【STM32】通用定时器的输入捕获（实例：输入捕获）

STM32F1xx官方资料：

《STM32中文参考手册V10》-第14章  通用定时器

 

通用定时器输入捕获概述

输入捕获的工作原理

在通用定时器框图中，主要涉及到最顶上的一部分（计数时钟的选择）、中间部分（时基单元）、左下部分（输入捕获）这三个部分。这里主要讲解一下左下部分（输入捕获），其他两个部分可以参考文章：【STM32】通用定时器的基本原理（实例：定时器中断）。

输入捕获模式可以用来测量脉冲宽度或者测量频率。STM32的定时器，除了TIM6、TIM7，其他的定时器都有输入捕获的功能。下面以一个简单的脉冲输入为例，简单地讲述一下输入捕获用于测量脉冲宽度的工作原理：

先设置输入捕获为上升沿检测，记录发生上升沿时TIMx_CNT的值。然后配置捕获信号为下降沿捕获，当下降沿到来的时候发生捕获，并记录此时的TIMx_CNT的值。这样，前后两次TIMx_CNT的值之差就是高电平的脉宽。同时根据TIM的计数频率，我们就能知道高电平脉宽的准确时间。

输入捕获的通道概览

每一个捕获/比较通道都是围绕着一个捕获/比较寄存器（包含影子寄存器），包括捕获的输入部分（数字滤波、多路复用和预分频器），和输出部分（比较器和输出控制）。

捕获/比较模块由一个预装载寄存器和一个影子寄存器组成。读写过程仅操作预装载寄存器。

• 在捕获模式下，捕获发生在影子寄存器上，然后再复制到预装载寄存器中。 
• 在比较模式下，预装载寄存器的内容被复制到影子寄存器中，然后影子寄存器的内容和计数器进行比较。

输入部分对相应的TIx输入信号采样，并产生一个滤波后的信号TIxF。然后，一个带极性选择的边缘检测器产生一个信号（TIxFPx），它可以作为从模式控制器的输入触发或者作为捕获控制。该信号通过预分频进入捕获寄存器（ICxPS）。

一句话总结工作过程：通过检测TIMx_CHx通道上的边沿信号，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。

 

输入捕获的工作过程

将输入捕获的通道图进行分解，分解成四个部分，下面对这四个部分进行分析来了解输入捕获的工作过程：

设置输入捕获滤波器

输入捕获滤波器IC1F[3:0]，这个用于设置采样频率和数字滤波器长度。其中：fCK_INT是定时器的输入频率，fDTS是根据TIMx_CR1的CKD[1:0]的设置来确定的。

这里滤波器的作用是什么意思呢？数字滤波器由一个事件计数器组成，它记录到N个事件后会产生一个输出的跳变。也就是说连续N次采样，如果都是高电平，则说明这是一个有效的触发，就会进入输入捕捉中断（如果设置了的话）。这样就可以滤除那些高电平脉宽低于8个采样周期的脉冲信号，从而达到滤波的作用。

设置输入捕捉极性

这里是设置捕捉事件是发生在上升沿还是下降沿。

设置输入捕获映射关系

由于我们只显示了一路通道的通道图，如果在几条通路的情况下：

在TIMx_CH1和TIMx_CH2两条通道的情况下，我们可以看出除了TIMx_CH1捕捉到的信号可以连接到IC1，TIMx_CH2捕捉到的信号可以连接到IC2之外，TIMx_CH1捕捉到的信号也可以连接到IC2，TIMx_CH2捕捉到的信号也可以连接到IC1。

一般情况下，我们设置成TIMx_CH1捕捉到的信号可以连接到IC1，TIMx_CH2捕捉到的信号可以连接到IC2。

设置输入捕获分频器

这里设置的是每N个事件触发一次捕捉。也就是说，我们可以设置成，每2次上升沿事件触发一次捕捉。

 

输入捕获相关配置寄存器

捕获/比较模式寄存器1（TIMx_CCMR1）

作用：在输入捕获模式下，确定数字滤波器、通道映射、预分频系数。

捕获/比较使能寄存器（TIMx_CCER）

作用：在输入捕获模式下，确定捕捉极性和捕捉使能。

捕获/比较寄存器1（TIMx_CCR1）

作用：在输入捕获模式下，确定上一次输入捕捉事件传输的计数值。

 

输入捕获相关配置库函数

• 1个输入初始化函数

void TIM_ICInit(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_ICInitTypeDef* TIM_ICInitStruct);

