简介：这份STM32F103编码器程序面向嵌入式开发初学者与电机控制方向的工程师，聚焦增量式编码器与STM32定时器接口的完整实现，可用于电机测速、位置检测等场景的参考与移植。压缩包共58个文件，约1.36MB，以C语言源码、头文件、Keil工程文件（uvproj、uvopt）、编译中间文件（o、crf、d）及hex烧录文件为主，另含启动汇编文件与JLink调试配置，工程结构完整，可直接打开编译。程序围绕TIM模块捕获编码器脉冲展开，涵盖GPIO输入配置、定时器预分频与计数模式设置、中断优先级管理及中断服务函数中读取计数值t的流程，并涉及信号滤波抗干扰与PID控制思路。已有2030人学习下载，适合对照源码理解编码器信号采集与中断处理的完整链路，快速搭建自己的电机控制工程。
1. 从一次电机测速翻车说起：STM32f103 编码器程序到底能干什么
前阵子帮一个做云台的朋友调板子，他用的就是 STM32f103 接增量式编码器测电机转速。现象很典型：串口打出来的速度值要么是 0，要么突然跳到几千，PID 一上就抖成筛子。他以为是编码器坏了，换了三个型号，问题照旧。最后定位到根因——定时器编码器模式配置成了「只数一个方向」，另一路信号根本没参与计数，方向一变计数就乱。这个坑其实在 STM32f103 编码器程序里非常常见，也是很多人第一次接触正交解码时最容易翻车的地方。
这份 STM32f103 编码器程序，核心就是围绕 TIM 定时器的 Encoder Interface 模式，把 A/B 两相正交信号解成带方向的计数值，再换算成转速、位置，供上层做闭环控制。它适合三类人：正在做电机测速、云台、平衡车、CNC 进给的学生和工程师；想从 GPIO 中断计数升级到硬件正交解码的开发者；以及需要一套能直接移植到 F103C8T6 最小系统上的参考代码的人。下面我按「能干什么 → 怎么跑 → 怎么改」的顺序，把这份程序拆开讲。
2. 架构与目录拆解：TIM 编码器模式是怎么把 A/B 相变成方向计数的
2.1 整体分层：从信号到转速的三段式
这份程序的结构不复杂，但分层很清楚，基本是「硬件抽象 → 编码器驱动 → 应用换算」三层。底层是 STM32f103 的 TIM 外设初始化，负责把 GPIO 配成浮空输入或上拉输入，再把对应通道映射到定时器的编码器接口；中间层是编码器读取与方向判断，负责在固定周期里取 CNT 值并做增量计算；上层是速度换算和溢出处理，把计数值转成 RPM 或 mm/s。
我一般会把这三层放在不同文件里，避免 main.c 变成一锅粥。常见做法是：
Project/ ├── Core/ │ ├── Inc/ │ │ ├── encoder.h // 编码器驱动接口 │ │ ├── motor.h // 电机控制接口 │ │ └── main.h │ └── Src/ │ ├── encoder.c // TIM 编码器模式初始化 + 读取 │ ├── motor.c // PWM 输出 + 方向控制 │ └── main.c // 主循环、定时采样、串口打印 ├── Drivers/ │ └── STM32F1xx_HAL_Driver/ └── STM32F103C8TX_FLASH.ld这个目录是 STM32CubeMX 生成工程后的典型形态，encoder.c 里放的是与 TIM 强相关的代码，motor.c 放 PWM，main.c 只做调度。这样分层的好处是：换定时器、换引脚，只动 encoder.c；换控制算法，只动 main.c 里的换算部分。
2.2 TIM 编码器模式的寄存器级理解
STM32f103 的通用定时器（TIM2/TIM3/TIM4）和高级定时器（TIM1/TIM8）都支持编码器接口模式。它的本质是：把 TIMx_CH1 和 TIMx_CH2 两路输入接到编码器的 A/B 相，硬件根据两路信号的边沿顺序自动加一或减一，CNT 寄存器就是位置计数。你不需要写任何中断去手动判断方向，这是它比 GPIO 中断计数优雅的地方。
关键配置项有三个：计数模式、输入捕获滤波、极性。计数模式决定在 A/B 的哪些边沿计数，常见的是「Encoder Mode TI1 and TI2」，也就是四倍频，A 和 B 的上升沿下降沿都计数，分辨率最高。滤波用来抑制编码器抖动和电机换向噪声，值越大滤波越强，但会限制最高响应频率。极性则用来纠正 A/B 接反导致的方向反转。
