STM32F407 CubeMx使用定时器测量信号频率 分辨率0.001Hz_f407 测频

一、需求

使用STM32F407 测量外部输入方波信号的周期，信号变化范围：45HZ~55HZ，测量分辨率0.001HZ。

二、配置

• stm32Cubemx：version 6.1.1
• HAL库：1.25.2
• MDK：5.34
• C Compiler：ARMCC 6.16 

三、分析

采用定时器的PWM输入捕获模式，读取定时器在两个信号脉冲上升沿之间计数值，即可。

50Hz测量分辨率为0.001Hz，即测量频率精确到小数点后三位，测量精度非常高，因此必须尽可能提高定时器的运行频率。此外，还要考虑定时器的位数，防止计数超过定时器的最大计数值。

参考STM32F407的技术手册，定时器TIM2~TIM5、TIM12~TIM14受限于APB1总线的最大时钟（42MHz），定时器TIM1、TIM8~TIM11受限于APB2总线的最大时钟（84MHz）。

送到Timer的时钟还会被系统二倍频，因此，TIM2~TIM5、TIM12~TIM14的最大时钟为84MHz，TIM1、TIM8~TIM11的最大时钟为168MHz。

还需要考虑计数值的最大计数范围，例如在最大时钟168MHz运行时，到50HZ的计数值应该为168M/50 = 3360000，这远超过16位计数器的65535。因此，需要折中考虑。

经过分析，32位定时器TIM5，运行在84MHZ时，是比较满足要求的，50HZ此时的计数值为84M/50 = 1680000, 32位计数器能hold住。

四、cubeMx配置

4.1 时钟设置

TIM5挂在APB1上，保证APB1最大速度42MHz，可得到APB1的Timer时钟84MHz。

4.2 TIM设置

选择TIM5，使用PWM 的通道1输入：

定时器的预分频系数PSC设置为0，即不分频。PWM设置为TI1FP1上升沿触发，SlaveModeController设置ResetMode，即捕获到上升沿就重置计数。InputFilter用于设置输入滤波，当识别到多少个电平信息后认为是稳定的边沿到达。

然后开启全局中断

设置CH1的GPIO为下拉，以保证稳定外部触发。

其他配置包括串口UART之类的，正常配置即可。保存，生成工程代码。

五、计算频率

• 在MDK工程中，使用 HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim5,TIM_CHANNEL_1)，启用定时器的PWM捕获功能。
• 在void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) 中断函数中获取定时器的计数值，并计算出频率。
• 使用HAL_TIM_ReadCapturedValue读取计数值。

main.c代码如下：

中断处理函数如下：

主函数main.c中每500ms打印一次频率测量值。

信号发生器输出频率50Hz，实际测得的值为49.99672699HZ，一直很稳定，小数点后4位不变化，说明精度可以保证到0.0001Hz，固定误差是0.004Hz，在输出结果时进行误差补偿即可，这部分误差有可能是信号发生器本身或者连接线的问题，是可以满足测量任务的。