![]() 第十五章 输入捕获实验
1.硬件平台：正点原子探索者STM32F407开发板2.软件平台：MDK5.13.固件库版本：V1.4.0
上一章，我们介绍了STM32F4的通用定时器作为PWM输出的使用方法，这一章，我们将向大家介绍通用定时器作为输入捕获的使用。在本章中，我们将用TIM5的通道1（PA0）来做输入捕获，捕获PA0上高电平的脉宽（用KEY_UP按键输入高电平），通过串口打印高电平脉宽时间，从本章分为如下几个部分：
15.1 输入捕获简介 15.2 硬件设计 15.3 软件设计 15.4 下载验证
![]() 15.1 输入捕获简介输入捕获模式可以用来测量脉冲宽度或者测量频率。我们以测量脉宽为例，用一个简图来说明输入捕获的原理，如图15.1.1所示： ![]()
图15.1.1 输入捕获脉宽测量原理 如图15.1.1所示，就是输入捕获测量高电平脉宽的原理，假定定时器工作在向上计数模式，图中t1~t2时间，就是我们需要测量的高电平时间。测量方法如下：首先设置定时器通道x为上升沿捕获，这样，t1时刻，就会捕获到当前的CNT值，然后立即清零CNT，并设置通道x为下降沿捕获，这样到t2时刻，又会发生捕获事件，得到此时的CNT值，记为CCRx2。这样，根据定时器的计数频率，我们就可以算出t1~t2的时间，从而得到高电平脉宽。 在t1~t2之间，可能产生N次定时器溢出，这就要求我们对定时器溢出，做处理，防止高电平太长，导致数据不准确。如图15.1.1所示，t1~t2之间，CNT计数的次数等于：N*ARR+CCRx2，有了这个计数次数，再乘以CNT的计数周期，即可得到t2-t1的时间长度，即高电平持续时间。 输入捕获的原理，我们就介绍到这。 STM32F4的定时器，除了TIM6和TIM7，其他定时器都有输入捕获功能。STM32F4的输入捕获，简单的说就是通过检测TIMx_CHx上的边沿信号，在边沿信号发生跳变（比如上升沿/下降沿）的时候，将当前定时器的值（TIMx_CNT）存放到对应的通道的捕获/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。 本章我们用到TIM5_CH1来捕获高电平脉宽，捕获原理如图15.1.1所示，这里我们就不再多说了。 接下来，我们介绍我们本章需要用到的一些寄存器配置，需要用到的寄存器有：TIMx_ARR、TIMx_PSC、TIMx_CCMR1、TIMx_CCER、TIMx_DIER、TIMx_CR1、TIMx_CCR1这些寄存器在前面2章全部都有提到(这里的x=5)，我们这里就不再全部罗列了，我们这里针对性的介绍这几个寄存器的配置。 首先TIMx_ARR和TIMx_PSC，这两个寄存器用来设自动重装载值和TIMx的时钟分频，用法同前面介绍的，我们这里不再介绍。 再来看看捕获/比较模式寄存器1：TIMx_CCMR1，这个寄存器在输入捕获的时候，非常有用，有必要重新介绍，该寄存器的各位描述如图15.1.2所示： 图15.1.2 TIMx_CCMR1寄存器各位描述 当在输入捕获模式下使用的时候，对应图15.1.2的第二行描述，从图中可以看出，TIMx_CCMR1明显是针对2个通道的配置，低八位[7：0]用于捕获/比较通道1的控制，而高八位[15：8]则用于捕获/比较通道2的控制，因为TIMx还有CCMR2这个寄存器，所以可以知道CCMR2是用来控制通道3和通道4（详见《STM32F4xx中文参考手册》435页，15.4.8节）。 这里我们用到的是TIM5的捕获/比较通道1，我们重点介绍TIMx_CMMR1的[7:0]位（其高8位配置类似），TIMx_CMMR1的[7:0]位详细描述见图15.1.3所示： 图15.1.3 TIMx_CMMR1 [7:0]位详细描述 其中CC1S[1:0]，这两个位用于CCR1的通道配置，这里我们设置IC1S[1:0]=01，也就是配置IC1映射在TI1上（关于IC1，TI1不明白的，可以看《STM32F4xx中文参考手册》393页的图119-通用定时器框图），即CC1对应TIMx_CH1。 输入捕获1预分频器IC1PSC[1:0]，这个比较好理解。我们是1次边沿就触发1次捕获，所以选择00就是了。 输入捕获1滤波器IC1F[3:0]，这个用来设置输入采样频率和数字滤波器长度。