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[STM32F4]

STM32F407输入捕获应用--PWM 输入模式测量脉冲频率与宽度

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本帖最后由 范德萨发额 于 2022-12-29 23:37 编辑

输入捕获一般应用在两个方面,一个方面是脉冲跳变沿时间测量,另一方面
是 PWM 输入测量。测量脉宽或者频率


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范德萨发额 2022-12-29 23:37 回复TA
———————————————— 版权声明:本文为CSDN博主「C是最好的编程语言」的原创文章,遵循CC 4.0 BY-SA版权协议,转载请附上原文出处链接及本声明。 原文链接:https://blog.csdn.net/wwwqqq2014/article/details/127960582 
沙发
范德萨发额|  楼主 | 2022-12-29 23:38 | 只看该作者
测量频率

当捕获通道 TIx 上出现上升沿时,发生第一次捕获,计数器 CNT 的值会被锁存到捕获寄存器 CCR 中,而且还会进入捕获中断,在中断服务程序中记录一次捕获(可以用一个标志变量来记录),并把捕获寄存器中的值读取到 value1 中。当出现第二次上升沿时,发生第二次捕获,计数器 CNT 的值会再次被锁存到捕获寄存器 CCR 中,并再次进入捕获中断,在捕获中断中,把捕获寄存器的值读取到 value3 中,并清除捕获记录标志。利用 value3 和 value1 的差值我们就可以算出信号的周期(频率)。

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板凳
范德萨发额|  楼主 | 2022-12-29 23:39 | 只看该作者
测量脉宽

当捕获通道 TIx 上出现上升沿时,发生第一次捕获,计数器 CNT 的值会被锁存到捕获寄存器 CCR 中,而且还会进入捕获中断,在中断服务程序中记录一次捕获(可以用一个标志变量来记录),并把捕获寄存器中的值读取到 value1 中。然后把捕获边沿改变为下降沿捕获,目的是捕获后面的下降沿。当下降沿到来的时候,发生第二次捕获,计数器 CNT 的值会再次被锁存到捕获寄存器 CCR 中,并再次进入捕获中断,在捕获中断中,把捕获寄存器的值读取到 value3 中,并清除捕获记录标志。然后把捕获边沿设置为上升沿捕获。在测量脉宽过程中需要来回的切换捕获边沿的极性,如果测量的脉宽时间比较长,定时器就会发生溢出,溢出的时候会产生更新中断,我们可以在中断里面对溢出进行记录处理。

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地板
范德萨发额|  楼主 | 2022-12-29 23:39 | 只看该作者
PWM 输入模式

测量脉宽和频率还有一个更简便的方法就是使用 PWM 输入模式。与上面那种只使用一个捕获寄存器测量脉宽和频率的方法相比,PWM 输入模式需要占用两个捕获寄存器。

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范德萨发额|  楼主 | 2022-12-29 23:40 | 只看该作者

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范德萨发额|  楼主 | 2022-12-29 23:41 | 只看该作者
当使用 PWM 输入模式的时候,因为一个输入通道(TIx)会占用两个捕获通道(ICx),所以一个定时器在使用 PWM 输入的时候最多只能使用两个输入通道(TIx)。我们以输入通道 TI1 工作在 PWM 输入模式为例来讲解下具体的工作原理,其他通道以此类推即可。

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范德萨发额|  楼主 | 2022-12-29 23:45 | 只看该作者
PWM 信号由输入通道 TI1 进入,因为是 PWM 输入模式的缘故,信号会被分为两路,一路是 TI1FP1,另外一路是 TI2FP2。其中一路是周期,另一路是占空比,具体哪一路信号对应周期还是占空比,得从程序上设置哪一路信号作为触发输入,作为触发输入的哪一路信号对应的就是周期,另一路就是对应占空比。作为触发输入的那一路信号还需要设置极性,是上升沿还是下降沿捕获,一旦设置好触发输入的极性,另外一路硬件就会自动配置为相反的极性捕获,无需软件配置。一句话概括就是:选定输入通道,确定触发信号,然后设置触发信号的极性即可,因为是 PWM 输入的缘故,另一路信号则由硬件配置,无需软件配置。当使用 PWM 输入模式的时候必须将从模式控制器配置为复位模式(配置寄存器 SMCR 的位 SMS[2:0]来实现),即当我们启动触发信号开始进行捕获的时候,同时把计数器 CNT 复位清零。

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范德萨发额|  楼主 | 2022-12-29 23:45 | 只看该作者
下面我们以一个更加具体的时序图来分析下 PWM 输入模式。

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范德萨发额|  楼主 | 2022-12-29 23:46 | 只看该作者
PWM 信号由输入通道 TI1 进入,配置 TI1FP1 为触发信号,上升沿捕获。当上升沿的时候 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 的值被锁存到捕获寄存器 CCR1 中。其中 CCR2 测量的是脉宽,CCR1 测量的是周期。

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范德萨发额|  楼主 | 2022-12-29 23:47 | 只看该作者
从软件上来说,用 PWM 输入模式测量脉宽和周期更容易,付出的代价是需要占用两个捕获寄存器

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范德萨发额|  楼主 | 2022-12-29 23:48 | 只看该作者
软件实现

3.1、硬件准备

1、粤嵌开发板一套

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范德萨发额|  楼主 | 2022-12-29 23:49 | 只看该作者

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范德萨发额|  楼主 | 2022-12-29 23:50 | 只看该作者
迷你示波器一个

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范德萨发额|  楼主 | 2022-12-29 23:51 | 只看该作者

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范德萨发额|  楼主 | 2022-12-29 23:51 | 只看该作者
代码
初始化代码
/*****************************************
引脚说明:
PB6

TIM4_CH1(TIM4 -- APB1 16位  84MHZ)

