STM32———定时器输入捕获功能_stm32定时器输入捕获

提示：文章写完后，目录可以自动生成，如何生成可参考右边的帮助文档

---

一，输入捕获简介

• IC（Input Capture）输入捕获
• 输入捕获模式下，当通道输入引脚出现指定电平跳变时，当前CNT的值将被锁存到CCR中，可用于测量PWM波形的频率、占空比、脉冲间隔、电平持续时间等参数。
• 每个高级定时器和通用定时器都拥有4个输入捕获通道 。
• 可配置为PWMI模式，同时测量频率和占空比。
• 可配合主从触发模式，实现硬件全自动测量。

• 左侧为定时器输入捕获部分，右边为定时器输出比较部分。
• 四个输入捕获和四个输出比较共用四个捕获/比较寄存器，它们的引脚也是共用的。
• 同一定时器，捕获，比较功能不可同时使用。

工作流程

（STM32选用测周法测量）
信号从通道一进入，遇到输入滤波器和边沿检测器（每个通道有两组，分别输出TIxFP1，TIxFP2）输出TI1FP1和TI1FP2信号（TI1FP2输入至通道2中），输出信号经过数据选择器（可选择TI1FP1，也可选择通道二输入的TI2FP1），经过选择器的信号，再由预分频器进行分频（系数自由选择），然后从预分频器每输出一个信号，触发一次捕获事件（在状态寄存器置标志位，也可产生中断，我们可选择在中断中处理一些事情），同时CNT的值向CCR转运一次（CNT由内部标准时钟驱动，可用来计算信号周期）。

注：每次触发捕获信号时，我们都要清零CNT的值。（可通过主从触发模式完成）

关于滤波器

每经过N个信号为高电平，输出为高电平；N个信号为低电平，输出为低电平
采样系数越大，采样周期越大，N越大，数据越准确。

频率测量

• 测频法：在闸门时间T内，对上升沿计次，得到N，则频率f_x=N / T （时间T内，每来一个上升沿，N+1）
  测频法适用于信号频率较高的情况，减少误差；若在信号频率较低时，当闸门时间T到达时，计数仍为0，这是测得频率为0，但真实频率不为0，产生误差。
  测频法测得为频率的均值，当在时间T内，频率发生改变时，测频法是这段时间的均值；且更新慢（每隔T更新一次），值比较平滑。

• 测周法：两个上升沿内，以标准频率fc计次，得到N ，则频率f_x=f_c / N （两个信号上升沿之间，使用标准频率为fc计数器计次，计次为N；一个计数时间1/fc，N个计次时间为N/fc，即为信号周期）
  测周法适用于频率较低的情况，减少误差；若在信号频率较大时，在两个上升沿内，计数器并未完成一次计数，频率为0，产生误差。
  测周法测得为信号的实时频率，即两个上升沿之间的周期倒数。更新速度取决于信号频率，更新更快，但只测一个周期，结果值易受干扰。

• 中界频率：测频法与测周法误差相等的频率点f_m=√f_c / T

PWM的频率通常很大，那为什么还是用测周法？
对于测周法而言
被测信号频率远低于标准信号频率时，被测信号脉冲很多（N很大），测周法得到的结果就很准确。
对于测频法而言
被测信号频率远高于标准信号频率(单位时间内计次的快慢)时，时间T内测得 的N就越大（N很大），测频法得到的结果就很准确。

主从触发模式

主模式：可以将定时器内部的信号映射到TRGO引脚，触发其他外设。
从模式：接收其他外设或自身外设的信号，执行自身定时器的运行，被别的信号所控制。、

触发源选择：选择从模式信号触发源的，选择指定的信号，得到TRGI，触发从模式，选择指定操作。

详细介绍查看手册

输入捕获基本结构

工作流程：
配置时基单元，PSC输出的频率（72MHZ/预分频系数）为标准频率，计数器开始自增。GPIO输入PWM信号，经过滤波器，边沿检测器（选择上升沿触发），每一个上升沿，输出一个信号TI1FP1，数据选择器选择TI1FP1为输入信号，经过预分频器，输出信号。CCR1读取CNT的值，并由从模式清零CNT，进入下一检测。

PWMI基本结构

工作流程基本一致，PWM信号经过边沿检测器，其中一个配置为下降沿触发，输出TI1FP2信号到通道二的数据选择器，选择其为输入信号，经过预分频器，输出信号。CCR2读取CNT的值，此为一个PWM周期中，保持高电平，CNT的计数。CCR2/CCR1=占空比。