其中，file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image008.jpg是定时器的输入频率（TIMxCLK），一般为84Mhz/168Mhz（看该定时器在那个总线上），而file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image010.jpg则是根据TIMx_CR1的CKD[1:0]的设置来确定的，如果CKD[1:0]设置为00，那么file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image010.jpg=file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image008.jpg。N值就是滤波长度，举个简单的例子：假设IC1F[3:0]=0011，并设置IC1映射到通道1上，且为上升沿触发，那么在捕获到上升沿的时候，再以file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image008.jpg的频率，连续采样到8次通道1的电平，如果都是高电平，则说明却是一个有效的触发，就会触发输入捕获中断（如果开启了的话）。这样可以滤除那些高电平脉宽低于8个采样周期的脉冲信号，从而达到滤波的效果。这里，我们不做滤波处理，所以设置IC1F[3:0]=0000，只要采集到上升沿，就触发捕获。 再来看看捕获/比较使能寄存器：TIMx_CCER，该寄存器的各位描述见图14.1.3（在第14章）。本章我们要用到这个寄存器的最低2位，CC1E和CC1P位。这两个位的描述如图15.1.4所示： 图15.1.4 TIMx_CCER最低2位描述 所以，要使能输入捕获，必须设置CC1E=1，而CC1P则根据自己的需要来配置。 接下来我们再看看DMA/中断使能寄存器：TIMx_DIER，该寄存器的各位描述见图13.1.2（在第13章），本章，我们需要用到中断来处理捕获数据，所以必须开启通道1的捕获比较中断，即CC1IE设置为1。 控制寄存器：TIMx_CR1，我们只用到了它的最低位，也就是用来使能定时器的，这里前面两章都有介绍，请大家参考前面的章节。 最后再来看看捕获/比较寄存器1：TIMx_CCR1，该寄存器用来存储捕获发生时，TIMx_CNT的值，我们从TIMx_CCR1就可以读出通道1捕获发生时刻的TIMx_CNT值，通过两次捕获（一次上升沿捕获，一次下降沿捕获）的差值，就可以计算出高电平脉冲的宽度（注意，对于脉宽太长的情况，还要计算定时器溢出的次数）。 至此，我们把本章要用的几个相关寄存器都介绍完了，本章要实现通过输入捕获，来获取TIM5_CH1(PA0)上面的高电平脉冲宽度，并从串口打印捕获结果。下面我们介绍库函数配置上述功能输入捕获的步骤： 1）开启TIM5时钟，配置PA0为复用功能（AF2），并开启下拉电阻。 要使用TIM5，我们必须先开启TIM5的时钟。同时我们要捕获TIM5_CH1上面的高电平脉宽，所以先配置PA0为带下拉的复用功能，同时，为了让PA0的复用功能选择连接到TIM5，所以设置PA0的复用功能为AF2，即连接到TIM5上面。 开启TIM5时钟的方法为： RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM5,ENABLE); //TIM5时钟使能 当然，这里我们也要开启PA0对应的GPIO的时钟。 配置PA0为复用功能，所以我们首先要设置PA0引脚映射AF2，方法为： GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource0,GPIO_AF_TIM5); //GPIOF9复用位定时器14 最后，我们还要初始化GPIO的模式为复用功能，同时这里我们还要设置为开启下拉。方法为： GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0; //GPIOA0 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_DOWN; //下拉 GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure); //初始化PA0 跟上一讲PWM输出类似，这里我们使用的是定时器5的通道1，所以我们从STM32F4对应的数据手册可以查看到对应的IO口为PA0: 2）初始化TIM5,设置TIM5的ARR和PSC。 在开启了TIM5的时钟之后，我们要设置ARR和PSC两个寄存器的值来设置输入捕获的自动重装载值和计数频率。这在库函数中是通过TIM_TimeBaseInit函数实现的，在上面章节已经讲解过，这里不重复讲解。 