STM32F103ZET6通用定时器的输入捕获

1、通用定时器输入捕获功能简介

　　通用定时器的输入捕获模式可以用来测量脉冲宽度或者测量频率。

　　STM32的每个通用定时器都有4个输入捕获的通道，分别是TIMx_CH1、TIMx_CH2、TIMx_CH3、TIMx_CH4。

　　STM32通过检测通道上的边沿信号，在边沿信号发生变化时（上升沿或下降沿变化），将当前定时器计数器的值（寄存器TIMx_CNT的值）存放到对应通道的捕获/比较寄存器TIMx_CCRx里面，通过记录两次边沿信号的时间，来计算脉冲宽度或频率。

2、通用定时器输入捕获详解　　

　　通用定时器框图如下：

　　图中红色框部分就是通用定时器的输入捕获功能。

　　TIMx_CH1、TIMx_CH2、TIMx_CH3、TIMx_CH4分别对应通用定时器的4个输入捕获通道。

　　从通用定时器框图可以看到每路输入捕获通道的结构都是差不多的。

　　以CH1为例，通用定时器通过TIMx_CH1脚位产生信号TI1，TI1经过滤波器后，将信号传输给边沿检测器，边沿检测器检测到准确的边沿信号之后，产生TI1FP1和TI1FP2信号（这两个信号其实是一样的，只是输出的路径不一样），TI1FP1信号提供给IC1，IC1经过预分频器之后，产生捕获信号，这时候定时器计数器的当前值被锁存到捕获/比较寄存器中，而且TIMx_SR状态寄存器的CC1IF标志位被置1，如果使能了通道1输入捕获的中断功能，就会产生中断。

　　在红色的框图中，TI1的输入可以选择TIMx_CH1、TIMx_CH2、TIMx_CH3这3个通道的异或，这个功能好像是高级定时器的霍尔传感器功能，这里不用管，用作输入捕获功能的时候T1就默认选择TIMx_CH1输入就好。

　　输入滤波器：

　　输入捕获通道通过设置TIMx_CCMRx捕获/比较模式寄存器的ICxF[3:0]位来配置滤波器。

　　这里需要注意的是，输入捕获有4个通道，而捕获/比较模式寄存器只有两个，分别是TIMx_CCMR1和TIMx_CCMR2，通道1由TIMx_CCMR1的低8位配置；通道2由TIMx_CCMR1的高8位配置；通道3由TIMx_CCMR2的低8位配置；通道4由TIMx_CCMR2的高8位配置。

　　还要注意的是，捕获/比较模式寄存器在不同状态下时，配置的功能是不一样，如果通道被配置成输出，那么捕获/比较模式寄存器是用来配置输出功能；如果通道被配置成输入，则捕获/比较模式寄存器是用来配置输入功能。捕获/比较模式寄存器TIMx_CCMRx的CCxS[1:0]位用来配置通道是输出还是输入。当CCxS[1:0] = 00时，通道被配置为输出。当CCxS[1:0] != 0时，通道被配置为输入。　　

　　下图是通道1的IC1F[3:0]位的寄存器说明图：

　　图中的FCK_INT是定时器的输入频率，一般是MCU的主频（要看具体的设置）。而FDTS是根据TIMx_CR1控制寄存器的bit9~bit8位CKD[1:0]的值来确定：

　　当CKD = 00时，FDTS = FCK_INT。

　　当CKD = 00时，FDTS = 2*FCK_INT。

　　当CKD = 00时，FDTS = 4*FCK_INT。

　　图中的N是指滤波长度，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FCK_INT的频率，连续采样8次通道1的电平，如果都是高电平，则说明这是一个有效的触发信号。