二， 配置输入捕获功能

• 第一步：开启时钟，打开GPIO，TIM时钟。
• 第二步：GPIO初始化，配置为输入模式。
• 第三步：配置时基单元，CNT在内部时钟（用作标准频率fc）的驱动下自增运行。
• 第四步：配置输入捕获单元，包括滤波器，极性，直连通道还是交叉通道，分频器等（结构体配置）。
• 第五步：选择从模式触发源触发源为TI1FP1。
• 第六步：开启定时器。
  最后读取CCR寄存器，得到N，f=fc/N；

void TIM_ICInit(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_ICInitTypeDef* TIM_ICInitStruct);//结构体配置输入捕获单元的函数。（四个通道共用），结构体中有个参数选择通道。
void TIM_PWMIConfig(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_ICInitTypeDef* TIM_ICInitStruct);//快速配置两个通道。
void TIM_ICStructInit(TIM_ICInitTypeDef* TIM_ICInitStruct);//结构体赋初始值
void TIM_SelectInputTrigger(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_InputTriggerSource);//选择输入触发源TRGI
void TIM_SelectOutputTrigger(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_TRGOSource);//选择主模式输出的触发源，TRGO
void TIM_SelectSlaveMode(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_SlaveMode);//选择从模式

/*单独配置四个预分频器的参数*/
void TIM_SetIC1Prescaler(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_ICPSC);
void TIM_SetIC2Prescaler(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_ICPSC);
void TIM_SetIC3Prescaler(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_ICPSC);
void TIM_SetIC4Prescaler(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_ICPSC);

/*分别读取四个CCR的值*/
uint16_t TIM_GetCapture1(TIM_TypeDef* TIMx);
uint16_t TIM_GetCapture2(TIM_TypeDef* TIMx);
uint16_t TIM_GetCapture3(TIM_TypeDef* TIMx);
uint16_t TIM_GetCapture4(TIM_TypeDef* TIMx);
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18

第一步：开启时钟

/* 时钟配置*/
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE);//配置定时器3时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);//配置GPIOA的时钟
1
2
3

我们捕获使用TIM3，输出PWM使用TIM2
上文介绍过，同一定时器捕获输出只能选择一个。

第二步：配置GPIO

/*初始化GPIO*/
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;//定义结构体变量
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_6;//选择PA6通道打开
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;//扫描速率
	
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);//初始化
1
2
3
4
5
6
7

第三步：配置时基单元

	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStruct;
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;//选择时钟滤波频率为0
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;//CNT向上计数
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Period=65536-1;//ARR，最大值防止计数溢出。
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Prescaler=72-1;//PSC，确定fc=1MHZ
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_RepetitionCounter=0;//高级定时器的重复计数器
	TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseInitStruct);//初始化时基单元
	
1
2
3
4
5
6
7
8

注：如果被测频率太低，一个PWM周期内，CNT的值会溢出；这时我们可以加大PSC的值，降低fc频率。
第四步：初始化输入捕获单元

/*初始化输入捕获*/
	TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStruct;
	
	TIM_ICInitStruct.TIM_Channel=TIM_Channel_1;			//通道选择，选择TIM1，为通道1
	TIM_ICInitStruct.TIM_ICFilter=0xF;					输入滤波器参数，可以过滤信号抖动
	TIM_ICInitStruct.TIM_ICPolarity=TIM_ICPolarity_Rising;//极性选择，每次上升沿触发信号。
	TIM_ICInitStruct.TIM_ICPrescaler=TIM_ICPSC_DIV1;//捕获预分频，选择不分频，每次信号都触发捕获。
	TIM_ICInitStruct.TIM_ICSelection=TIM_ICSelection_DirectTI;//输入信号交叉，选择直通，不交叉
	TIM_ICInit(TIM3, &TIM_ICInitStruct);       
1
2
3
4
5
6
7
8
9

第五步：触发源选择

/*选择触发源及从模式*/
	TIM_SelectInputTrigger(TIM3, TIM_TS_TI1FP1);					//触发源选择TI1FP1
	TIM_SelectSlaveMode(TIM3, TIM_SlaveMode_Reset);					//从模式选择复位
																	//即TI1产生上升沿时，会触发CNT归零
1
2
3
4

第六步：定时器使能

/*TIM使能*/
	TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);			//使能TIM3，定时器开始运行
1
2

获取结果

uint32_t IC_GetFreq(void)
{
	return 1000000 / (TIM_GetCapture1(TIM3)+1);		//测周法得到频率fx = fc / N，这里不执行+1的操作也可
}
1
2
3
4