電機驅動實現插補算法之脈沖和方向接收（以stm32主控為例）

一、方案 A（推薦）：編碼器模式吃脈沖（TI1 = STEP，TI2 = DIR）

核心思路

把定時器設為 Encoder TI1 模式：每個 STEP 上升沿計一次，在那個沿的瞬間用 TI2（DIR）的電平決定加/減。硬件完成“鎖存方向”的動作，不用擔心一個 FOC 周期內 DIR 翻轉多次造成錯賬。

典型接線（以 TIM2 為例）

  • STEP → TIM2_CH1（PA0，AF1）
  • DIR → TIM2_CH2（PA1，AF1）
    -（可選）給 STEP、DIR 做差分/光耦/RC 小濾波；靠近 MCU 端各串 ~100 Ω + 100 pF 抑毛刺。

HAL 初始化代碼（TIM2和TIM5）

// ========== GPIO: PA0/PA1 復用為 TIM2_CH1/CH2 ==========
static void StepDir_GPIO_Init_TIM2(void) {__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();GPIO_InitTypeDef G = {0};G.Mode      = GPIO_MODE_AF_PP;G.Pull      = GPIO_PULLDOWN;              // 依現場電路定：上拉或下拉二選一，空閑低更穩G.Speed     = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;G.Alternate = GPIO_AF1_TIM2;// STEP -> PA0 (TIM2_CH1)G.Pin = GPIO_PIN_0;HAL_GPIO_Init(GPIOA, &G);// DIR -> PA1 (TIM2_CH2)G.Pin = GPIO_PIN_1;HAL_GPIO_Init(GPIOA, &G);
}// ========== TIM2: 編碼器模式（TI1計步，TI2判方向） ==========
void StepDir_Encoder_Init_TIM2(void) {__HAL_RCC_TIM2_CLK_ENABLE();StepDir_GPIO_Init_TIM2();htim2.Instance = TIM2;htim2.Init.Prescaler         = 0;                     // 1:1htim2.Init.CounterMode       = TIM_COUNTERMODE_UP;    // 編碼器模式下無實際影響htim2.Init.Period            = 0xFFFFFFFF;            // 32位滿量程htim2.Init.ClockDivision     = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;htim2.Init.RepetitionCounter = 0;TIM_Encoder_InitTypeDef enc = {0};enc.EncoderMode = TIM_ENCODERMODE_TI1; // 用TI1為時鐘，TI2提供方向// TI1 = STEPenc.IC1Polarity  = TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_RISING;   // 計上升沿（與上位保持一致）enc.IC1Selection = TIM_ICSELECTION_DIRECTTI;enc.IC1Prescaler = TIM_ICPSC_DIV1;enc.IC1Filter    = 8;  // 數字濾波：8~12 先試；若高頻步進需減小該值// TI2 = DIR（作為方向電平被鎖存）enc.IC2Polarity  = TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_RISING;   // 極性對電平鎖存無本質影響enc.IC2Selection = TIM_ICSELECTION_DIRECTTI;enc.IC2Prescaler = TIM_ICPSC_DIV1;enc.IC2Filter    = 8;HAL_TIM_Encoder_Init(&htim2, &enc);TIM_MasterConfigTypeDef master = {0};master.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_RESET;master.MasterSlaveMode     = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim2, &master);__HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim2, 0);HAL_TIM_Encoder_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_ALL);
}

在 FOC 周期讀取步數增量

// 每個 FOC 控制中斷（例如 10 kHz）調用一次
static uint32_t s_last_cnt = 0;int32_t StepDir_ReadDelta_EncoderMode(void) {uint32_t now = __HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim2);// 利用無符號溢出特性做差，再轉有符號即為帶方向的增量int32_t  d   = (int32_t)(now - s_last_cnt);s_last_cnt   = now;return d; // 單位：步
}// 例：把步→機械角度（或直線位移）
/*
const float THETA_PER_STEP = 2.0f * (float)M_PI / (steps_per_rev * microstep * gear_ratio);
pos_ref += StepDir_ReadDelta_EncoderMode() * THETA_PER_STEP;
*/