作用：初始化捕获通道、滤波器、捕获极性、映射关系、分频系数等参数。

注意：由于输出初始化函数将所有的4个通道的函数分开各自定义了一个函数，而输入初始化函数并没有这么做。所以在输入初始化函数中，需要指定捕获通道。

• 1个参数获取函数

uint16_t TIM_GetCapture1(TIM_TypeDef* TIMx);
uint16_t TIM_GetCapture2(TIM_TypeDef* TIMx);
uint16_t TIM_GetCapture3(TIM_TypeDef* TIMx);
uint16_t TIM_GetCapture4(TIM_TypeDef* TIMx);

作用：在四个通道中选择一个，确定上一次输入捕捉事件传输的计数值。

• 1个参数设置函数

void TIM_OC1PolarityConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCPolarity);
void TIM_OC2PolarityConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCPolarity);
void TIM_OC3PolarityConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCPolarity);
void TIM_OC4PolarityConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCPolarity);

作用：在四个通道中选择一个，设置通道极性。通常在初始化函数中已经设置了通道极性，此函数用于除初始化之外的修改。

 

输入捕获的一般步骤

实例要求：使用TIM5的通道1（PA0）来作为输入捕获，捕获PA0上高电平的脉宽（用WK_UP按键输入高电平），通过串口打印高电平脉冲时间。

• 初始化定时器和通道对应IO的时钟；
• 初始化IO口，模式为输入。调用函数：GPIO_Init()；
• 初始化定时器ARR，PSC。调用函数：TIM_TimeBaseInit()；
• 初始化输入捕获通道。调用函数：TIM_ICInit()；
• 如果要开启捕获中断。调用函数：TIM_ITConfig()；NVIC_Init()；
• 使能定时器。调用函数：TIM_Cmd()；
• 编写中断服务函数。调用函数：TIMx_IRQHandler()。

下面按照这个一般步骤来进行一个简单的输入捕获程序：

//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 = 2;  //先占优先级2级
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;  //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=0;	//输入捕获状态		    				
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)==0)//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=0;			//清空
				TIM5CH1_CAPTURE_VAL=0;
	 			TIM_SetCounter(TIM5,0);
				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
 
}

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=0; 
	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(115200);	 //串口初始化为115200
 
 	TIM5_Cap_Init(0XFFFF,72-1);	//以1Mhz的频率计数 
   	while(1)
	{
 		delay_ms(10);
		 		 
 		if(TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X80)//成功捕获到了一次上升沿
		{
			temp=TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X3F;
			temp*=65536;//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=0;//开启下一次捕获
		}
	}
 }

代码逻辑

这里关于输入捕获的初始化部分比较简单，对照着一般步骤来就行了。但是在中断处理函数TIM5_IRQHandler()部分就有所难度了，为什么会比较复杂呢？

由于我们进行输入捕获，一旦捕捉到了上升沿，就设置计数器当前值为0，让它从0开始重新计数：

	 		TIM_SetCounter(TIM5,0);

但是如果脉冲的长度过于宽了，也就是说，从0开始计数到自动重加载值一个循环结束了，脉冲还是没有结束。这个情况下，显而易见不能只记录一下最后的计数器当前值。

解决这个问题的办法：

设置一个变量TIM5CH1_CAPTURE_STA，bit5-0为捕捉高电平后定时器溢出的次数，bit6为捕捉到高电平标志，bit7为捕获完场标志。

同时设置两个中断（更新中断和捕获中断）：

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

在中断处理函数中，先判断是否捕获成功，如果捕获成功了，说明是在脉冲低电平的阶段，什么都不需要做；如果捕获没有成功，说明是在脉冲高电平的阶段，就需要继续判断中断类型，然后再分别进行处理。在更新中断中，表示此时脉冲长度过长，TIM5CH1_CAPTURE_STA加1。在捕获中断中，判断捕捉到的是否为上升沿，如果是，计数器当前值清零，TIM5CH1_CAPTURE_STA清零，同时标记标志，设置极性下降沿捕捉；如果不是，标记捕获完成，保存当前计数器的值，设置极性上升沿捕获。

extern关键字

C语言中，extern可以置于变量或者函数前，以表示变量或者函数的定义在别的文件中，提示编译器遇到此类变量和函数时在其他模块中寻找其定义。

注意：对于extern申明变量可以多次，但是定义只有一次。