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[RISC-V MCU 应用开发] 九、CH32V103应用教程——输入捕获

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 楼主| RISCVLAR 发表于 2020-11-7 16:06 | 显示全部楼层 |阅读模式
TI, ic, ni, IO, ST
本帖最后由 RISCVLAR 于 2020-12-29 16:16 编辑

CH32V103应用教程——输入捕获

本章教程通过CH32V103开发板PA8引脚检测PWM脉宽和周期，并通过串口调试助手打印显示。

1、输入捕获简介及相关函数介绍
输入捕获模式是定时器的基本功能之一，其通常用于测量频率或者测量脉宽。

输入捕获可对输入信号的上升沿、下降沿或者双边沿进行捕获，其捕获原理为：当发生并捕获信号跳变沿之后，计数器（CNT）值将被锁存到捕获比较寄存器（CCR）中，将前后两次捕获到的CCR寄存器中的值相减，即可计算出频率或者脉宽。如果捕获脉宽时长超过捕获定时器的周期，会发生溢出，此时需要进行额外处理。

关于定时器输入捕获具体介绍，可参考CH32V103应用手册。输入捕获程序所需函数所在库函数在定时器中断教程中已介绍，本章不做过多介绍。

2、硬件设计
本章教程使用输入捕获中PWM输入模式，需要用到两个开发板，一个用于产生PWM输出，一个用于输入捕获。本章教程使用两个CH32V103开发板，一个直接下载CH32V103 EVT中PWM输出例程，一个直接下载本章教程中例程，然后将两个开发板PA8引脚连接起来。

3、软件设计
本章教程使用PWM输入模式进行输入捕获，其使用两个通道和两个捕获寄存器，具体实现方式为：当使用PWM输入模式时，PWM信号由输入通道TI1进入，配置滤波后的定时器输入1（TI1FP1）为触发信号并设置上升沿捕获。当上升沿的时候捕获比较通道IC1和IC2同时捕获，计数器CNT清零，到了下降沿的时候，IC2捕获，此时计数器CNT的值被锁存到捕获比较寄存器CCR2中，到了下一个上升沿的时候，IC1捕获，计数器CNT 的值被锁存到捕获比较寄存器CCR1中。其中CCR2+1测量的是脉宽， CCR1+1测量的是周期。这里要注意的是 CCR2 和 CCR1 的值在计算占空比和频率的时候都必须加1，因为计数器是从0开始计数的。
使用PWM输入模式实现输入捕获具体程序如下：
capture.h文件
复制
  1. #ifndef __CAPTURE_H
    

  2. #define __CAPTURE_H
    


  3. 

  4. #include "ch32v10x_conf.h"
    


  5. 

  6. void Input_Capture_Init( u16 arr, u16 psc );
    

  7. void TIM1_CC_IRQHandler(void);
    


  8. 

  9. #endif
capture.h文件主要是函数的声明。
capture.c文件
复制
  1. #include "capture.h"
    


  2. 

  3. void TIM1_CC_IRQHandler(void) __attribute__((interrupt("WCH-Interrupt-fast")));
    


  4. 

  5. /* ----------------   PWM信号 周期和占空比的计算--------------- */
    

  6. // arr ：自动重装载寄存器的值
    

  7. // clk_cnt：计数器的时钟，等于 Fck_int / (psc+1) = 72M/(psc+1)
    

  8. // PWM信号的周期 T = (arr +1)* (1/clk_cnt) = arr*(psc+1) / 72M
    

  9. // 占空比P=CCR/(arr+1)
    

  10. /*******************************************************************************
    

  11. * Function Name  : Input_Capture_Init
    

  12. * Description    : Initializes TIM1 input capture.
    

  13. * Input          : arr: the period value.
    

  14. *                  psc: the prescaler value.
    

  15. *                  ccp: the pulse value.
    

  16. * Return         : None
    

  17. *******************************************************************************/
    

  18. void Input_Capture_Init( u16 arr, u16 psc )
    

  19. {
    

  20.     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    

  21.     TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
    

  22.     TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;
    

  23.     NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    


  24. 

  25.     RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_TIM1, ENABLE );//使能GPIOA时钟和TIM1时钟
    


  26. 

  27.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8;
    

  28.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    

  29.     GPIO_Init( GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    

  30.     GPIO_ResetBits( GPIOA, GPIO_Pin_8 );
    


  31. 