要點

  • DIR 建立時間必須由上游（A 板）滿足：變向后延時 ≥2–5 μs 再發第一步。
  • STEP 極性不對時改 IC1Polarity 或對端極性。
  • 該方案不需要 EXTI，不會因 DIR 多次翻轉出錯，最省心。

二、方案 B：外部時鐘模式（STEP）+ DIR GPIO（帶 EXTI 結清）

核心思路

  • STEP 接到 定時器外部時鐘（ETR 或 TI1），只向上計數；不進中斷。
  • DIR 接到 GPIO，并配置 EXTI 上/下沿觸發。每次 DIR 翻轉，立即把當前計數器的步數“按舊方向結清并清零”，隨后更新方向標志。
  • 在 FOC 周期里再把“從上次事件到現在”的剩余步數按“當前方向”結清，得到本周期凈步數。
    這就等價于“硬件按步沿鎖存方向”，避免“一個周期多次翻轉”的錯賬。

典型接線（以 TIM2 外部時鐘2為例）

  • STEP → TIM2_ETR（PA15，AF1） （或選擇 TI1 外部時鐘1：PA0）
  • DIR → 任意 GPIO（例：PB3）

若你更傾向 TI1 模式：把 STEP 接 TIM2_CH1，將 TIM2 配置為 External Clock Mode 1（SMCR.TS=TI1FP1 + SMS=ECM1）。其余邏輯一致。

HAL 初始化代碼（ETR 版本）

// ----- 全局狀態 -----
TIM_HandleTypeDef htim2;
volatile int      g_dir_sign = +1;     // 當前方向（+1/-1）
volatile int32_t  g_step_accum = 0;    // 已結清的步（帶符號）// ====== 1) GPIO ======
static void StepDir_GPIO_Init_ExternalClock(void) {__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();// STEP -> PA15 (TIM2_ETR, AF1)GPIO_InitTypeDef G = {0};G.Pin       = GPIO_PIN_15;G.Mode      = GPIO_MODE_AF_PP;G.Pull      = GPIO_PULLUP;G.Speed     = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;G.Alternate = GPIO_AF1_TIM2;HAL_GPIO_Init(GPIOA, &G);// DIR -> PB3 (普通輸入 + EXTI)G.Pin  = GPIO_PIN_3;G.Mode = GPIO_MODE_IT_RISING_FALLING; // 上/下沿都觸發G.Pull = GPIO_PULLUP;                  // 依現場決定HAL_GPIO_Init(GPIOB, &G);// NVIC for EXTI3 (PB3 對應 EXTI3)HAL_NVIC_SetPriority(EXTI3_IRQn, 1, 0);HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI3_IRQn);
}// ====== 2) TIM2 外部時鐘（ETR） ======
void StepDir_Init_ExternalClock_ETR(void) {__HAL_RCC_TIM2_CLK_ENABLE();StepDir_GPIO_Init_ExternalClock();// 初始化當前方向（按現有電平）g_dir_sign = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_3) ? +1 : -1;htim2.Instance = TIM2;htim2.Init.Prescaler         = 0;htim2.Init.CounterMode       = TIM_COUNTERMODE_UP;htim2.Init.Period            = 0xFFFFFFFF;  // 32位htim2.Init.ClockDivision     = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;HAL_TIM_Base_Init(&htim2);TIM_ClockConfigTypeDef clk = {0};clk.ClockSource = TIM_CLOCKSOURCE_ETRMODE2;   // ETR 外部時鐘模式2HAL_TIM_ConfigClockSource(&htim2, &clk);// 如需設置 ETR 濾波/極性/預分頻，可用 LL 接口更細化（見下）__HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim2, 0);HAL_TIM_Base_Start(&htim2);
}// （可選）用 LL 細化 ETR 濾波/極性（HAL 有的庫不暴露這些）
/*
LL_APB1_GRP1_EnableClock(LL_APB1_GRP1_PERIPH_TIM2);
// ETR濾波 ETF，ETP極性，ETPS預分頻
LL_TIM_ConfigETR(TIM2, LL_TIM_ETR_POLARITY_NONINVERTED,LL_TIM_ETR_PRESCALER_DIV1,LL_TIM_ETR_FILTER_FDIV32_N8); // 例：較強濾波
LL_TIM_EnableExternalClock(TIM2); // ECM2
*/// ====== 3) DIR EXTI 中斷：翻轉即結清 ======
void EXTI3_IRQHandler(void) {if (__HAL_GPIO_EXTI_GET_IT(GPIO_PIN_3) != RESET) {__HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT(GPIO_PIN_3);// 讀并清 STEP 計數器（這一段屬于“舊方向”）uint32_t steps = __HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim2);__HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim2, 0);g_step_accum += (int32_t)steps * g_dir_sign;// 更新為新方向（當前電平）g_dir_sign = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_3) ? +1 : -1;}
}

