Stm32-输入捕获

时间  2021-01-01

输入捕获模式可以用来测量脉冲宽度或者测量频率。STM32 的定时器，除了 TIM6 和 TIM7，其他定时器都有输入捕获功能。STM32 的输入捕获，简单地说就是通过检测 TIMx_CHx 上的边沿信号，在边沿信号发生跳变（比如上升沿/下降沿）的时候，将当前定时器的值（TIMx_CNT）存放到对应的通道的捕获/比较寄存器（TIMx_CCRx）中。

1. 相关寄存器介绍

1） 捕获/比较模式寄存器 (TIMx_CCMRx) 


当在输入捕获模式下使用的时候，对应上图的第二行描述，从图中可以看出，TIMx_CCMR1 明显是针对 2 个通道的配置，低八位[7：0]用于捕获/比较通道 1 的控制，而高八位[15：8]则用于捕获/比较通道 2 的控制。同理，CCMR2 这个寄存器用来控制通道 3 和通道 4。今天的实验，我们用到的是 TIM5 的捕获/比较通道 1。


 （1）CC1S[1:0]，这两个位用于 CCR1 的通道配置，这里我们设置 CC1S[1:0]=01，也就是配置 IC1 映射在 TI1 上。如果不理解没有关系，看图就知道了。


从图中可以知道，IC1有三个输入源，分别是TI1，TI2，TRC。

TIM5_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI; 这是通过库函数配置，映射到TI1。

头文件（stm32f10x_tim.h）定义如下：

#define TIM_ICSelection_DirectTI           ((uint16_t)0x0001) 
#define TIM_ICSelection_IndirectTI         ((uint16_t)0x0002) 
#define TIM_ICSelection_TRC                 ((uint16_t)0x0003)

（2）IC1F[3:0]


表格中的f_ck_int 是定时器的输入频率（TIMxCLK），f_dts 则是根据 TIMx_CR1 的 CKD[1:0]来确定。



上图就是TIMx_CR1寄存器。

#define TIM_CKD_DIV1                       ((uint16_t)0x0000)
#define TIM_CKD_DIV2                       ((uint16_t)0x0100)
#define TIM_CKD_DIV4                       ((uint16_t)0x0200)

假定选IC1F[3:0]=0101，即采样频率为fDTS/2, N=8；

选CKD[1:0]=01，即 tDTS = 2 × tCK_INT；并假定 fCK_INT=72MHz。  

这时可以算出，采样频率为72MHz/2/2=18MHz.

1/(18MHz)*8 = 0.4444us = 444.4ns.

因为N=8，所以滤波器可以滤除掉输入端小于444.4ns的脉冲。 

“数字滤波器由一个事件计数器组成，它记录到N个事件后会产生一个输出的跳变”，这句话可以这样理解：

当滤波器连续采样到N个有效电平时，就输出这个有效电平。 
当滤波器没有连续采样到N个有效电平时，再从0开始计数，输出一直保持上一次输出的有效电平。

例如：滤波器上一次输出是高电平，本次连续采样到（N-1）个高电平，但第N个是个低电平，那么滤波器仍然保持上次输出的高电平，并重新开始计数，记录1次低电平，如果其后采样的（N-1）个也是低电平，此时滤波才输出低电平，于是一个下降沿才出现在IC1上。

（3）IC1PSC[1:0]


这里的“事件”指的是上升沿或者下降沿，具体是哪个由TIMx_CCER寄存器的CCxP位决定。

2）捕获/比较使能寄存器：TIMx_CCER


所以，要使能输入捕获，必须设置 CC1E=1，而 CC1P 则根据自己的需要来配置（捕获发生在上升沿还是下降沿）。 

3） DMA/中断使能寄存器(TIMx_DIER) 


在实验中，我们需要允许位0和位1的中断。

#define TIM_IT_Update                      ((uint16_t)0x0001)
#define TIM_IT_CC1                         ((uint16_t)0x0002)
#define TIM_IT_CC2                         ((uint16_t)0x0004)
#define TIM_IT_CC3                         ((uint16_t)0x0008)
#define TIM_IT_CC4                         ((uint16_t)0x0010)

对应的库函数是：TIM_ITConfig(TIM5,TIM_IT_Update|TIM_IT_CC1,ENABLE);

4） 捕获/比较寄存器 (TIMx_CCRx) 


该寄存器用来存储捕获发生时，TIMx_CNT的值，我们从 TIMx_CCR1 就可以读出通道 1 捕获发生时刻的 TIMx_CNT 值，通过两次捕获（一次上升沿捕获，一次下降沿捕获）的差值，就可以计算出高电平脉冲的宽度。

2. 实验设计

通过TIM3产生一路PWM（从PB5输出），把PB5连接到PA0上，PA0和 TIM5_CH1是同一个管脚。利用TIM5_CH1的输入捕获功能，测量出PWM的宽度。