// encoder.c —— TIM3 编码器模式初始化（四倍频） void Encoder_Init(void) { TIM_Encoder_InitTypeDef sConfig = {0}; TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0}; htim3.Instance = TIM3; htim3.Init.Prescaler = 0; // 编码器模式不需要分频 htim3.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP; htim3.Init.Period = 65535; // 16 位满量程，靠溢出计数扩展 htim3.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1; htim3.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE; sConfig.EncoderMode = TIM_ENCODERMODE_TI12; // A/B 双边沿都计数 sConfig.IC1Polarity = TIM_ICPOLARITY_RISING; sConfig.IC1Selection = TIM_ICSELECTION_DIRECTTI; sConfig.IC1Prescaler = TIM_ICPSC_DIV1; sConfig.IC1Filter = 6; // 滤波，抗抖动 sConfig.IC2Polarity = TIM_ICPOLARITY_RISING; sConfig.IC2Selection = TIM_ICSELECTION_DIRECTTI; sConfig.IC2Prescaler = TIM_ICPSC_DIV1; sConfig.IC2Filter = 6; HAL_TIM_Encoder_Init(&htim3, &sConfig); sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_RESET; sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE; HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim3, &sMasterConfig); HAL_TIM_Encoder_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_ALL); // 启动编码器接口 }这段代码里，EncoderMode = TIM_ENCODERMODE_TI12是核心，它让 TIM3 同时对 TI1 和 TI2 的边沿敏感，实现四倍频。IC1Filter = 6是经验值，电机碳刷噪声大时可以调到 8 到 10，但如果你编码器线数高、转速快，滤波太强会丢脉冲，这时候要降下来。Period = 65535是因为 F103 的 TIM3 是 16 位，计满会溢出，所以上层必须处理溢出，否则位置会突然跳变。
2.3 读取与方向判断：CNT 差值的正确算法
很多人读编码器就是直接读 CNT，然后两次相减。这在低速下没问题，但高速或者采样周期长的时候，16 位计数器会溢出，差值算出来是错的。正确做法是用有符号的 16 位差值，让编译器自动处理回绕。
// encoder.c —— 读取增量，返回带符号的脉冲数 int16_t Encoder_GetDelta(void) { static uint16_t last_cnt = 0; uint16_t now_cnt = __HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim3); int16_t delta = (int16_t)(now_cnt - last_cnt); // 利用补码回绕 last_cnt = now_cnt; return delta; }(int16_t)(now_cnt - last_cnt)这行是关键。假设 last_cnt 是 65530，now_cnt 是 5，无符号相减得到 11，强转成 int16_t 还是 11，表示正向走了 11 个计数。反过来 last_cnt 是 5，now_cnt 是 65530，无符号相减得到 65525，强转 int16_t 变成 -11，表示反向。这就是利用补码回绕做溢出处理，比手动判断溢出标志位简洁得多。注意采样周期不能太长，否则一个周期内增量超过 32767 就会误判方向，一般 1ms 到 10ms 采样一次足够。
3. 跑起来：从 CubeMX 配置到串口看到转速的完整步骤
3.1 硬件接线与引脚分配
先确认你的板子和编码器。F103C8T6 最小系统上，TIM3 的 CH1 是 PA6，CH2 是 PA7；TIM2 的 CH1 是 PA0，CH2 是 PA1；TIM4 的 CH1 是 PB6，CH2 是 PB7。编码器的 A 相接 CH1，B 相接 CH2，VCC 和 GND 按编码器规格接，常见的是 5V 或 3.3V 供电。如果是差分输出的编码器（比如伺服电机上的），中间要加差分接收芯片转成单端，不能直接接。
提示：接线前先用万用表确认编码器供电电压，5V 编码器输出直接进 F103 的 3.3V 引脚长期可能损伤 IO，稳妥做法是加电平转换或串 1k 电阻。
3.2 CubeMX 关键配置项
