完整代码实战给大家讲清楚。

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二、编码器接口是什么？

2.1 基本概念

编码器接口是 STM32 定时器内部的一个硬件模块，专门用来接 增量式（正交）编码器。

它的核心能力就三个：

能力	说明
自动计数	编码器 A、B 相的脉冲直接作为 CNT 的计数时钟，不需要 CPU 干预
自动辨向	根据 A、B 相的相位关系，自动判断正转（CNT++）还是反转（CNT--）
测速测位	CNT 的值直接表示编码器的位置；定时取 CNT 值并清零，就能算出速度

💡 我的理解：你可以把编码器接口想象成一个"自动秘书"。以前你（CPU）要亲自数脉冲（进中断），现在秘书（硬件）帮你数，你每隔一段时间问一下"数到多少了"就行，轻松多了。

2.2 编码器接口"借"了谁的资源？

每个 高级定时器 和 通用定时器 都有 1 个编码器接口。它占用的硬件资源很"克制"：

• 引脚：只占用 CH1 和 CH2 两个引脚（对应输入捕获的通道 1 和通道 2）

• 通路：借用了输入捕获前端的 滤波器 和 边沿检测 模块

• 输出：直接控制时基单元的 CNT 计数器（控制计数时钟和计数方向）

CH3 和 CH4 与编码器接口完全无关，后面的预分频器、CCR 寄存器也不参与编码器接口的工作。

图中展示了编码器接口的数据通路：GPIO → 滤波器 → 边沿检测/极性选择 → 产生 TI1FP1 和 TI2FP2 → 编码器接口 → 控制 PSC 和 CNT。编码器接口相当于一个"从模式控制器"，根据 A、B 相的边沿和相位关系，决定 CNT 是自增还是自减。

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三、正交信号：编码器为什么能辨向？

3.1 什么是正交信号？

增量式编码器有两路输出，叫 A 相 和 B 相。它们输出的是方波，但两路方波之间有一个固定的 90° 相位差。

• 正转时：A 相超前 B 相 90°

• 反转时：A 相滞后 B 相 90°（或者说 B 相超前 A 相 90°）

上图展示了正转和反转时的 A、B 相波形。正转时 A 相上升沿对应 B 相低电平；反转时 A 相上升沿对应 B 相高电平。正是这个"另一相的电平状态"差异，让编码器接口能判断方向。

3.2 编码器接口怎么判断方向？

编码器接口的设计逻辑很巧妙：

把 A 相和 B 相的所有边沿（上升沿 + 下降沿）都作为计数时钟，但向上计数还是向下计数，取决于边沿发生时"另一相"的电平状态。

例如：

• 正转时，A 相产生上升沿，此时 B 相是低电平 → CNT++

• 反转时，A 相产生上升沿，此时 B 相是高电平 → CNT--

因为正转和反转时，同一相边沿对应的"另一相电平"正好是相反的，所以硬件能自动区分方向。

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四、三种工作模式详解

编码器接口有三种计数模式，由 TIM_EncoderInterfaceConfig 的第一个参数决定：

模式	宏定义	计数边沿	适用场景
仅 TI1 计数	TIM_EncoderMode_TI1	只在 A 相（TI1）的边沿计数	只需要单倍精度
仅 TI2 计数	TIM_EncoderMode_TI2	只在 B 相（TI2）的边沿计数	只需要单倍精度
TI1 和 TI2 都计数	TIM_EncoderMode_TI12	A 相和 B 相的边沿都计数	四倍频，精度最高，最常用

💡 我的理解：什么叫"四倍频"？编码器转一圈，A 相和 B 相各输出一圈脉冲（比如各 100 个）。如果只在 A 相计数，一圈计 100 次；如果在 A、B 两相的上升沿和下降沿都计数，一圈就能计 400 次！分辨率直接翻 4 倍，所以叫四倍频。测速测位都用这个模式。

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五、配置六步法

编码器接口的配置流程非常固定，记住这六步：

表格

步骤	操作内容	对应代码
第 1 步	RCC 开启时钟（GPIO + TIM）	RCC_APB1PeriphClockCmd、RCC_APB2PeriphClockCmd
第 2 步	GPIO 初始化，配置为输入模式	GPIO_Init
第 3 步	配置时基单元（PSC 不分频，ARR 给最大）	TIM_TimeBaseInit
第 4 步	配置输入捕获单元（只配滤波器和极性）	TIM_ICInit
第 5 步	配置编码器接口模式	TIM_EncoderInterfaceConfig
第 6 步	开启定时器	TIM_Cmd

