STM32 电机测速实战：M 法 + T 法全覆盖，高速低速精准适配

STM32 实现电机测速的核心方案是 “定时器编码器接口 + 双测速算法”：M 法通过固定时间计数脉冲，适合 146rpm 以上高速场景；T 法通过测量脉冲间隔，适合 35rpm 以下低速场景，结合 TIM3（编码器解码）、TIM2（脉冲捕获）、TIM6（定时中断）的硬件协作，可实现全转速范围精准测速。

资料获取：【实战经验】LAT1447 电机测速方法以及在STM32中的实现

1. 核心测速原理：M 法 vs T 法（清晰对比）

1.1 M 法测速（高速优选）

核心逻辑：固定采样时间Ts，统计编码器输出脉冲数M1，换算转速。
关键公式：
- 转速：n = (60 × M1) / (Z × Ts)（r/min），Z为编码器每圈 4x 脉冲数；
- 分辨率：Q = 60 / (Z × Ts)（与转速无关）；
- 误差率：δ = 1/M1 × 100%（转速越高，误差越小）。
特点：高速下脉冲数多，误差小；低速时脉冲数少，误差剧增（如 19rpm 时误差可达 5% 以上）。

1.2 T 法测速（低速优选）

核心逻辑：测量编码器两个脉冲的间隔时间Tt（通过高频时钟脉冲数M2换算），反推转速。
关键公式：
- 转速：n = (60 × ft) / (Z × M2)（r/min），ft为高频时钟频率；
- 分辨率：Q = 60×ft / [Z×M2×(M2-1)]（转速越低，M2越大，分辨率越高）；
- 误差率：δ = 1/(M2-1) × 100%（低速时误差极小，高速时误差增大）。
特点：低速下脉冲间隔长，M2多，误差小；高速时间隔短，M2少，误差上升。

1.3 核心差异总结

对比维度	M 法	T 法
适用转速	中高速（≥146rpm）	中低速（≤292rpm）
误差特性	转速越高，误差越小	转速越低，误差越小
分辨率	固定（与转速无关）	动态（低速分辨率更高）
硬件依赖	定时器计数 + 定时中断	定时器捕获 + 编码器接口

2. STM32 硬件实现方案（定时器协作）

2.1 定时器分配（以 STM32F1/F4/H7 为例）

定时器	功能	核心配置
TIM3	编码器接口（4x 解码）	编码器模式（SMS=0011），映射 TRGO 输出
TIM2	脉冲间隔捕获（T 法核心）	输入捕获模式，触发源为 TIM3_TRGO
TIM6	定时中断（计算触发）	1ms 中断，读取计数 / 捕获值计算转速

2.2 关键配置步骤（CubeMX + 代码）

（1）TIM3 编码器接口配置

void MX_TIM3_Init(void) {
  TIM_Encoder_InitTypeDef sConfig = {0};
  htim3.Instance = TIM3;
  htim3.Init.Prescaler = 0; // 不分频
  htim3.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
  htim3.Init.Period = 0xFFFF; // 最大计数范围
  htim3.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
  sConfig.EncoderMode = TIM_ENCODERMODE_TI12; // 4x解码（TI1和TI2均计数）
  sConfig.IC1Polarity = TIM_ICPOLARITY_RISING;
  sConfig.IC1Selection = TIM_ICSELECTION_DIRECTTI;
  sConfig.IC2Polarity = TIM_ICPOLARITY_RISING;
  sConfig.IC2Selection = TIM_ICSELECTION_DIRECTTI;
  HAL_TIM_Encoder_Init(&htim3, &sConfig);
  HAL_TIM_Start(&htim3); // 启动编码器计数
}

（2）TIM2 输入捕获配置（T 法）

void MX_TIM2_Init(void) {
  TIM_IC_InitTypeDef sConfigIC = {0};
  htim2.Instance = TIM2;
  htim2.Init.Prescaler = 71; // 假设APB1=72MHz，ft=1MHz
  htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
  htim2.Init.Period = 0xFFFF;
  HAL_TIM_IC_Init(&htim2);
  sConfigIC.ICPolarity = TIM_ICPOLARITY_RISING;
  sConfigIC.ICSelection = TIM_ICSELECTION_TRC; // 触发源为TIM3_TRGO
  sConfigIC.ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;
  HAL_TIM_IC_ConfigChannel(&htim2, &sConfigIC, TIM_CHANNEL_1);
  HAL_TIM_IC_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_1); // 启动捕获
}

（3）TIM6 定时中断配置（1ms）

void MX_TIM6_Init(void) {
  htim6.Instance = TIM6;
  htim6.Init.Prescaler = 71; // 72MHz时钟→1MHz计数
  htim6.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
  htim6.Init.Period = 999; // 1ms中断（1MHz×1ms=1000计数）
  HAL_TIM_Base_Init(&htim6);
  HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim6); // 启动定时中断
}

2.3 转速计算代码（中断服务函数）

#define Z 1024 // 编码器每圈4x脉冲数
uint32_t M1_prev = 0, speed_M = 0, speed_T = 0;

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) {
  if (htim->Instance == TIM6) {
    // 1. M法计算：读取TIM3计数差值（M1）
    uint32_t M1_curr = __HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim3);
    uint32_t M1 = M1_curr - M1_prev;
    M1_prev = M1_curr;
    speed_M = (60 * M1) / (Z * 0.001); // Ts=1ms=0.001s

    // 2. T法计算：读取TIM2捕获值（M2）
    uint32_t M2 = __HAL_TIM_GET_COMPARE(&htim2, TIM_CHANNEL_1);
    if (M2 != 0) {
      speed_T = (60 * 1000000) / (Z * M2); // ft=1MHz=1e6Hz
    }
  }
}

3. 测试结果验证（全转速覆盖）

3.1 高速场景（1460~2920rpm）

M 法：测速误差≤1%，与参考值高度吻合；
T 法：误差≥5%，脉冲间隔短导致M2少，精度下降。

3.2 中速场景（146~292rpm）

M 法误差≈2%，T 法误差≈1%，T 法略优。

3.3 低速场景（19~35rpm）

M 法误差≥5%，脉冲数过少导致计数偏差；
T 法误差≤0.5%，M2多，测量精准。

4. 实战选型与注意事项

4.1 算法选型建议

单一转速场景：高速选 M 法，低速选 T 法；
全转速场景：添加转速判断逻辑，自动切换算法（如转速＞146rpm 用 M 法，≤146rpm 用 T 法）。

4.2 关键优化点

编码器选型：Z越大，两种算法的分辨率和误差特性越好（推荐≥1024 脉冲 / 圈）；
时钟配置：T 法的ft越高，低速分辨率越高（推荐≥1MHz）；
计数溢出：采用 32 位定时器（如 TIM2/TIM5），避免高速时计数溢出。

4.3 避坑指南

编码器接线：确保 TI1/TI2 引脚接线正确，避免解码错误导致计数不准；
中断优先级：TIM6 中断优先级高于其他定时器，确保计数 / 捕获值及时读取；
误差校准：实际应用中可通过多次采样平均，进一步降低随机误差。

STM32 电机测速的核心是 “算法适配转速 + 硬件定时器协作”：M 法靠固定时间计数适配高速，T 法靠脉冲间隔捕获适配低速，结合编码器接口和多定时器功能，无需额外硬件即可实现全转速精准测量。开发时只需按转速场景选型算法，配置好定时器参数，即可快速落地。