*****************************************/


void Pwm_PB6_InputInit(void)
{
        GPIO_InitTypeDef                         GPIO_InitStructure;
        TIM_TimeBaseInitTypeDef          TIM_TimeBaseStructure;
        NVIC_InitTypeDef                         NVIC_InitStructure;
        TIM_ICInitTypeDef                        TIM4_ICInitStructure;
       
       
       
        RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4,ENABLE);//时钟使能
        RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB,ENABLE);//使能GPIOB时钟
       
       
        GPIO_InitStructure.GPIO_Pin         = GPIO_Pin_6;                         //GPIOB6
        GPIO_InitStructure.GPIO_Mode         = GPIO_Mode_AF;                        //复用功能
        GPIO_InitStructure.GPIO_Speed         = GPIO_Speed_100MHz;        //速度100MHz
        GPIO_InitStructure.GPIO_OType         = GPIO_OType_PP;                 //推挽复用输出
        GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd         = GPIO_PuPd_NOPULL;                 //下拉
        GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);                                         //初始化
       
        // 定时器复用引脚
        GPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource6,GPIO_AF_TIM4);

        TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler                = 83;                                          //定时器分频
        TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode        = TIM_CounterMode_Up;         //向上计数模式
        TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period                = 49999;                                   //自动重装载值
        TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;                 //分频因子 配置死区时会用到
       
        TIM_TimeBaseInit(TIM4,&TIM_TimeBaseStructure);


        //初始化TIM2输入捕获参数
        TIM4_ICInitStructure.TIM_Channel         = TIM_Channel_1;                           //通道1
        TIM4_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;        //上升沿捕获
        TIM4_ICInitStructure.TIM_ICSelection= TIM_ICSelection_DirectTI; //映射到TI1上
        TIM4_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler= TIM_ICPSC_DIV1;                         //配置输入分频,不分频
        TIM4_ICInitStructure.TIM_ICFilter   = 0x05;                                                //IC3F=0000 配置输入滤波器 不滤波
        // 初始化 PWM 输入模式
        TIM_PWMIConfig(TIM4, &TIM4_ICInitStructure);
               
       

        // 当工作做 PWM 输入模式时,只需要设置触发信号的那一路即可(用于测量周期)
        // 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
       
        // 选择输入捕获的触发信号
        TIM_SelectInputTrigger(TIM4, TIM_TS_TI1FP1);

        // 选择从模式: 复位模式
        // 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
        TIM_SelectSlaveMode(TIM4, TIM_SlaveMode_Reset);
        TIM_SelectMasterSlaveMode(TIM4,TIM_MasterSlaveMode_Enable);

        // 使能捕获中断,这个中断针对的是主捕获通道(测量周期那个)
        TIM_ITConfig(TIM4, TIM_IT_CC1, ENABLE);
        TIM_ClearITPendingBit(TIM4, TIM_IT_CC1);
       
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM4_IRQn;
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=2;//抢占优先级2
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority =0;                //子优先级0
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;                        //IRQ通道使能
        NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);        //根据指定的参数初始化VIC寄存器、
       
        //TIM_ITConfig(TIM4,TIM_IT_Update|TIM_IT_CC2,ENABLE);                                //允许更新中断 ,允许CC2IE捕获中断       
       
        TIM_Cmd(TIM4,ENABLE );         //使能定时器4
       
}


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范德萨发额|  楼主 | 2022-12-29 23:52 | 只看该作者
主函数代码
u32 IC1Value, IC2Value;
float DutyCycle,Frequency;


//定时器4中断服务程序         
void TIM4_IRQHandler(void)
{                     

        /* 清除定时器捕获/比较 1 中断 */
        TIM_ClearITPendingBit(TIM4, TIM_IT_CC1);

        /* 获取输入捕获值 */
        IC1Value = TIM_GetCapture1(TIM4);
        IC2Value = TIM_GetCapture2(TIM4);
        //printf("IC1Value = %d IC2Value = %d ",IC1Value,IC2Value);
        // 注意:捕获寄存器 CCR1 和 CCR2 的值在计算占空比和频率的时候必须加 1
        if (IC1Value != 0)
        {
                flag = 1;
        }

}


int main(void)
{
       
        unsigned int count = 0;
       
       
        //设置NVIC分组 第二分组 抢占优先级范围:0~3  响应优先级范围:0~3
        NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
       
        Delay_Init();
        //对LED初始化
        Led_Init();

        Usart1_Init(115200);
        Pwm_PB6_InputInit();
       
        while(1)
        {

                //每隔500ms计算一次占空比与频率。
                if(flag == 1)
                {
                       
                        /* 占空比计算 */
                        DutyCycle = (float)((IC2Value+1) * 100) / (IC1Value+1);

                        /* 频率计算 */
                        Frequency = 84000000/(83+1)/(float)(IC1Value+1);                       
                       
                       
                        printf("占空比:%0.2f%% 频率:%0.2fHz\r\n",DutyCycle,Frequency);
                       
                        DutyCycle = 0;
                        Frequency = 0;
                        flag = 0;
                }
                       
                delay_ms(500);
                       
        }
        return 0;
}

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范德萨发额|  楼主 | 2022-12-29 23:53 | 只看该作者
验证

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范德萨发额|  楼主 | 2022-12-29 23:54 | 只看该作者
最后发现有一定的误差,未知是不是这几百块的示波器产生的问题,还是软件的问题。还待验证,到时再找台高精度的脉冲发生器看看了。有了解的码农可以互相讨论下。

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范德萨发额|  楼主 | 2022-12-29 23:55 | 只看该作者
程序链接:https://download.csdn.net/download/wwwqqq2014/87148727

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Bowclad| | 2023-1-1 16:51 | 只看该作者
迷你示波器的精度不是很高吧

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