STM32——输入捕获实验原理及配置步骤

输入捕获实验原理及配置步骤

一、输入捕获概念

　　STM32的输入捕获，简单的说就是通过检测 TIMx_CHx （定时器X的通道X）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。

二、输入捕获流程：

例如，要配置向上计数器在T12输入端的上升沿计数，使用下列步骤:

　　　1、配置TIMx_CCMR1寄存器CC2S=’01’，配置通道2检测TI2输入的上升沿

　　　2、配置TIMx_CCMR1寄存器的IC2F[3:0]，选择输入滤波器带宽(如果不需要滤波器，保持 IC2F=0000即无滤波器，以fDTS 采样）

　　  3、配置TIMx_CCER寄存器的CC2P=’0’，选定上升沿极性

4、 配置TIMx_SMCR寄存器的SMS=’111’，选择定时器外部时钟模式1

5、 配置TIMx_SMCR寄存器中的TS=’110’，选定TI2作为触发输入

6、 设置TIMx_CR1寄存器的CEN=’1’，启动计数器

当上升沿出现在TI2，计数器计数一次，且TIF标志被设置。 在TI2的上升沿和计数器实际时钟之间的延时，取决于在TI2输入端的重新同步电路。

二、输入捕获程序设计步骤：

1)开启 TIM5 时钟和 GPIOA 时钟，配置 PA0 为下拉输入。

　　要使用 TIM5，我们必须先开启 TIM5 的时钟。这里我们还要配置 PA0 为下拉输入，因为 我们要捕获 TIM5_CH1 上面的高电平脉宽，而 TIM5_CH1 是连接在 PA0 上面的。

所以要进行GPIO_Init();

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

　　TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;

　　TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设定计数器自动重装值

　　TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //设置预分频值

　　TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //TDTS = Tck_tim

　　TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;//TIM 向上计数模式

　　TIM_TimeBaseInit(TIM5, &TIM_TimeBaseStructure); //根据指定的参数初始化 Tim5 

 

3)设置 TIM5 的输入比较参数，开启输入捕获

　　输入比较参数的设置包括映射关系，滤波,分频以及捕获方式等。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，上升沿捕 获。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;　　//用来设置通道

　　uint16_t TIM_ICPolarity;　　//用来设置输入信号的有效捕获极性

　　uint16_t TIM_ICSelection;　　　　//

　　uint16_t TIM_ICPrescaler;

　　uint16_t TIM_ICFilter;

} 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。 配置代码是:

　　TIM_ICInitTypeDef TIM5_ICInitStructure;

　　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。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:
允许更新中断和捕获中断

　　TIM_ITConfig(TIM5,TIM_IT_Update|TIM_IT_CC1,ENABLE);

5)设置中断分组，编写中断服务函数 设置中断分组的方法前面多次提到这里我们不做讲解，主要是通过函数 NVIC_Init()来完

成。分组完成后，我们还需要在中断函数里面完成数据处理和捕获设置等关键操作，从而实现 高电平脉宽统计。在中断服务函数里面，跟以前的外部中断和定时器中断实验中一样，我们在 中断开始的时候要进行中断类型判断，在中断结束的时候要清除中断标志位。使用到的函数在 上面的实验已经讲解过，分别为 TIM_GetITStatus()函数和 TIM_ClearITPendingBit()函数。

6)使能定时器(设置 TIM5 的 CR1 寄存器) 最后，必须打开定时器的计数器开关， 启动 TIM5 的计数器，开始输入捕获。 使能定时器 6 步设置，定时器 5 的通道 1 就可以开始输入捕获了。

　　TIM_Cmd(TIM5,ENABLE);

本实验用到的硬件资源有:

1) 指示灯 DS0
2) WK_UP 按键
3) 串口

4) 定时器 TIM3
5) 定时器 TIM5
我们将捕获 TIM5_CH1(PA0)上的高电平脉

宽，通过 WK_UP 按键输入高电平，并从串口打印高电平脉宽。同时我们保留上节的 PWM 输
出，通过用杜邦线连接 PB5 和 PA0，来测量 PWM 输出的高电平脉宽。

timer.h 文件：

#ifndef  __TIMER_H
#define  __TIMER_H
#include "sys.h"

void TIM3_PWM_Init(u16 arr,u16 psc);
void TIM5_CAP_Init(u16 arr,u16 psc);

#endif

timer.c 文件：

//通用定时器中断初始化
//这里时钟选择为APB1的2倍，而APB1为36M
//arr：自动重装值。
//psc：时钟预分频数
//这里使用的是定时器3!