FOC 周期里合并“剩余步數”并清零

注意與 EXTI 的并發：用關鍵段確保讀-清-累加的原子性，避免 EXTI 在中途打斷造成重復/漏記。

int32_t StepDir_ReadDelta_ExternalClock(void) {uint32_t primask = __get_PRIMASK(); // 備份中斷狀態__disable_irq();                    // 進關鍵段（短）uint32_t steps = __HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim2);__HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim2, 0);int32_t total = g_step_accum + (int32_t)steps * g_dir_sign;g_step_accum = 0;if (!primask) __enable_irq();return total; // 本周期凈步（帶符號）
}

如果改用 TI1 外部時鐘模式（非 ETR）

把 STEP 接 TIM2_CH1（PA0），改成 External Clock Mode 1。示意 LL 配置（HAL 有版本差異）：

// 關鍵點：SMCR.SMS = External Clock Mode 1，SMCR.TS = TI1FP1
LL_TIM_SetTriggerInput(TIM2, LL_TIM_TS_TI1FP1);
LL_TIM_SetSlaveMode(TIM2, LL_TIM_SLAVEMODE_EXTERNAL1);
// CH1 輸入濾波/極性
LL_TIM_IC_SetFilter(TIM2, LL_TIM_CHANNEL_CH1, LL_TIM_IC_FILTER_FDIV32_N8);
LL_TIM_IC_SetPolarity(TIM2, LL_TIM_CHANNEL_CH1, LL_TIM_IC_POLARITY_RISING);
LL_TIM_EnableCounter(TIM2);

DIR 部分與上文 EXTI 邏輯相同。

要點

  • A 板必須滿足 t_dir_setup：變向→延時≥2–5 μs→再發第一步；
  • DIR EXTI 可做軟件去抖：若檢測到相鄰中斷時間 < 1–2 μs，可判定毛刺丟棄；
  • STEP 最高頻受限于信號質量/濾波設置。數字濾波數值越大，抗干擾越強但最小脈寬要求也更高；可從 8~12 試起，再按需要減小。

工程級細節與建議（兩方案通用）

  1. 計數位寬：用 TIM2/TIM5（32 位） 把溢出顧慮降到最低；若被占用，用 16 位計數器也行，但要在 FOC 周期里讀增量避免溢出。

  2. 單位換算：

    // 步 -> 機械角度rad
theta_per_step = 2π / (motor_steps_per_rev * microstep * gear_ratio);
pos_ref += delta_steps * theta_per_step;// 或換成速度（rad/s）
vel_ref = (delta_steps * theta_per_step) * FOC_rate; // FOC_rate = 控制周期頻率

  3. 極性/方向：若方向與期望相反，優先改上游 DIR 極性；或在本地把 g_dir_sign 取反/交換 TI 極性。

  4. 毛刺與布線：長線優先差分、近端 RC、上/下拉一致；數字濾波盡量啟用（ICxF/ETF）。

  5. 并發安全：方案 B 中合并步數使用短關鍵段即可，不會影響 FOC 實時性；DIR 翻轉頻率遠低于 STEP，不會成為瓶頸。

選型結論

  • 優先：方案 A（編碼器模式）——硬件在每個 STEP 沿鎖存 DIR，邏輯最干凈、最接近工業伺服。
  • 備選：方案 B（外部時鐘 + DIR EXTI 結清）——當引腳受限或只能用 ETR/TI1 時，依然穩。

三、用STM32F405實現方案A

1) 硬件接線（以 TIM2 為例，32 位計數器，推薦）

  • STEP → TIM2_CH1（PA0，AF1）
  • DIR → TIM2_CH2（PA1，AF1）
  • 建議：STEP、DIR 近 MCU 端各串 ~100 Ω + 100 pF 小 RC；長線優先差分/光耦隔離；MCU 端上拉/下拉擇一（和對端一致）。