用 CubeMX 建工程时，选好芯片型号后，在 Timers 里选一个支持编码器模式的定时器，比如 TIM3。Combined Channels 选 Encoder Mode，然后 Channel1 和 Channel2 会自动变成编码器输入。Parameter Settings 里，Encoder Mode 选 Encoder Mode TI1 and TI2，Counter Period 填 65535，IC1 Filter 和 IC2 Filter 填 6 到 10。GPIO 那边会自动把 PA6、PA7 配成输入，Pull-up/Pull-down 建议选 Pull-up，因为很多编码器是开漏输出。
时钟树别忘了，F103 一般跑 72MHz，APB1 定时器时钟也是 72MHz。串口配一个 USART1，PA9/PA10，波特率 115200，用来打印转速。生成工程时选 HAL 库，工具链按你用的 IDE 选。
3.3 主循环采样与转速换算
生成工程后，在 main.c 里加采样逻辑。核心是固定周期读增量，换算成转速。假设编码器线数是 500 线，四倍频后每转 2000 个计数，采样周期 10ms。
// main.c —— 10ms 定时采样，换算 RPM #define ENCODER_PPR 500 // 编码器线数 #define GEAR_RATIO 1 // 减速比 #define SAMPLE_PERIOD_MS 10 // 采样周期 int32_t total_count = 0; float rpm = 0.0f; while (1) { int16_t delta = Encoder_GetDelta(); total_count += delta; // RPM = (增量 / 每转计数) / 采样时间(秒) * 60 float counts_per_rev = ENCODER_PPR * 4 * GEAR_RATIO; rpm = (delta / counts_per_rev) / (SAMPLE_PERIOD_MS / 1000.0f) * 60.0f; printf("delta=%d, total=%ld, rpm=%.2f\r\n", delta, total_count, rpm); HAL_Delay(SAMPLE_PERIOD_MS); }ENCODER_PPR * 4是四倍频后的每转计数，GEAR_RATIO是电机到输出轴的减速比，直连就填 1。delta / counts_per_rev得到这一周期转了多少圈，除以采样时间得到每秒转数，乘 60 就是 RPM。total_count是累计位置，可以用来做位置闭环。注意HAL_Delay在中断里不能用，这里放主循环没问题，但如果你的控制周期要求严格，建议用定时器中断触发采样，避免主循环里其他任务拖慢节奏。
烧录后打开串口，手动转一下电机轴，应该能看到 delta 正负交替、rpm 跟着变。如果方向反了，把 A/B 相接线对调，或者在 CubeMX 里把 IC1Polarity 和 IC2Polarity 其中一个改成 FALLING。
4. 避坑与排查：编码器读数不对时先查这五条
4.1 读数一直是 0 或者固定值
现象：串口打出来的 delta 恒为 0，或者一直是个固定数不随转动变化。原因通常是编码器没供电、A/B 相接错引脚、或者定时器没启动。先量编码器 VCC 有没有电压，再用示波器看 A/B 相有没有方波。如果信号有但 CNT 不动，检查HAL_TIM_Encoder_Start有没有调用，以及 GPIO 有没有被别的外设占用。F103 的 PA6/PA7 同时也是 SPI1 的引脚，如果工程里开了 SPI1 复用，会冲突。
4.2 方向反了或者正反转都加
现象：正转时 CNT 增加，反转时也增加，或者方向跟预期相反。原因一是 A/B 相接反，二是编码器模式选成了单通道。解决：先对调 A/B 接线看方向是否正常；如果正反转都加，检查EncoderMode是不是误设成了TIM_ENCODERMODE_TI1或TI2，这两个只对单通道边沿计数，无法判断方向，必须用TI12。
4.3 高速时转速跳变或丢脉冲
现象：低速正常，转速一高 rpm 就乱跳，甚至出现负值。原因一是采样周期太长，一个周期内增量超过 32767，补码回绕判断失效；二是输入滤波太强，高频脉冲被滤掉。解决：缩短采样周期到 1ms 到 5ms，或者把IC1Filter降到 2 到 4。如果编码器线数很高（比如 2500 线），四倍频后每转 10000 计数，高速时增量很大，这时候要么提高采样频率，要么换 32 位定时器（TIM2/TIM5）并扩大 Period。
4.4 电机一动读数就抖
现象：电机不转时读数稳定，一上电转动就出现大量随机正负跳变。原因是电机换向噪声和电源纹波耦合到编码器信号线上。解决：编码器信号线用屏蔽线并单端接地，A/B 相各加 100nF 到 GND 的滤波电容，软件上把IC1Filter和IC2Filter调到 8 到 10。如果还抖，检查电机和编码器的地是不是共地，不共地会引入共模干扰。