  32.     //定时器周期，实际就是设定自动重载寄存器 ARR 的值， ARR 为要装载到实际自动重载寄存器（即影子寄存器） 的值， 可设置范围为 0 至 65535。
    

  33.     TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = arr;
    

  34.     //定时器预分频器设置，时钟源经该预分频器才是定时器计数时钟CK_CNT，它设定 PSC 寄存器的值。
    

  35.     //计算公式为： 计数器时钟频率 (fCK_CNT) 等于fCK_PSC / (PSC[15:0] + 1)，可实现 1 至 65536 分频。
    

  36.     TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = psc;
    

  37.     //时钟分频，设置定时器时钟 CK_INT 频率与死区发生器以及数字滤波器采样时钟频率分频比。可以选择 1、 2、 4 分频。
    

  38.     TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
    

  39.     TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //设置计数模式，向上计数模式
    

  40.     TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter =  0x00;        //设置重复计数器的值，0。重复计数器，只有 8 位，只存在于高级定时器。
    

  41.     TIM_TimeBaseInit( TIM1, &TIM_TimeBaseInitStructure); //初始化
    


  42. 

  43.     // 当用作PWM输入捕获模式时,只需要设置触发信号的那一路即可（用于测量周期）
    

  44.     // 另外一路（用于测量占空比）会由硬件自带设置，不需要再配置
    


  45. 

  46.     // TIM_Channel：捕获通道 ICx 选择，可选 TIM_Channel_1、 TIM_Channel_2、TIM_Channel_3 或 TIM_Channel_4 四个通道。
    

  47.     TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1;
    

  48.     //配置输入捕获预分频器值，如果需要捕获输入信号的每个有效边沿，则设置 1 分频 即可
    

  49.     TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;
    

  50.     //输入捕获滤波器设置，可选设置 0x0 至 0x0F。它设定 CHCTLRx 寄存器ICxF[3:0]位的值。一般我们不使用滤波器，即设置为 0
    

  51.     TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x0;
    

  52.     //输入捕获边沿触发选择，可选上升沿触发、下降沿触发或边沿跳变触发。
    

  53.     TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;
    

  54.     //输入通道选择，捕获通道 ICx 的信号可来自三个输入通道，分别为TIM_ICSelection_DirectTI、 TIM_ICSelection_IndirectTI 或 TIM_ICSelection_TRC
    

  55.     TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;
    


  56. 

  57.     TIM_PWMIConfig( TIM1, &TIM_ICInitStructure );
    


  58. 

  59.     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM1_CC_IRQn;       //TIM1捕获比较中断
    

  60.     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;//设置抢占优先级
    

  61.     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;       //设置响应优先级
    

  62.     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;          //使能通道
    

  63.     NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
    


  64. 

  65.     TIM_ITConfig( TIM1, TIM_IT_CC1 | TIM_IT_CC2, ENABLE ); //使能TIM1捕获中断
    


  66. 

  67.     // 选择输入捕获的触发信号
    

  68.     TIM_SelectInputTrigger(TIM1, TIM_TS_TI1FP1);
    


  69. 

  70.     // 选择从模式: 复位模式
    

  71.     // PWM输入模式时,从模式必须工作在复位模式，当捕获开始时,计数器CNT会被复位
    

  72.     TIM_SelectSlaveMode(TIM1, TIM_SlaveMode_Reset);
    

  73.     TIM_SelectMasterSlaveMode(TIM1,TIM_MasterSlaveMode_Enable);
    

  74.     TIM_Cmd( TIM1, ENABLE );  //定时器使能
    

  75. }
    


  76. 

  77. /*******************************************************************************
    

  78. * Function Name  : TIM1_CC_IRQHandler
    

  79. * Description    : This function handles TIM1  Capture Compare Interrupt exception.
    

  80. * Input          : None
    

  81. * Output         : None
    

  82. * Return         : None
    

  83. *******************************************************************************/
    

  84. void TIM1_CC_IRQHandler(void)
    

  85. {
    


  86. 

  87.     if( TIM_GetITStatus( TIM1, TIM_IT_CC1 ) != RESET )   //若捕获比较1发生中断
    

  88.     {
    

  89.         printf( "cycle:%d\r\n", (TIM_GetCapture1(TIM1)+1) );      //打印得到的捕获比较1寄存器值，其值加1表示周期
    

  90.         TIM_SetCounter( TIM1, 0 );
    

  91.     }
    


  92. 