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六、所有相关库函数详解

这一节我把编码器接口会用到的 全部库函数 列出来，一个一个讲清楚。

6.1 编码器接口配置函数（核心中的核心）

① 编码器接口模式配置

void TIM_EncoderInterfaceConfig(TIM_TypeDef* TIMx, 
                                uint16_t TIM_EncoderMode,
                                uint16_t TIM_IC1Polarity, 
                                uint16_t TIM_IC2Polarity);
// 解析：TIMx             —— 指定定时器，如 TIM3
//       TIM_EncoderMode  —— 编码器模式选择
//           TIM_EncoderMode_TI1   ：仅在 TI1（A相）边沿计数
//           TIM_EncoderMode_TI2   ：仅在 TI2（B相）边沿计数
//           TIM_EncoderMode_TI12  ：TI1 和 TI2 边沿都计数（四倍频，最常用）
//       TIM_IC1Polarity  —— 通道 1（TI1）的极性/边沿选择
//           TIM_ICPolarity_Rising  ：上升沿有效（不反相）
//           TIM_ICPolarity_Falling ：下降沿有效（反相）
//       TIM_IC2Polarity  —— 通道 2（TI2）的极性/边沿选择，同上
// 注意：这个函数是编码器接口的"一键配置"，调用后硬件自动接管 CNT 的计数

💡 我的理解：这个函数就是编码器接口的"总开关"。一旦调用，定时器就不再走内部时钟了，而是把 TI1FP1 和 TI2FP2 当成外部时钟源，并且根据两相信号的相位关系自动决定 CNT 是加还是减。极性参数一般两个都写 Rising，表示不反相，正常计数。

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6.2 时基单元相关函数

② 选择内部时钟源

void TIM_InternalClockConfig(TIM_TypeDef* TIMx);
// 解析：TIMx —— 指定定时器
// 功能：配置定时器使用内部时钟（CK_INT），编码器接口模式下其实用不到内部时钟，
//       但时基单元初始化前显式调用一下是好习惯

③ 时基单元初始化

void TIM_TimeBaseInit(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_TimeBaseInitTypeDef* TIM_TimeBaseInitStruct);
// 解析：TIMx                  —— 指定定时器
//       TIM_TimeBaseInitStruct —— 时基结构体指针

TIM_TimeBaseInitTypeDef 结构体成员（编码器接口模式下的特殊配置）：

成员	编码器接口下的配置	说明
TIM_ClockDivision	TIM_CKD_DIV1	时钟不分频
TIM_CounterMode	TIM_CounterMode_Up	向上计数（编码器接口会覆盖方向）
TIM_Period	65536 - 1	ARR 给最大，防止计数溢出
TIM_Prescaler	1 - 1（即 0）	PSC 不分频！ 编码器脉冲直接进 CNT
TIM_RepetitionCounter	0	仅高级定时器有效

⚠️ 踩坑预警：编码器接口模式下，PSC 一定要设为 0（1-1）！因为编码器脉冲就是 CNT 的计数时钟，如果再分频，脉冲就被吃了，数出来的值就不对了。ARR 一定要给最大（65535），不然编码器转得快一点就溢出了。

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6.3 输入捕获配置函数

④ 输入捕获单元初始化

void TIM_ICInit(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_ICInitTypeDef* TIM_ICInitStruct);
// 解析：TIMx             —— 指定定时器
//       TIM_ICInitStruct —— 输入捕获结构体指针
// 注意：编码器接口只借用输入捕获的"前端"（滤波器和边沿检测），
//       所以只需要配置滤波器和极性，通道选择等参数不影响编码器接口

TIM_ICInitTypeDef 结构体成员（编码器接口模式下）：

成员	常用配置	说明
TIM_Channel	TIM_Channel_1 / TIM_Channel_2	分别配置 CH1 和 CH2
TIM_ICFilter	0xF	输入滤波器，最大滤波消除抖动
TIM_ICPolarity	TIM_ICPolarity_Rising	极性选择，实际由 EncoderInterfaceConfig 覆盖
TIM_ICPrescaler	TIM_ICPSC_DIV1	不分频
TIM_ICSelection	TIM_ICSelection_DirectTI	直连模式