若 TIM2 被占用，可用 TIM5（同為 32 位）：
STEP→TIM5_CH1(PA0, AF2)，DIR→TIM5_CH2(PA1, AF2)；代碼里把 TIM2 全部替換為 TIM5 并改 AF 號。

2) 工作原理（編碼器 TI1 模式）

把定時器設為 Encoder TI1：

  • STEP（TI1）的上升沿每來一次，計數器 ±1；
  • DIR（TI2）的電平在該沿被硬件鎖存，決定是加還是減；
  • 你在 FOC 周期里讀 CNT 的增量就是凈步數（帶符號）。
    這與工業伺服“Step/Dir 口 + 硬件方向鎖存”一致，不用擔心周期內 DIR 多次翻轉。

3) 關鍵參數（按51200 步/圈）

// ---- 機械參數（按需修改）----
#define STEPS_PER_REV     51200.0f   // 每圈步數（細分后）
#define GEAR_RATIO        1.0f       // 減速比（電機軸到負載），有減速箱就寫>1
// 方向是否取反（接線導致方向反了就置1）
#define INVERT_DIR        0// ---- 控制參數（示例）----
#define FOC_RATE_HZ       10000.0f   // 你的FOC控制中斷頻率（例：10 kHz）// ---- 換算 ----
#define STEP_TO_RAD  (2.0f * 3.14159265358979f / (STEPS_PER_REV * GEAR_RATIO))
#define STEPS_TO_RAD(steps)  ((steps) * STEP_TO_RAD)
#define STEPS_TO_RAD_PER_SEC(steps_per_tick)  ((steps_per_tick) * STEP_TO_RAD * FOC_RATE_HZ)