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_TimeBaseStructure);//初始化TIM5 3）设置TIM5的输入捕获参数，开启输入捕获。 TIM5_CCMR1寄存器控制着输入捕获1和2的模式，包括映射关系，滤波和分频等。这里我们需要设置通道1为输入模式，且IC1映射到TI1(通道1)上面，并且不使用滤波（提高响应速度）器。库函数是通过TIM_ICInit函数来初始化输入比较参数的： void TIM_ICInit(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_ICInitTypeDef* TIM_ICInitStruct) 同样，我们来看看参数设置结构体TIM_ICInitTypeDef的定义： typedef struct { uint16_t TIM_Channel; //通道 uint16_t TIM_ICPolarity; //捕获极性 uint16_t TIM_ICSelection;//映射 uint16_t TIM_ICPrescaler;//分频系数 uint16_t TIM_ICFilter; //滤波器长度 } TIM_ICInitTypeDef; 参数TIM_Channel很好理解，用来设置通道。我们设置为通道1，为TIM_Channel_1。 参数TIM_ICPolarit是用来设置输入信号的有效捕获极性，这里我们设置为TIM_ICPolarity_Rising，上升沿捕获。同时库函数还提供了单独设置通道1捕获极性的函数为： TIM_OC1PolarityConfig(TIM5,TIM_ICPolarity_Falling); 这表示通道1为上升沿捕获，我们后面会用到，同时对于其他三个通道也有一个类似的函数，使用的时候一定要分清楚使用的是哪个通道该调用哪个函数，格式为TIM_OCxPolarityConfig()。 参数TIM_ICSelection是用来设置映射关系，我们配置IC1直接映射在TI1上，选择TIM_ICSelection_DirectTI。 参数TIM_ICPrescaler用来设置输入捕获分频系数，我们这里不分频，所以选中TIM_ICPSC_DIV1,还有2,4,8分频可选。 参数TIM_ICFilter设置滤波器长度，这里我们不使用滤波器，所以设置为0。 这些参数的意义，在我们讲解寄存器的时候举例说明过，这里不做详细解释。 我们的配置代码是： TIM5_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1; //选择输入端 IC1映射到TI1上 TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising; //上升沿捕获 TIM5_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI; //映射到TI1上 TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1; //配置输入分频,不分频 TIM5_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x00;//IC1F=0000 配置输入滤波器 不滤波 TIM_ICInit(TIM5, &TIM5_ICInitStructure); 4）使能捕获和更新中断（设置TIM5的DIER寄存器） 因为我们要捕获的是高电平信号的脉宽，所以，第一次捕获是上升沿，第二次捕获时下降沿，必须在捕获上升沿之后，设置捕获边沿为下降沿，同时，如果脉宽比较长，那么定时器就会溢出，对溢出必须做处理，否则结果就不准了，不过，由于STM32F4的TIM5是32位定时器，假设计数周期为1us，那么需要4294秒才会溢出一次，这基本上是不可能的。这两件事，我们都在中断里面做，所以必须开启捕获中断和更新中断。 这里我们使用定时器的开中断函数TIM_ITConfig即可使能捕获和更新中断： TIM_ITConfig( TIM5,TIM_IT_Update|TIM_IT_CC1,ENABLE);//允许更新中断和捕获中断 5）设置中断优先级，编写中断服务函数 -------------------------------------------
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