  93.     if( TIM_GetITStatus( TIM1, TIM_IT_CC2 ) != RESET )   //若捕获比较2发生中断
    

  94.     {
    

  95.         printf( "Pulsewidth:%d\r\n", (TIM_GetCapture2(TIM1)+1) ); //打印得到的捕获比较2寄存器值，其值加1表示脉宽
    

  96.     }
    


  97. 

  98.     TIM_ClearITPendingBit( TIM1, TIM_IT_CC1 | TIM_IT_CC2 ); //清除TIM1捕获比较1和捕获比较2中断挂起位
    

  99. }
    


  100.
capture.c文件主要是输入捕获相关函数配置，包括输入捕获相关函数初始化配置和定时器中断服务函数，其具体配置流程如下：
1、使能GPIOA时钟和TIM1时钟
复制
  1. RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_TIM1, ENABLE );//使能GPIOA时钟和TIM1时钟
2、GPIO初始化配置
复制
  1. GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8;
    

  2. GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    

  3. GPIO_Init( GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    

  4. GPIO_ResetBits( GPIOA, GPIO_Pin_8 );
3、根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIM1时基单元外围设备。
复制
  1. //定时器周期，实际就是设定自动重载寄存器 ARR 的值， ARR 为要装载到实际自动重载寄存器（即影子寄存器） 的值， 可设置范围为 0 至 65535。
    

  2.     TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = arr;
    

  3.     //定时器预分频器设置，时钟源经该预分频器才是定时器计数时钟CK_CNT，它设定 PSC 寄存器的值。
    

  4.     //计算公式为： 计数器时钟频率 (fCK_CNT) 等于fCK_PSC / (PSC[15:0] + 1)，可实现 1 至 65536 分频。
    

  5.     TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = psc;
    

  6.     //时钟分频，设置定时器时钟 CK_INT 频率与死区发生器以及数字滤波器采样时钟频率分频比。可以选择 1、 2、 4 分频。
    

  7.     TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
    

  8.     TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //设置计数模式，向上计数模式
    

  9.     TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter =  0x00;        //设置重复计数器的值，0。重复计数器，只有 8 位，只存在于高级定时器。
    

  10.     TIM_TimeBaseInit( TIM1, &TIM_TimeBaseInitStructure); //初始化
4、输入捕获结构体初始化，配置IC1捕获通道
复制
  1. // TIM_Channel：捕获通道 ICx 选择，可选 TIM_Channel_1、 TIM_Channel_2、TIM_Channel_3 或 TIM_Channel_4 四个通道。
    

  2.     TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1;
    

  3.     //配置输入捕获预分频器值，如果需要捕获输入信号的每个有效边沿，则设置 1 分频 即可
    

  4.     TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;
    

  5.     //输入捕获滤波器设置，可选设置 0x0 至 0x0F。它设定 CHCTLRx 寄存器ICxF[3:0]位的值。一般我们不使用滤波器，即设置为 0
    

  6.     TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x0;
    

  7.     //输入捕获边沿触发选择，可选上升沿触发、下降沿触发或边沿跳变触发。
    

  8.     TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;
    

  9.     //输入通道选择，捕获通道 ICx 的信号可来自三个输入通道，分别为TIM_ICSelection_DirectTI、 TIM_ICSelection_IndirectTI 或 TIM_ICSelection_TRC
    

  10.     TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;
5、初始化PWM输入模式
复制
  1. TIM_PWMIConfig( TIM1, &TIM_ICInitStructure );
6、配置中断优先级
复制
  1. NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM1_CC_IRQn;       //TIM1捕获比较中断
    

  2. NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2; //设置抢占优先级
    

  3. NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;            //设置响应优先级
    

  4. NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;            //使能通道
    

  5. NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  //NVIC初始化
7、使能捕获中断
复制
  1. TIM_ITConfig( TIM1, TIM_IT_CC1 | TIM_IT_CC2, ENABLE ); //使能TIM1捕获中断
8、选择输入捕获触发信号以及主从模式
复制
  1. TIM_SelectInputTrigger( TIM1, TIM_TS_TI1FP1 );                            //选择过滤定时器输入1作为触发源
    