4.5 累计位置 total_count 越走越偏
现象：来回转动后 total_count 回不到原点，有累积误差。原因是四倍频模式下每个边沿都计数，如果编码器信号有毛刺，毛刺会被当成有效边沿。解决：加强硬件滤波，软件上可以在采样时对 delta 做限幅，比如单周期增量超过理论最大值就丢弃。另外注意total_count用 int32_t，别用 int16_t，否则转几圈就溢出了。
5. 二次开发：把这份程序改成带速度环和位置环的控制底座
5.1 从测速到闭环：加一个定时器中断做固定周期采样
主循环HAL_Delay采样最大的问题是周期不准，串口打印、其他任务都会拖慢它。要做闭环，第一步是把采样搬到定时器中断里。我一般会再开一个基本定时器（比如 TIM6），配成 1ms 或 5ms 中断，在中断里读编码器增量、算速度、跑 PID。
// tim.c —— TIM6 基础定时器，1ms 中断 void MX_TIM6_Init(void) { TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0}; htim6.Instance = TIM6; htim6.Init.Prescaler = 7200 - 1; // 72MHz / 7200 = 10kHz htim6.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP; htim6.Init.Period = 10 - 1; // 10kHz / 10 = 1kHz，即 1ms HAL_TIM_Base_Init(&htim6); HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim6); } // stm32f1xx_it.c —— 中断回调 void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) { if (htim->Instance == TIM6) { int16_t delta = Encoder_GetDelta(); g_total_count += delta; g_speed_rpm = (delta / (ENCODER_PPR * 4.0f)) / 0.001f * 60.0f; // 在这里调用 PID 计算，输出 PWM } }Prescaler = 7200 - 1把 72MHz 分频到 10kHz，Period = 10 - 1再分频到 1kHz，也就是 1ms 一次中断。中断里只做读数和 PID，串口打印这种耗时操作放主循环，用标志位传递数据。这样速度环的采样周期是硬的，PID 参数才好整定。
5.2 位置环与多圈计数：把 16 位 CNT 扩成 32 位位置
F103 的 TIM3 是 16 位，单圈计数有限，做多圈位置控制必须扩展。上面的g_total_count就是扩展后的 32 位位置。要注意的是，如果你在中断里读 CNT，而 CNT 在两次中断之间溢出了多次，就会丢圈。1ms 中断下，只要电机转速不超过「32768 计数/ms」，就不会丢，换算成 RPM 是极高的值，一般应用碰不到。但如果你的采样周期是 10ms，高速时就要小心。
位置环的改造思路是：把g_total_count作为反馈，目标位置作为输入，误差送 PID，输出限幅后给 PWM。这里有个细节，位置环和速度环的采样周期最好一致，或者位置环用速度环的输出做前馈，否则容易振荡。
5.3 移植到其他定时器或芯片的注意事项
这份程序基于 TIM3，换成 TIM2 或 TIM4 时，除了改htim3为对应句柄，还要注意引脚映射不同。TIM2 是 32 位定时器，Period 可以设成 0xFFFFFFFF，这样几乎不用考虑溢出，做位置计数更省心。如果换到 F4 或 G4 系列，HAL 库接口基本一致，但时钟树和定时器位宽不同，EncoderMode的宏定义可能略有差异，移植时对着参考手册确认一下。
另外，如果你用的是带霍尔传感器的 BLDC，编码器模式同样适用，但霍尔是三路信号，需要换成 Hall 接口模式或者用三个 GPIO 中断做换向，这跟正交编码器是两套逻辑，别混用。
5.4 一个我踩过的坑：中断里读 CNT 的原子性
最后说个血泪经验。我早期在 1ms 中断里读 CNT，同时主循环里也读 CNT 做显示，两边都调Encoder_GetDelta，结果last_cnt这个静态变量被两个上下文同时改，读数偶尔跳变。后来改成只在中断里更新编码器数据，主循环只读全局变量，问题消失。从那以后我每次把编码器读取放进中断，都强制走一遍「谁写谁读」的检查，确保last_cnt只有一个写入者。如果你也在做速度环，这个习惯能帮你省下不少调试时间。希望帮到你。
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