STM32F4_定时器输入捕获详解

发表于 2023-10-28 18:46

输入捕获简介
      STM32定时器可以分为相关时钟、时基单元、输入捕获、输出比较。在上一节我们已经学习了STM32的输出PWM比较功能，本节我们将学习STM32的输入捕获功能。

      输入捕获模式可以用来测量脉冲宽度或者测量频率。STM32F4系列拥有14个定时器，除了TIM6和TIM7，其他定时器都有输入捕获功能。

      输入捕获功能就是通过检测TIMx_CHx上的边沿信号，在边沿信号发生跳变(比如说上升沿/下降沿)的时候，将当前定时器的值TIMx_CNT存放到对应通道的捕获/比较寄存器TIMx_CCRx里面，完成一次捕获。同时还可以配置捕获时是否触发中断/DMA等。

发表于 2023-10-28 18:46

输入捕获框图

发表于 2023-10-28 18:46

发表于 2023-10-28 18:52

输入捕获的过程：输入阶段对TIx输入进行采样，通过滤波器生成一个滤波信号TIxF，然后通过一个带有极性选择的边沿检测器（极性选择就是确定高电平有效还是低电平有效）生成一个信号（TIxFPx），信号一方面可以用作模式控制器的触发输入，另一方面可以捕获命令，通过分频器分频以后传给捕获/比较寄存器。

发表于 2023-10-28 18:52

输入捕获模式
在输入捕获模式下，当相应的ICx信号（ ICx称作输入捕获、OCx称作输出比较）检测到跳变沿(上升沿、下降沿)后，将会使用TIMx_CCRx捕获/比较寄存器来存储这一时候计数器的值。发生捕获事件时，会将状态寄存器TIMx_SR的CCXIF位置1，并且这一时刻在使能的状态下可以发送中断或者DMA请求。如果发生捕获事件时CCxIF标志已经处于高位1，那么会将重复捕获标志状态寄存器的CCxOF位置1。可以通过写程序的方式给CCxIF位写入0来将CCxIF位清0，或者读取存储在TIMx_CCRx寄存器中的已捕获数据。

发表于 2023-10-28 18:52

发生输入捕获时：

      发生有效跳变沿时，TIMx_CCR1寄存器会获取计数器的值，保存下来。

      将CC1IF标志位置1。如果至少发生了两次连续捕获，但CC1IF标志未被清0，则CC1OF捕获溢出标志位会被置1。

      根据CC1IE位生成中断。

      根据CC1DE位生成DMA请求。

发表于 2023-10-28 18:54

输入捕获测量脉宽的原理：

发表于 2023-10-28 18:54

假定定时器工作在向上计数模式，图中的t1~t2时间，就是我们要测量的高电平时间；首先设置定时器通道x为上升沿捕获，这样在t1时刻会进行第一次捕获，记为CCRx1，记录当前计数器CNT的值；立即清0 CNT，设置定时器通道x为下降沿捕获，在t2时刻，会进行第二次捕获，记录这时的计数器值，记为CCRx2，这样，根据时钟值得到计数器的计数频率，就能算出t1~t2的时间，从而得到高电平脉宽。

如图，在t1到t2之间，可能会产生N次定时器溢出，为了防止高电平太长，导致数据不准确，需要计算CNT计数的次数：N*ARR+CCRx2，用计数次数乘以CNT的计数周期，就可以得到t2~t1的时间长度。

发表于 2023-10-28 18:54

相关寄存器
4.1 TIMx_ARR、TIMx_PSC
这两个寄存器在过去学习定时器功能时，常常用到；分别是自动重装载值寄存器和时钟预分频寄存器。

发表于 2023-10-28 18:55

4.2 捕获/比较寄存器1：TIMx_CCMR1
捕获/比较寄存器1：TIMx_CCMR1（capture/compare mode register 1）

发表于 2023-10-28 18:55

在PWM输出中，已经介绍了该寄存器的输出位配置；这次我们着重看输入部分：也就是第二行ICxx；

第二行的输入部分的高8位是2通道IC2x；低8位是1通道IC1x；3 4通道显然是TIMx_CCMR2捕获/比较寄存器2控制的。

位1:0 捕获/比较1选择 00：CC1通道配置为输出 01：CC1通道配置为输入，IC1映射到TI1上这里我们配置01，因为框图上通道1对应IC1

10：CC1通道配置为输入，IC1映射到TI2上 11：CC1通道配置为输入，IC1映射到TRC上。

发表于 2023-10-28 18:55

发表于 2023-10-28 19:00

IC1PSC输入捕获1预分频器配置为 00：1次边沿就触发一次捕获。

IC1F是用来设置输入采样频率和数字滤波器长度的。

发表于 2023-10-28 19:01

4.3 捕获/比较使能寄存器 TIMx_CCER
捕获/比较使能寄存器 TIMx_CCER（capture/compare enable register）

发表于 2023-10-28 19:11

发表于 2023-10-28 19:11

CC1P位配置为输入时，由输入捕获的框图可得：1通道CH1对应TI1，又对应TI1PF1/TI1PF2；配置极性就是高电平有效，还是低电平有效。

CC1E位配置为输入时，捕获/比较1输出使能。

发表于 2023-10-28 19:13

4.4 中断使能寄存器 TIMx_DIER
中断使能寄存器 TIMx_DIER（DMA/Interrupt enable register）

位1 CC1IE：捕获/比较1中断使能

0：禁止CC1中断

1：使能CC1中断

发表于 2023-10-28 19:14

库函数配置输入捕获高电平脉冲宽度
本程序获取TIM5的1通道上高电平脉冲宽度；

1. 开启TIM5时钟，配置PA0为复用功能（AF2），并开启下拉电阻

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM5,ENABLE); //TIM5时钟使能

GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource0,GPIO_AF_TIM5); //GPIOA0复用位定时器5

…………………………………………………………………………

GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd=GPIO_PuPd_DOWN；//下拉

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF；//模式设置为复用模式

GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure)；//GPIOA初始化

发表于 2023-10-28 19:14

初始化TIM5，设置TIM5的ARR和PSC

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler=psc; //定时器分频
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up; //向上计数模式
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=arr; //自动重装载值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;
TIM_TimeBaseInit（TIM5，&TIM_TimeBaseInitStructure）；

发表于 2023-10-28 19:15

设置TIM5的输入捕获参数，开启输入捕获

定时器有输出比较函数，对应的就有输入捕获函数；

void TIM_ICInit(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_ICInitTypeDef* TIM_ICInitStruct) // 输入捕获初始化

复制

typedef struct 

{  

uint16_t TIM_Channel; //通道  有1 2 3 4 通道供选择

uint16_t TIM_ICPolarity; //捕获极性  有上升沿捕获和下降沿捕获选择

uint16_t TIM_ICSelection;//映射  //每一个通道都对应一个映射关系，1通道对应映射TI1

uint16_t TIM_ICPrescaler;//分频系数  有0 2 4 8供选择

uint16_t TIM_ICFilter; //滤波器长度 不使用滤波器，默认选择滤波器长度为0

} TIM_ICInitTypeDef; 

 

 

对于第二个结构体成员变量：捕获极性  有单独的

TIM_OC1PolarityConfig(TIM5,TIM_ICPolarity_Falling);//通道1捕获极性函数

 

有TIM_OCxPolarityConfig()。x对应2 3 4 通道选择。

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