💡 我的理解：编码器接口模式下，TIM_ICInit 主要目的是配置滤波器。因为编码器信号可能会有机械抖动，滤波器能把毛刺滤掉。极性其实最终由 TIM_EncoderInterfaceConfig 决定，但这里也写 Rising 保持一致。

⑤ 给输入捕获结构体赋默认值

void TIM_ICStructInit(TIM_ICInitTypeDef* TIM_ICInitStruct);
// 解析：TIM_ICInitStruct —— 输入捕获结构体指针
// 功能：把结构体所有成员填充为默认值，防止未初始化成员导致奇怪问题
// 建议：定义结构体后先调用这个函数，再修改需要的成员

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6.4 计数器读写函数

⑥ 获取当前计数器值

uint16_t TIM_GetCounter(TIM_TypeDef* TIMx);
// 解析：TIMx —— 指定定时器
// 返回值：当前 CNT 计数器的值（0~65535）
// 注意：编码器正转时 CNT 增加，反转时 CNT 减小，但 CNT 本身是 uint16_t
//       如果要判断方向，需要结合前后两次读数的差值符号（用 int16_t 强制转换）

⑦ 设置计数器值

void TIM_SetCounter(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t Counter);
// 解析：TIMx    —— 指定定时器
//       Counter —— 要写入的计数值
// 功能：直接给 CNT 赋一个值，常用于清零操作（写 0）

💡 我的理解：测速的标准套路是——定时（比如每 100ms）调用 TIM_GetCounter 读出 CNT，然后用 TIM_SetCounter(TIM3, 0) 清零。两次读数的差值就是这段时间内的脉冲数，除以时间就能得到转速。

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6.5 定时器开关

⑧ 使能/失能定时器

void TIM_Cmd(TIM_TypeDef* TIMx, FunctionalState NewState);
// 解析：TIMx     —— 指定定时器
//       NewState —— ENABLE（开启）或 DISABLE（关闭）
// 功能：定时器的总开关，所有配置完成后最后调用

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七、完整代码实战：编码器接口测速

下面是基于 TIM3 编码器接口（PA6-A相，PA7-B相） 的完整代码。我把每一行都加上了详细解析，方便大家对照理解。

7.1 编码器接口初始化函数

#include "stm32f10x.h"

/**
  * @brief  编码器接口初始化（TIM3，PA6-CH1/A相，PA7-CH2/B相）
  * @param  无
  * @retval 无
  * @note   适用 STM32F103C8T6，标准库 V3.5.0
  *         使用四倍频模式（TI1+TI2），最大量程
  */
void Encoder_Init(void)
{
    /* ========== 第 1 步：RCC 开启时钟 ========== */
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);   // 解析：开启 TIM3 时钟，TIM3 在 APB1 总线上
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);  // 解析：开启 GPIOA 时钟，PA6、PA7 需要它
    
    /* ========== 第 2 步：GPIO 初始化 ========== */
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;                   // 解析：定义 GPIO 初始化结构体
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;        // 解析：配置上拉输入，防止引脚浮空导致误触发
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7; // 解析：选择 PA6 和 PA7，分别对应 TIM3_CH1 和 TIM3_CH2
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;    // 解析：输入模式下此参数不影响，但习惯性写上
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);               // 解析：调用初始化函数，将配置写入 PA6 和 PA7
    
    /* ========== 第 3 步：配置时基单元 ========== */
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;      // 解析：定义时基初始化结构体
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;   // 解析：时钟不分频，滤波器采样频率最高
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; // 解析：向上计数模式，编码器接口会自动覆盖方向
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 65536 - 1;     // 解析：ARR = 65535，最大量程，防止编码器转多了溢出
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 1 - 1;    // 解析：【关键】PSC = 0，编码器脉冲直接作为 CNT 时钟，不分频！
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;  // 解析：重复计数器，仅高级定时器有效，通用定时器写 0
    TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseInitStructure);   // 解析：将时基参数写入 TIM3 寄存器
    