  2. TIM_SelectSlaveMode( TIM1, TIM_SlaveMode_Reset );                     //TIM1从机模式，所选触发信号（TRGI）的上升沿重新初始化。
    

  3. TIM_SelectMasterSlaveMode( TIM1, TIM_MasterSlaveMode_Enable );//设置或重置TIM1主从模式，使能定时器与从机之间同步
9、使能定时器
复制
  1. TIM_Cmd( TIM1, ENABLE );
10、编写中断服务函数
复制
  1. void TIM1_CC_IRQHandler(void)
    

  2. {
    

  3.     if( TIM_GetITStatus( TIM1, TIM_IT_CC1 ) != RESET )   //若捕获比较1发生中断
    

  4.     {
    

  5.         printf( "cycle:%d\r\n", (TIM_GetCapture1(TIM1)+1) ); //打印得到的捕获比较1寄存器值，其值加1表示周期
    

  6.     }
    

  7.     if( TIM_GetITStatus( TIM1, TIM_IT_CC2 ) != RESET )   //若捕获比较2发生中断
    

  8.     {
    

  9.         printf( "Pulsewidth:%d\r\n", (TIM_GetCapture2(TIM1)+1) ); //打印得到的捕获比较2寄存器值，其值加1表示脉宽
    

  10.     }
    

  11.     TIM_ClearITPendingBit( TIM1, TIM_IT_CC1 | TIM_IT_CC2 ); //清除TIM1捕获比较1和捕获比较2中断挂起位
    

  12. }
capture.c文件主要是进行输入捕获的相关配置以及中断服务函数功能的设置，通过以上配置，即可进行输入捕获并通过中断服务函数打印输出脉宽和周期。
main.c文件
复制
  1. int main(void)
    

  2. {
    

  3.     USART_Printf_Init(115200);
    

  4.     printf("SystemClk:%d\r\n",SystemCoreClock);
    


  5. 

  6.     Input_Capture_Init( 1000-1, 72-1 );
    


  7. 

  8.     while(1);
    

  9. }
main.c文件主要是相关函数的初始化。

4、下载验证
将编译好的程序下载到开发板并复位，将两个开发板PA8引脚连接起来，打开串口调试助手，可看见在不停打印PWM脉宽和周期，具体如下：
图片1.png



8、输入捕获.rar

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RISCVLAR
[url=home.php?mod=space&uid=3248304]@lly1234567[/url] ：都可以，同时需要注意对应GPIO引脚的初始化配置  发表于 2021-6-29 09:45
lly1234567
请问要是捕获四路pwm该怎么写捕获通道ICx选择呢？ 是分别写还是像这样TIM_Channel_1|TIM_Channel_2|TIM_Channel_3 | TIM_Channel_4一起写入呢  发表于 2021-6-26 12:30

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xdqfc 发表于 2020-12-29 09:55 | 显示全部楼层
我没有看到通道2配置为下降沿捕获的代码，我之前用GD32的时候，必须配置通道2捕获方式是下降沿捕获，且捕获的信号选择为TI1的滤波后的信号，楼主的程序真的能够捕获到信号的下降沿的数据吗？？
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xdqfc
[url=home.php?mod=space&uid=3141872]@RISCVLAR[/url] ：感谢回复，谢谢。  发表于 2020-12-29 16:11
RISCVLAR
你好，感谢你的意见，首先声明一下，因为本次例程为PWM输入捕获，只需要设置触发那一路即可，另外一路会由硬件自带设置，不需要进行配置；但当我们用作普通输入捕获时，是需要对捕获通道2进行配置的，或许我在文中或程序中讲解或注释不清，给你带来这种疑问，我会注意修改的。  发表于 2020-12-29 13:02
xdqfc 发表于 2020-12-29 10:11 | 显示全部楼层
还有下面这句，解释为时钟分频因子，跟PSC是不是有混淆之嫌TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //设置时钟分频因子

假如估计没有错的话，这个参数应该的采样外部信号抗干扰用的，并不是计数器的输入信号，跟PSC不是一回事，譬如捕获外部信号，肯定要设定一下抗干扰，还有，这个参数还是设定PWM死区时间时候用的。
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RISCVLAR
感谢指出，后面我会严谨对待注释的，正如你所说，TIM_ClockDivision用于定时器时钟源是“外部触发输入”时的情况，它是“外部触发输入时钟”的分频系数。在定时器时钟源内部时钟时可认为是没有意义的，再次感谢，以后会注意这些的。  发表于 2020-12-29 10:38
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