void TIM3_Int_Init(u16 arr,u16 psc)
{
    TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE); //时钟使能

    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值     计数到5000为500ms
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值  10Khz的计数频率
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = ; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上计数模式
    TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位

    TIM_ITConfig(  //使能或者失能指定的TIM中断
        TIM3, //TIM2
        TIM_IT_Update  |  //TIM 中断源
        TIM_IT_Trigger,   //TIM 触发中断源
        ENABLE  //使能
        );
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn;  //TIM3中断
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = ;  //先占优先级0级
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = ;  //从优先级3级
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道被使能
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  //根据NVIC_InitStruct中指定的参数初始化外设NVIC寄存器

    TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);  //使能TIMx外设

}

void TIM3_IRQHandler(void)   //TIM3中断
{
    if (TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) != RESET) //检查指定的TIM中断发生与否:TIM 中断源
        {
        TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update  );  //清除TIMx的中断待处理位:TIM 中断源
        LED1=!LED1;
        }
}

//PWM输出初始化
//arr：自动重装值
//psc：时钟预分频数

void TIM3_PWM_Init(u16 arr,u16 psc)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
    TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;

    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);
     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB  | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);  //使能GPIO外设和AFIO复用功能模块时钟使能

    GPIO_PinRemapConfig(GPIO_PartialRemap_TIM3, ENABLE); //Timer3部分重映射  TIM3_CH2->PB5                                                                            //用于TIM3的CH2输出的PWM通过该LED显示

   //设置该引脚为复用输出功能,输出TIM3 CH2的PWM脉冲波形
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5; //TIM_CH2
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;  //复用推挽输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
    //GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_7,Bit_SET); // PA7上拉    

    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值     80K
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值  不分频
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = ; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上计数模式
    TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位

    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM2; //选择定时器模式:TIM脉冲宽度调制模式2
    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //比较输出使能
    TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = ; //设置待装入捕获比较寄存器的脉冲值
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; //输出极性:TIM输出比较极性高
    TIM_OC2Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);  //根据TIM_OCInitStruct中指定的参数初始化外设TIMx
    TIM_OC2PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable);  //使能TIMx在CCR2上的预装载寄存器

    TIM_ARRPreloadConfig(TIM3, ENABLE); //使能TIMx在ARR上的预装载寄存器

    TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);  //使能TIMx外设

}

//定时器5通道1输入捕获配置

TIM_ICInitTypeDef  TIM5_ICInitStructure;

void TIM5_Cap_Init(u16 arr,u16 psc)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
  NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM5, ENABLE);    //使能TIM5时钟
     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);  //使能GPIOA时钟

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin  = GPIO_Pin_0;  //PA0 清除之前设置
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD; //PA0 输入
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0);                         //PA0 下拉

    //初始化定时器5 TIM5
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设定计数器自动重装值
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc;     //预分频器
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上计数模式
    TIM_TimeBaseInit(TIM5, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位

    //初始化TIM5输入捕获参数
    TIM5_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1; //CC1S=01     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);

    //中断分组初始化
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM5_IRQn;  //TIM3中断
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = ;  //先占优先级2级
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = ;  //从优先级0级
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道被使能
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  //根据NVIC_InitStruct中指定的参数初始化外设NVIC寄存器 

    TIM_ITConfig(TIM5,TIM_IT_Update|TIM_IT_CC1,ENABLE);//允许更新中断 ,允许CC1IE捕获中断    

       TIM_Cmd(TIM5,ENABLE );     //使能定时器5

}

u8  TIM5CH1_CAPTURE_STA=;    //输入捕获状态（捕獲完成標誌位bit7）
u16    TIM5CH1_CAPTURE_VAL;    //输入捕获值

//定时器5中断服务程序
void TIM5_IRQHandler(void)
{ 

     if((TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X80)==)//还未成功捕获
    {
        if (TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_Update) != RESET)