4) HAL 初始化代碼（GPIO + TIM2 編碼器模式）

放到你的 xxx_init.c 或者專用 stepdir.c 里即可；GPIO 的 MSP 也可集中放在 stm32f4xx_hal_msp.c。

#include "stm32f4xx_hal.h"
#include <math.h>//二選一
TIM_HandleTypeDef htim2;
//TIM_HandleTypeDef htim5;// ========== GPIO: PA0/PA1 復用為 TIM2_CH1/CH2 ==========
static void StepDir_GPIO_Init_TIM2(void) {__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();GPIO_InitTypeDef G = {0};G.Mode      = GPIO_MODE_AF_PP;G.Pull      = GPIO_PULLDOWN;              // 依現場電路定：上拉或下拉二選一，空閑低更穩G.Speed     = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;G.Alternate = GPIO_AF1_TIM2;// STEP -> PA0 (TIM2_CH1)G.Pin = GPIO_PIN_0;HAL_GPIO_Init(GPIOA, &G);// DIR -> PA1 (TIM2_CH2)G.Pin = GPIO_PIN_1;HAL_GPIO_Init(GPIOA, &G);
}// ========== TIM2: 編碼器模式（TI1計步，TI2判方向） ==========
void StepDir_Encoder_Init_TIM2(void) {__HAL_RCC_TIM2_CLK_ENABLE();StepDir_GPIO_Init_TIM2();htim2.Instance = TIM2;htim2.Init.Prescaler         = 0;                     // 1:1htim2.Init.CounterMode       = TIM_COUNTERMODE_UP;    // 編碼器模式下無實際影響htim2.Init.Period            = 0xFFFFFFFF;            // 32位滿量程htim2.Init.ClockDivision     = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;htim2.Init.RepetitionCounter = 0;TIM_Encoder_InitTypeDef enc = {0};enc.EncoderMode = TIM_ENCODERMODE_TI1; // 用TI1為時鐘，TI2提供方向// TI1 = STEPenc.IC1Polarity  = TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_RISING;   // 計上升沿（與上位保持一致）enc.IC1Selection = TIM_ICSELECTION_DIRECTTI;enc.IC1Prescaler = TIM_ICPSC_DIV1;enc.IC1Filter    = 8;  // 數字濾波：8~12 先試；若高頻步進需減小該值// TI2 = DIR（作為方向電平被鎖存）enc.IC2Polarity  = TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_RISING;   // 極性對電平鎖存無本質影響enc.IC2Selection = TIM_ICSELECTION_DIRECTTI;enc.IC2Prescaler = TIM_ICPSC_DIV1;enc.IC2Filter    = 8;HAL_TIM_Encoder_Init(&htim2, &enc);TIM_MasterConfigTypeDef master = {0};master.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_RESET;master.MasterSlaveMode     = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim2, &master);__HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim2, 0);HAL_TIM_Encoder_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_ALL);
}// ========== GPIO: PA0/PA1 復用為 TIM5_CH1/CH2 ==========
static void StepDir_GPIO_Init_TIM5(void) {__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();GPIO_InitTypeDef G = {0};G.Mode      = GPIO_MODE_AF_PP;G.Pull      = GPIO_PULLDOWN;              // 依現場電路定：上拉或下拉二選一，空閑低更穩G.Speed     = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;G.Alternate = GPIO_AF2_TIM5;               // ★ TIM5 用 AF2// STEP -> PA0 (TIM5_CH1)G.Pin = GPIO_PIN_0;HAL_GPIO_Init(GPIOA, &G);// DIR -> PA1 (TIM5_CH2)G.Pin = GPIO_PIN_1;HAL_GPIO_Init(GPIOA, &G);
}// ========== TIM5: 編碼器模式（TI1計步，TI2判方向） ==========
void StepDir_Encoder_Init_TIM5(void) {__HAL_RCC_TIM5_CLK_ENABLE();               // ★ TIM5 時鐘StepDir_GPIO_Init_TIM5();htim5.Instance = TIM5;htim5.Init.Prescaler         = 0;                     // 1:1htim5.Init.CounterMode       = TIM_COUNTERMODE_UP;    // 編碼器模式下無實際影響htim5.Init.Period            = 0xFFFFFFFF;            // 32位滿量程htim5.Init.ClockDivision     = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;htim5.Init.RepetitionCounter = 0;TIM_Encoder_InitTypeDef enc = {0};enc.EncoderMode = TIM_ENCODERMODE_TI1; // 用 TI1 為時鐘，TI2 提供方向// TI1 = STEPenc.IC1Polarity  = TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_RISING;   // 計上升沿（與上位保持一致）enc.IC1Selection = TIM_ICSELECTION_DIRECTTI;enc.IC1Prescaler = TIM_ICPSC_DIV1;enc.IC1Filter    = 8;  // 8~12 先試；要更高步頻可適當減小// TI2 = DIR（方向電平被鎖存）enc.IC2Polarity  = TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_RISING;   // 極性對電平鎖存影響不大enc.IC2Selection = TIM_ICSELECTION_DIRECTTI;enc.IC2Prescaler = TIM_ICPSC_DIV1;enc.IC2Filter    = 8;HAL_TIM_Encoder_Init(&htim5, &enc);TIM_MasterConfigTypeDef master = {0};master.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_RESET;master.MasterSlaveMode     = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim5, &master);__HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim5, 0);HAL_TIM_Encoder_Start(&htim5, TIM_CHANNEL_ALL);
}

關于濾波（ICxF）：值越大抗毛刺越強，但可接受的最小脈寬越大（最高步頻越低）。
一般先用 8~12 驗證；若要跑更高頻（>200 kHz），逐步調小濾波，或提升電氣整形質量。

5) 讀增量 & 注入 FOC（示例）

// 累計位置（以“步”為單位），用64位避免長時間溢出
static volatile int64_t s_pos_steps_accum = 0;
static uint32_t         s_last_cnt = 0;// 每次FOC控制中斷（例：10kHz）調用
static inline int32_t StepDir_ReadDeltaSteps(void)
{uint32_t now = __HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim2);// 無符號差處理溢出，再轉有符號就是帶方向的增量int32_t delta = (int32_t)(now - s_last_cnt);s_last_cnt = now;#if INVERT_DIRdelta = -delta; // 方向反接時一鍵取反
#endifs_pos_steps_accum += delta;return delta;
}// 示例：在你的 FOC 周期函數里使用
void FOC_Control_ISR(void)
{int32_t dsteps = StepDir_ReadDeltaSteps();// 目標位置增量（弧度）float delta_pos_rad = STEPS_TO_RAD((float)dsteps);// 目標速度（弧度/秒），如需速度環float vel_ref_rad_s = STEPS_TO_RAD_PER_SEC((float)dsteps);// 將目標注入外環（按你的控制結構）// pos_ref += delta_pos_rad;// vel_ref = vel_ref_rad_s;// ... 之后進入速度/電流環計算（你的FOC實現）
}// 歸零（回零完成后可調用）
static inline void StepDir_Zero(void)
{__HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim2, 0);s_last_cnt = 0;s_pos_steps_accum = 0;
}