3. 参考代码

[cpp]  view plain  copy
  1. //TIM5_CH1输入捕获配置  
  2. void TIM5_Cap_Init(u16 arr,u16 psc)  
  3. {      
  4.     TIM_ICInitTypeDef  TIM5_ICInitStructure;  
  5.     TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;  
  6.     NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;  
  7.   
  8.     RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM5, ENABLE);    //使能TIM5时钟  
  9.       
  10.     //TIM5的配置  
  11.     TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr;     //重装载值  
  12.     TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc;   //分频系数   
  13.     TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;      //tDTS = tCK_INT  
  14.     TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //向上计数  
  15.     TIM_TimeBaseInit(TIM5, &TIM_TimeBaseStructure);   
  16.     
  17.     //TIM5输入捕获配置  
  18.     TIM5_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1; //我们用通道1  
  19.     TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;    //上升沿捕获  
  20.     TIM5_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI; //映射到TI1  
  21.     TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;   //无预分频器   
  22.     TIM5_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x00; //IC1F=0000 ，无滤波器  
  23.     TIM_ICInit(TIM5, &TIM5_ICInitStructure);  
  24.       
  25.     //中断优先级配置  
  26.     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM5_IRQn;    
  27.     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;    
  28.     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;    
  29.     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;   
  30.     NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);    
  31.       
  32.     TIM_ITConfig(TIM5,TIM_IT_Update|TIM_IT_CC1,ENABLE);//打开更新中断和捕获中断  
  33.       
  34.     TIM_Cmd(TIM5,ENABLE );  //使能定时器5  
  35.      
  36. }  

[cpp]  view plain  copy
  1. #define START          0X01  
  2. #define WAIT_RISING    0X02  
  3. #define WAIT_FALLING   0X03  
  4.   
  5.                           
  6. u16 TIM5CH1_CAPTURE_VAL;    //输入捕获值  
  7. u32 a[500] = {0};           //存放电平宽度  
  8. u32 i = 0; //数组下标  
  9. u8 overflow = 0;    //记录定时器更新中断的次数  
  10. u8 state = START;  
  11.   
  12. //定时器5中断服务程序  
  13. void TIM5_IRQHandler(void)  
  14. {   
  15.   
  16.     if(i<500)  
  17.     {       
  18.         if (TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_Update) != RESET)  
  19.         {         
  20.             ++overflow;  
  21.         }  
  22.           
  23.         if (TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_CC1) != RESET)//捕获事件  
  24.         {     
  25.             if(state == START)      //初始状态                
  26.             {     
  27.                 overflow = 0;  
  28.                 TIM_SetCounter(TIM5,0);  
  29.                 state = WAIT_FALLING;  
  30.                 TIM_OC1PolarityConfig(TIM5,TIM_ICPolarity_Falling);     //设置为下降沿捕获  
  31.             }     
  32.             else if(state == WAIT_RISING)    //等待上升沿  
  33.             {  
  34.                 TIM5CH1_CAPTURE_VAL = TIM_GetCapture1(TIM5);  
  35.                 a[i++] = TIM5CH1_CAPTURE_VAL + overflow*65536;  
  36.                   
  37.                 overflow = 0;  
  38.                 TIM_SetCounter(TIM5,0);  
  39.                 state = WAIT_FALLING;  
  40.                 TIM_OC1PolarityConfig(TIM5,TIM_ICPolarity_Falling); //设置为下降沿捕获  
  41.                   
  42.             }  
  43.             else // wait falling  
  44.             {  
  45.                 TIM5CH1_CAPTURE_VAL = TIM_GetCapture1(TIM5);  
  46.                 a[i++] = TIM5CH1_CAPTURE_VAL + overflow*65536;  
  47.                   
  48.                 overflow = 0;  
  49.                 TIM_SetCounter(TIM5,0);  
  50.                 state = WAIT_RISING;  
  51.                 TIM_OC1PolarityConfig(TIM5,TIM_ICPolarity_Rising); //设置为上升沿捕获  
  52.                   
  53.             }  
  54.         }                                                
  55.     }  
  56.    
  57.     TIM_ClearITPendingBit(TIM5, TIM_IT_CC1|TIM_IT_Update); //清除中断  
  58. }  
[cpp]  view plain  copy
  1. int main(void)  
  2. {             
  3.     NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);  //中断优先级分组  
  4.       
  5.     TIM3_PWM_Init(999,71); // 72/(71+1)=1MHz, T=1us*(999+1) = 1ms    
  6.     TIM_SetCompare2(TIM3,650);    
  7.       
  8.     TIM5_Cap_Init(0XFFFF,71);   //以1MHz频率计数  
  9.     while(1)  
  10.     {  
  11.         ;  
  12.     }  
  13. }  
4.实验结果

1) 仿真图



PWM 高电平= 350us, 低电平=650us

2) 得出的数组


高电平：347us, 低电平 647us

结论：实验OK

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