    /* ========== 第 4 步：配置输入捕获单元（滤波器） ========== */
    TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;                 // 解析：定义输入捕获结构体
    TIM_ICStructInit(&TIM_ICInitStructure);               // 解析：先给结构体赋默认值，防止未定义成员捣乱
    
    TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1;      // 解析：配置通道 1（对应 PA6 / A相）
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0xF;               // 解析：输入滤波器设为最大（0xF），滤除机械抖动产生的毛刺
    TIM_ICInit(TIM3, &TIM_ICInitStructure);               // 解析：将通道 1 配置写入 TIM3
    
    TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_2;      // 解析：配置通道 2（对应 PA7 / B相）
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0xF;               // 解析：同样配置最大滤波
    TIM_ICInit(TIM3, &TIM_ICInitStructure);               // 解析：将通道 2 配置写入 TIM3
    
    /* ========== 第 5 步：配置编码器接口模式 ========== */
    TIM_EncoderInterfaceConfig(TIM3, TIM_EncoderMode_TI12, // 解析：【核心】选择 TI1+TI2 模式，A相和B相的边沿都计数（四倍频）
                               TIM_ICPolarity_Rising,     // 解析：通道 1 极性不反相，上升沿有效
                               TIM_ICPolarity_Rising);    // 解析：通道 2 极性不反相，上升沿有效
    
    /* ========== 第 6 步：开启定时器 ========== */
    TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);                                // 解析：启动 TIM3，编码器接口开始工作，硬件自动计数
}

7.2 编码器数值获取函数

/**
  * @brief  获取编码器当前计数值并清零
  * @param  无
  * @retval int16_t 编码器变化量，正数表示正转，负数表示反转
  * @note   建议在固定时间间隔（如 10ms/100ms）调用此函数来测速
  */
int16_t Encoder_Get(void)
{
    int16_t Temp;                                         // 解析：定义有符号变量，用来保存带方向的结果
    
    Temp = TIM_GetCounter(TIM3);                          // 解析：读取当前 CNT 值（0~65535）
                                                          //       正转时 CNT 增加，反转时 CNT 减小（向下计数）
    
    TIM_SetCounter(TIM3, 0);                              // 解析：将 CNT 清零，为下一次采样做准备
    
    return Temp;                                          // 解析：返回本次采样到的脉冲数（带符号）
                                                          //       注意：uint16_t 转 int16_t，0~32767 为正，32768~65535 为负
}

💡 我的理解：这里返回 int16_t 非常关键。因为 TIM_GetCounter 返回的是 uint16_t，但编码器反转时 CNT 是向下减的。如果当前 CNT 值从 0 减到了 65535（借位），直接当无符号数读就是 65535，显然不对。强制转成 int16_t 后，65535 就变成了 -1，正好表示反转了 1 个脉冲。这个类型转换的细节江科大在视频里强调过。

7.3 主函数调用示例（测速框架）

#include "stm32f10x.h"
#include "OLED.h"

int main(void)
{
    OLED_Init();        // 解析：初始化 OLED，用于显示转速
    Encoder_Init();     // 解析：初始化编码器接口
    
    int16_t Speed;      // 解析：定义速度变量，有符号表示方向
    
    while (1)
    {
        Delay_ms(100);                  // 解析：延时 100ms，作为"闸门时间"
        Speed = Encoder_Get();          // 解析：获取这 100ms 内编码器的脉冲变化量
        
        // 解析：在 OLED 上显示速度，正数为正转，负数为反转
        OLED_ShowSignedNum(1, 1, Speed, 5);
    }
}

💡 我的理解：这个 Delay_ms(100) + Encoder_Get() 的组合就是最简单的测速法——测频法。每 100ms 读一次 CNT，读出来的值就是这段时间内的脉冲数。

更详细代码：STM32_Project: 基于江科大的STM32的教程编写的程序

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八、我的理解

第一次学编码器接口的时候，我最大的困惑是：它到底"借"了输入捕获的哪些资源？ 看了江科大的视频和参考手册才搞清楚——编码器接口只借用了输入捕获前端的 滤波器 和 边沿检测，后面的预分频器、CCR 寄存器它一概不用。所以配置输入捕获的时候，你不需要关心通道选择、预分频这些，只要配好滤波器就行。