6) 常見問題與工程注意

  1. DIR 建立時間

    • 路線規劃的主控板發送變向脈沖后，務必延時 ≥2–5 μs再發第一步（行業常規要求）。編碼器模式會在STEP 的那個沿采樣 DIR 電平，有這個建立時間就穩如老狗。

  2. 極性不一致

    • 如果發現“DIR=正”卻反向增加，最快的處理：#define INVERT_DIR 1 ；
    • 或改上位機 DIR 邏輯；或交換電機線相（若允許）。

  3. 最高步頻與濾波

    • 數字濾波值越大，允許的最小脈寬越大，從而限制最高頻；
    • 實測時從 ICxF=8~12 起步，觀測丟步/毛刺情況，再折中到你需要的最高頻；
    • 電氣上盡量用差分/光耦、良好地線、靠近 MCU 的 RC 抑毛刺，可以讓濾波開得更小從而上更高頻。

  4. 計數位寬

    • 用 TIM2/TIM5（32 位） 基本無需擔心溢出；
    • 依然推薦只在 FOC 周期用增量，而不是長期依賴絕對 CNT。

  5. 對齊到機械/電角度

    • 上面 STEP_TO_RAD 是機械角度換算。若你的 FOC 內部用電角度，乘以極對數即可。

  6. 自檢與診斷（可選）

    • 聯調階段可用輸入捕獲+DMA記錄若干 STEP 的時間戳，檢查上位機步間隔抖動與 t_dir_setup 是否滿足；量產時關閉。

7) 如果改用 TIM5（引腳被占時）

把 GPIO AF 改為 AF2，其余相同：

// STEP -> PA0 (TIM5_CH1, AF2)
// DIR  -> PA1 (TIM5_CH2, AF2)
G.Alternate = GPIO_AF2_TIM5; // 僅此處不同
// 然后把所有 TIM2 改成 TIM5

這樣配置后，驅動板就擁有“工業伺服式 Step/Dir 接口”：

  • A 板輸出脈沖與方向；
  • B 板硬件在每個 Step 沿鎖存方向、計正負步；
  • 你只在 FOC 周期讀增量并換算成位置/速度即可。

8）IC1Filter 與 IC2Filter 介紹再調試技巧

主要就三件事：它濾的是什么、會犧牲什么、怎么按你目標步頻和脈寬倒推數值。

它到底在做什么

  • ICxF 是定時器通道前端的“數字去抖濾波器”。
    作用：只有當輸入在某個采樣頻率 f_sampling 下連續 N 次保持同一電平，才把這次變化“放行”為一個有效沿。

  • ICxF（4bit）并不是簡單的 0~15 階，而是選擇兩樣東西：

    1. 采樣頻率 f_sampling = f_DTS / M（M 為某個分頻因子），
    2. 需要連續通過的樣本數 N（通常取 2、4 或 8）。

  • f_DTS 來源于定時器數字濾波時鐘（由定時器時鐘和 CR1.CKD 派生）。

  • IC1Filter 作用在 STEP 通道（TI1），IC2Filter 作用在 DIR 通道（TI2）（編碼器模式下，硬件在 STEP 的那個有效沿鎖存此刻的 DIR 電平）。

結論：ICxF 越大 → 抗毛刺越強，但輸入允許的最高頻率越低、沿的傳播延遲變大。參考手冊 RM0090 的定時器章節有完整映射表（每個 ICxF 對應的 M 與 N 組合）。(STMicroelectronics)