        {
            if(TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X40)//已经捕获到高电平了
            {
                if((TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X3F)==0X3F)//高电平太长了
                {
                    TIM5CH1_CAPTURE_STA|=0X80;//标记成功捕获了一次
                    TIM5CH1_CAPTURE_VAL=0XFFFF;
                }else TIM5CH1_CAPTURE_STA++;
            }
        }
    if (TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_CC1) != RESET)//捕获1发生捕获事件
        {
            if(TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X40)        //捕获到一个下降沿
            {
                TIM5CH1_CAPTURE_STA|=0X80;        //标记成功捕获到一次高电平脉宽
                TIM5CH1_CAPTURE_VAL=TIM_GetCapture1(TIM5);
                   TIM_OC1PolarityConfig(TIM5,TIM_ICPolarity_Rising); //CC1P=0 设置为上升沿捕获
            }else                                  //还未开始,第一次捕获上升沿
            {
                TIM5CH1_CAPTURE_STA=;            //清空
                TIM5CH1_CAPTURE_VAL=;
                 TIM_SetCounter(TIM5,);
                TIM5CH1_CAPTURE_STA|=0X40;        //标记捕获到了上升沿
                   TIM_OC1PolarityConfig(TIM5,TIM_ICPolarity_Falling);        //CC1P=1 设置为下降沿捕获
            }
        }
     }

    TIM_ClearITPendingBit(TIM5, TIM_IT_CC1|TIM_IT_Update); //清除中断标志位

}

main.c文件：

#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "key.h"
#include "sys.h"
#include "usart.h"
#include "timer.h"
extern u8  TIM5CH1_CAPTURE_STA;        //输入捕获状态
extern u16    TIM5CH1_CAPTURE_VAL;    //输入捕获值
 int main(void)
 {
     u32 temp=;
    delay_init();             //延时函数初始化
    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);     //设置NVIC中断分组2:2位抢占优先级，2位响应优先级
    uart_init();     //串口初始化为115200
     LED_Init();                 //LED端口初始化

     TIM3_PWM_Init(,);         //不分频。PWM频率=72000/(899+1)=80Khz
     TIM5_Cap_Init(0XFFFF,-);    //以1Mhz的频率计数
       while()
    {
         delay_ms();
        TIM_SetCompare2(TIM3,TIM_GetCapture2(TIM3)+);

        if(TIM_GetCapture2(TIM3)==)TIM_SetCompare2(TIM3,);    

         if(TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X80)//成功捕获到了一次上升沿
        {
            temp=TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X3F;
            temp*=;//溢出时间总和
            temp+=TIM5CH1_CAPTURE_VAL;//得到总的高电平时间
            printf("HIGH:%d us\r\n",temp);//打印总的高点平时间
            TIM5CH1_CAPTURE_STA=;//开启下一次捕获
        }
    }
 }

TIM5_IRQHandler 是 TIM5 的中断服务函数，该函数用到了两个全局变量，用于辅助实现 高电平捕获。其中 TIM5CH1_CAPTURE_STA，是用来记录捕获状态，该变量类似我们在 usart.c 里面自行定义的 USART_RX_STA 寄存器(其实就是个变量，只是我们把它当成一个寄存器那样 来使用)。TIM5CH1_CAPTURE_STA 各位描述如表所示:

另外一个变量 TIM5CH1_CAPTURE_VAL，则用来记录捕获到下降沿的时候，TIM5_CNT的值。

现在我们来介绍一下，捕获高电平脉宽的思路:首先，设置 TIM5_CH1 捕获上升沿，这在TIM5_Cap_Init 函数执行的时候就设置好了，然后等待上升沿中断到来，当捕获到上升沿中断，
此时如果 TIM5CH1_CAPTURE_STA 的第 6 位为 0，则表示还没有捕获到新的上升沿，就先把
TIM5CH1_CAPTURE_STA、TIM5CH1_CAPTURE_VAL 和 TIM5->CNT 等清零，然后再设置

TIM5CH1_CAPTURE_STA 的第 6 位为 1，标记捕获到高电平，最后设置为下降沿捕获，等待 下降沿到来。如果等待下降沿到来期间，定时器发生了溢出，就在 TIM5CH1_CAPTURE_STA 里面对溢出次数进行计数，当最大溢出次数来到的时候，就强制标记捕获完成(虽然此时还没 有捕获到下降沿)。当下降沿到来的时候，先设置 TIM5CH1_CAPTURE_STA 的第 7 位为 1，标 记成功捕获一次高电平，然后读取此时的定时器值到 TIM5CH1_CAPTURE_VAL 里面，最后设置为上升沿捕获，回到初始状态。这样，我们就完成一次高电平捕获了，只要 TIM5CH1_CAPTURE_STA 的第 7 位一直为 1，那么就不会进行第二次捕获，我们在 main 函数处理完捕获数据后，将 TIM5CH1_CAPTURE_STA
置零，就可以开启第二次捕获。

　　将程序下载，连接窗口，波特率设置为9600，当给PA0脉冲信号时，即可通过串口显示其脉冲宽度，同时也可以将PB5连接至PA0，即可以测试输出的PWM的宽度。