还有一个让我恍然大悟的点：编码器接口相当于"带有方向控制的外部时钟"。普通的外部时钟模式（External Clock Mode 1）只能让 CNT 单向递增，但编码器接口能根据 A、B 相的相位关系自动决定是递增还是递减。这意味着你不需要软件判断方向，硬件全帮你做了！

关于四倍频，我之前一直以为是软件做的，后来才明白是硬件天然支持的。因为编码器接口在 TI12 模式下，A 相的上升沿、下降沿和 B 相的上升沿、下降沿都会触发计数，一圈 100 线的编码器就能计 400 次，分辨率直接翻倍再翻倍。对于需要精确控制的场景（比如 PID 调速），四倍频太重要了。

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九、踩坑记录

踩坑点	现象	原因	解决方法
1. PSC 设了分频	编码器转很多圈，CNT 只增加一点点	编码器脉冲被 PSC 分频了，大部分脉冲被"吞"了	PSC 必须设为 0（1-1），编码器脉冲直接进 CNT
2. ARR 设得太小	编码器转快了之后数值突然跳变	CNT 溢出，从 65535 回到 0	ARR 设为 65536 - 1（最大），并定期清零
3. 只用了一相计数	测速精度不够，低速时抖动大	用了 TIM_EncoderMode_TI1，只在一相边沿计数	改用 TIM_EncoderMode_TI12，四倍频提高分辨率
4. GPIO 模式选错	CNT 乱跳，数值不稳定	用了浮空输入，引脚受干扰	改成 上拉输入（IPU） 或 下拉输入（IPD）
5. 返回类型用 uint16_t	反转时显示超大数值（如 65530）	反转时 CNT 向下减，借位后无符号数解读错误	Encoder_Get 返回 int16_t，强制转换带符号

最惨痛的一次：我把编码器的 A、B 相接反了，结果电机正转时 OLED 显示负数，反转显示正数。排查了半天代码，以为是极性配错了，最后发现是物理线接反了……从那以后，我接编码器之前一定会先确认 A 相和 B 相的定义。

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十、总结表格

项目	说明
编码器接口本质	定时器内部硬件模块，自动接收正交信号并控制 CNT 计数
占用资源	仅占用 CH1（PA6）和 CH2（PA7），借用输入捕获前端滤波器和边沿检测
辨向原理	A、B 相 90° 相位差，边沿触发时根据"另一相电平"判断方向
四倍频	TIM_EncoderMode_TI12 模式，A、B 相所有边沿都计数，分辨率 ×4
核心函数	TIM_EncoderInterfaceConfig（一键配置）、TIM_GetCounter（读数）、TIM_SetCounter（清零）
PSC 配置	必须设为 0（不分频），否则脉冲被吞
ARR 配置	设为 65535（最大量程），防止溢出
测速方法	固定闸门时间读 CNT 并清零，脉冲数 / 时间 = 速度
返回类型	用 int16_t 保存 CNT 值，才能正确表示正反转方向
适用边界	标准库 V3.5.0 + STM32F103C8T6；增量式正交编码器
注意事项	必须共地！PSC 必须为 0！ARR 必须最大！返回必须用有符号数！

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十一、结语

写这篇文章的时候，我把江科大的视频又回顾了一遍，重新梳理了编码器接口在定时器框图中的位置和它的数据通路。编码器接口真的是 STM32 定时器里一个非常贴心的设计——它把"数脉冲"这种简单但频繁的任务完全交给硬件，让 CPU 去干更重要的事情。

从外部中断手动计数，到编码器接口硬件自动计数，这就是用硬件资源换软件资源的典型例子。理解了这一点，你就能明白为什么 STM32 要设计这么多专用硬件模块——它们不是为了炫技，而是为了让你写更少的代码、跑更稳的程序。

希望这篇文章能帮你理清编码器接口的思路。如果你在接编码器或者测速的过程中遇到了其他问题，欢迎在评论区交流，我们一起踩坑、一起进步！

📌 开发环境：Keil5 + STM32F103C8T6最小系统板 + ST-Link
📌 参考资料：江科大STM32入门教程、《STM32F10xxx参考手册》
📌 前置文章：江科大STM32入门：TIM输入捕获之PWMI模式——用一根线同时测频率和占空比

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