你能用的兩條硬規則（很實用）

把你 A 板輸出的 STEP 脈沖看成高/低各一段時間：

  • 邊沿“能被看見”的必要條件（不丟沿）：

    t_high ≥ N / f_sampling   且   t_low ≥ N / f_sampling

    也就是高、低最短持續時間都要夠“連過 N 個采樣”。

  • 50% 占空近似下的最高可通過頻率（方便估算）：

    f_step_max ≈ f_sampling / (2N)

這兩條直接把“濾波強度（N）/采樣頻率（f_sampling）”跟你的最短脈寬/最高步頻綁在一起了。

怎么一步到位地“倒推”ICxF

  1. 量/定你的上限：

    • 最高步頻 f_step_target；
    • 最短高/低電平寬度 t_min（若不是 50% 占空就取兩者中的較小值）。

  2. 選一個 N：

    • 工程上常用 N=4 起步（穩、延遲不大）；
    • 線纜很長/干擾大可上 N=8。

  3. 算需要的采樣頻率：

    • 按“最短脈寬”保守：f_sampling ≥ N / t_min × 安全系數(≈1.5~2)；
    • 或按“最高步頻”保守：f_sampling ≥ 2N × f_step_target × 安全系數。

  4. 在手冊表里挑 ICxF：

    • 找到**≥ 目標 f_sampling**的那個 ICxF 組合（它對應某個分頻 M 和 N）。
    • 同時別忘了 CR1.CKD 也會影響 f_DTS（一般保持 DIV1，讓 f_sampling 有更大余量）。(STMicroelectronics)

例子（演示思路）：
假設 TIM5 時鐘 ~84 MHz，CKD=DIV1，你要撐到 200 kHz 的步頻并留一倍余量，且選 N=4。
則 f_sampling ≥ 2×4×200k×2 ≈ 3.2 MHz。
你就在表里挑一個 IC1Filter 讓 f_sampling ≥ 3.2 MHz（比如分頻到 ~8–16 MHz 量級都夠），再上機驗證。

實操建議（不看表也能調起來）

  • 編碼器模式（方案A）

    • IC1Filter（STEP）從 8~12 起步：通常能有效滅抖；若高頻運行丟步，就逐步減小（比如 6、4、2、0）。
    • IC2Filter（DIR）可與 IC1Filter 持平或略大 1~2 檔：方向線通常比步線更怕毛刺。
    • CR1.CKD 先用 DIV1，真的很吵再考慮加大 CKD（會整體放慢 f_sampling，要同步下調 ICxF）。

  • 觀察與對癥

    • 空閑時計數跳動/上電就到 0xFFFFFFFF：

      • 給 STEP/DIR 設合適下拉（空閑低更穩）、增大 ICxF、按“先啟用后清零”的順序再清一次 CNT。

    • 高速下丟步：

      • 減小 IC1Filter 或把 CKD 調回 DIV1；同時確認 A 板脈寬是否達到驅動器規范（不少于 2–3 μs）。

    • 偶發錯向/負跳：

      • 增大 IC2Filter；檢查 t_dir_setup（變向到第一步的延時）是否 ≥ 2–5 μs。

    • 光耦尾沿回跳：

      • 適當增大 ICxF 或加 RC/施密特；必要時把“有效沿”選在回跳更干凈的邊。

一個可復制的“調參流程”

  1. 先把 STEP/DIR 空閑電平穩定（多用 PULLDOWN，空閑低+正脈沖最穩）。

  2. IC1Filter=10，IC2Filter=12，CKD=DIV1 啟動，空閑觀察 CNT=0。

  3. 帶著邏輯分析儀跑到目標最高步頻：

    • 若丟步 → 依次把 IC1Filter 降到 8、6、4… 直到滿頻不丟；
    • 若仍有毛刺/誤計 → 把 IC2Filter 再提 1–2 檔，必要時 STEP 也提一檔并稍降最高步頻或加硬件整形。

  4. 定下來的 ICxF 記錄在案，再按 t_dir_setup、脈寬裕量 做一次回歸測試。

需要查表的時候

當你要精確算某個 ICxF 對應的 f_sampling/N，或想用 ETR 的 ETF 做同樣事情（方案B）時，直接開 RM0090 的定時器章節，里面有一張“ICxF/ETF 取值 → 采樣分頻 M & 連續樣本數 N”的對照表；把你的定時器時鐘、CKD、該表三者代入上面的兩個公式即可。(STMicroelectronics)

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