　　滤波器可以滤除哪些脉宽低于一定时间的脉冲信号，从而达到滤波的效果，当然也可以选择不滤波。

　　边沿检测器：

　　边沿检测器可以检测信号是上升沿还是下降沿，只有跟设定的边沿对得上的信号才能触发输入捕获功能。

　　边沿检测器可以设定为上升沿触发或是下降沿触发，这是通过捕获/比较使能寄存器TIMx_CCER的CCxP位来选择的。

　　同样CCxP的位在通道位输入和输出是具有不同的配置功能。当通道设为输入时，CCxP用来设置边沿检测器。

　　当CCxP = 0是，输入捕获是在上升沿的时候触发。

　　当CCxP = 1时，输入捕获是在下降沿的时候触发。

　　TIxFPx信号：

　　从通用定时器框图中可以看到，信号在经过输入滤波器和边沿检测器之后，每个通道都会产生2个信号：

　　通道1：TI1FP1和TI1FP2。

　　通道2：TI2FP1和TI2FP2

　　通道3：TI3FP1和TI3FP2

　　通道4：TI4FP1和TI4FP2

　　其实TIxFP1和TIxFP2的信号是同一个，但是他们输出的方向不一样，所以用不同的名称来区分，从图中可以看出：

　　TI1FP1作为输入源提供给IC1，而TI1FP2作为输入源提供给IC2。

　　TI2FP1作为输入源提供给IC2，而TI2FP2作为输入源提供给IC1。

　　TI3FP1作为输入源提供给IC3，而TI3FP2作为输入源提供给IC4。

　　TI4FP1作为输入源提供给IC4，而TI4FP2作为输入源提供给IC3。

　　也就是说TIMx_CH1和TIMx_CH2的输入信号是可以交互到IC1和IC2的；TIMx_CH3和TIMx_CH4的输入信号也可以交互到IC3和IC4。

　　具体ICx的输入源的选择是通过捕获/比较寄存器TIMx_CCMRx的CCxS[1:0]位决定的，比如IC1的输入源的选择：

　　当CC1S[1:0] = 00时，通道1被配置为输出。

　　当CC1S[1:0] = 01时，通道1被配置为输入，IC1的输入源选择TI1FP1。

　　当CC1S[1:0] = 10时，通道1被配置为输入，IC1的输入源选择TI2FP2。

　　当CC1S[1:0] = 11时，通道1被配置为输入，IC1的输入源选择TRC。

　　其它通道的配置也是类似的，可以参照着查看参考手册。

　　预分频器：

　　输入捕获的预分频器是通过TIMx_CCMRx的ICxPSC[1:0]位配置的。

　　当ICxPSC[1:0] = 00时，无预分频，捕获输入口上检测到的灭一个边沿都触发一次捕获。

　　当ICxPSC[1:0] = 01时，捕获输入口上检测到2个边沿才触发一次捕获。

　　当ICxPSC[1:0] = 10时，捕获输入口上检测到4个边沿才触发一次捕获。

　　当ICxPSC[1:0] = 11时，捕获输入口上检测到8个边沿才触发一次捕获。

 　捕获输入中断：

　　 当输入捕获成功之后，计数器的值（TIMx_CNT）被传送到TIMx_CCRx寄存器，并且状态寄存器TIMx_SR的相应通道位CCxIF标志被置位，如果相应的中断使能控制位被置位，则会产生中断。

　　当CCxIF标志位被置位时，如果不清楚CCxIF标志位，则再次捕获成功之后，会将状态寄存器TIMx_SR的相应通道位CCxOF置位，指示通道重复捕获。

3、通用定时器输入捕获的配置流程　

　　首先需要先打开定时器和通道IO口的时钟。将通道IO口配置成复用输入，具体是配置成上拉输入或下拉输入还是悬空，根据具体需求来设定。

　　设置定时器的计数频率，当产生捕获时，用来计时，需要注意定时器溢出的问题，当定时器溢出之后，会清除定时器计数器的值（向上计数）或重新赋值初值（向下计数），在计算捕获时间的时候，如果有溢出，需要加上溢出的时间。

　　通过捕获/比较模式寄存器TIMx_CCMRx配置通道为输入模式，配置映射关系（即选择ICx的输入源），配置滤波器，配置输入捕获的预分频器。

　　通过捕获/比较使能寄存器TIMx_CCER来选择输入捕获的边沿信号，是上升沿触发还是下降沿触发。在使用输入捕获功能之前，必须先使能，而输入捕获的使能是通过置位捕获/比较使能寄存器TIMx_CCER的相应位来实现的。

　　通过DMA/中断使能寄存器TIMx_DIER使能相应的中断。

　　最后通过控制寄存器TIMX_CR1使能定时器，让定时器开始计数。

4、HAL库操作通用定时器的输入捕获功能

　　以配置TIM3的通道1为例，TIM3的通道1对应的脚位是PA6，初始化代码如下：

 TIM_HandleTypeDef TIM3_Handler_Init;
 TIM_IC_InitTypeDef CAPTURE_Handler_Init;

 void CAPTURE_Init(void)
 {
     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;

     __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
     __HAL_RCC_TIM3_CLK_ENABLE();

     GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_6;
     GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_INPUT;
     GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLDOWN;
     GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
     HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);  

     TIM3_Handler_Init.Instance = TIM3;
     TIM3_Handler_Init.Init.Prescaler = -;   //分频为1MHZ
     TIM3_Handler_Init.Init.Period = ;     //定时50ms
     TIM3_Handler_Init.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
     HAL_TIM_Base_Init(&TIM3_Handler_Init);

     CAPTURE_Handler_Init.ICPolarity = TIM_ICPOLARITY_RISING;
     CAPTURE_Handler_Init.ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;
     CAPTURE_Handler_Init.ICSelection = TIM_ICSELECTION_DIRECTTI;
     CAPTURE_Handler_Init.ICFilter = ;
     HAL_TIM_IC_ConfigChannel(&TIM3_Handler_Init,&CAPTURE_Handler_Init,TIM_CHANNEL_1);

     HAL_TIM_IC_Start_IT(&TIM3_Handler_Init,TIM_CHANNEL_1);

     HAL_TIM_IC_Start(&TIM3_Handler_Init,TIM_CHANNEL_1);

     HAL_NVIC_SetPriority(TIM3_IRQn,,);
    HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM3_IRQn);
 }

　　第1、2行是定义TIM3和输入捕获的句柄变量。

　　第6到第15行是打开TIM3和IO口的时钟，并且配置IO口的状态。

　　第17到第21行是配置TIM3的计数时钟（多少时间计数器计数一次）、计数周期（多久溢出）和计数方式（向上或向下或中央对齐模式）。

　　第23行是选择边沿触发信号，这里选上升沿触发。

　　第24行是选择输入捕获分频器的系数，这里选择1分频，也就是不分频。

　　第25行是选择通道的映射，即选择ICx的输入源，这里选择TI1作为IC1的输入源。

　　第26行是选择输入捕获的滤波器，这里选择不滤波。

　　第27行是通过HAL_TIM_IC_ConfigChannel()函数初始化相应的输入捕获通道。

　　第29行是通过HAL_TIM_IC_Start_IT()函数使能输入捕获的中断功能，如果不使能则无法进入中断。

　　第31行是通过HAL_TIM_IC_Start()函数使能输入捕获功能，这样输入捕获的功能才会被打开，这个函数还是能了通用定时器，让通用定时器开始工作。