STM32输入捕获
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 和 TIM7，
其他定时器都有输入捕获功能。 STM32 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，也就是要先设置输入捕获为上升沿检测，记
录发生上升沿的时候 TIM5_CNT 的值。然后配置捕获信号为下降沿捕获，当下降沿到来时，发
生捕获，并记录此时的 TIM5_CNT 值。这样，前后两次 TIM5_CNT 之差，就是高电平的脉宽，
同时 TIM5 的计数频率我们是知道的，从而可以计算出高电平脉宽的准确时间。
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 15.1.1 所示：
图 15.1.1 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 15.1.1 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《STM32 参考手册》 290 页， 14.4.8 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_CCMR1 的[7:0]位（其
实高 8 位配置类似）， TIMx_CCMR1 的[7:0]位详细描述见图 15.1.2 所示：ALIENTEK 战舰 STM32F103 V3 开发板教程
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STM32F1 开发指南（库函数版)
图 15.1.2 TIMx_CCMR1 [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《STM32 参考手册》 14.2 节的图 98-
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， fCK_INT
是定时器的输入频率（TIMxCLK），一般为 72Mhz，而 fDTS 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 fDTS = fCK_INT。 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 fCK_INT 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ALIENTEK 战舰 STM32F103 V3 开发板教程
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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 14.1.2（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 15.1.3
所示：
图 15.1.3 TIMx_CCER 最低 2 位描述
所以，要使能输入捕获，必须设置 CC1E=0，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。
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。 下面我们介绍输入捕获的配
置步骤：
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。
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM5, ENABLE); //使能 TIM5 时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //使能 GPIOA 时钟
这两个函数的使用在前面多次提到， 还有 GPIO 初始化，这里也不重复了。
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_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;ALIENTEK 战舰 STM32F103 V3 开发板教程
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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;
uint16_t TIM_ICPolarity;
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。
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：
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ALIENTEK 战舰 STM32F103 V3 开发板教程
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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。
if (TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_Update) != RESET){}//判断是否为更新中断
if (TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_CC1) != RESET){}//判断是否发生捕获事件
TIM_ClearITPendingBit(TIM5, TIM_IT_CC1|TIM_IT_Update);//清除中断和捕获标志位
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。
TIM_Cmd(TIM5,ENABLE ); //使能定时器 5
通过以上 6 步设置，定时器 5 的通道 1 就可以开始输入捕获了。
15.2 硬件设计
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
前面 4 个，在之前的章节均有介绍。 本节，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，大家也可以通过用杜邦线连接 PB5 和 PA0，来测量 PWM 输出的高电平脉宽。
15.3 软件设计
打开光盘的输入捕获实验， 可以看到，我们的工程和上一个实验没有什么改动。因为我们
的输入捕获代码是直接添加在 timer.c 和 timer.h 中。同时输入捕获相关的库函数还是在
stm32f10x_tim.c 和 stm32f10x_tim.h 文件中。
我们在 timer.c 里面加入如下代码：
//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); //①使能 TIM5 时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //①使能 GPIOA 时钟ALIENTEK 战舰 STM32F103 V3 开发板教程
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//初始化 GPIOA.0 ①
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0; //PA0 设置
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD; //PA0 输入
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //初始化 GPIOA.0
GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0); //PA0 下拉
//②初始化 TIM5 参数
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; // TDTS = Tck_tim
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //TIM 向上计数模式
TIM_TimeBaseInit(TIM5, &TIM_TimeBaseStructure); //初始化 TIMx
//③初始化 TIM5 输入捕获通道 1
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); //初始化 TIM5 输入捕获通道 1
//⑤初始化 NVIC 中断优先级分组
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); //初始化 NVIC
TIM_ITConfig( TIM5,TIM_IT_Update|TIM_IT_CC1,ENABLE);//④允许更新中断捕获中断
TIM_Cmd(TIM5,ENABLE ); //⑥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
//⑤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
{ALIENTEK 战舰 STM32F103 V3 开发板教程
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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上升沿
TIM5CH1_CAPTURE_VAL=TIM_GetCapture1(TIM5);
TIM_OC1PolarityConfig(TIM5,TIM_ICPolarity_Rising); //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); //设置为下降沿捕获
}
}
}
TIM_ClearITPendingBit(TIM5, TIM_IT_CC1|TIM_IT_Update); //清除中断标志位
}
此部分代码包含 2 个函数，其中 TIM5_Cap_Init 函数用于 TIM5 通道 1 的输入捕获设置，
其设置和我们上面讲的步骤是一样的，这里就不多说， 我们通过标号①~⑥标注了前面讲解的
步骤，大家可以对照看一下。 重点来看看第二个函数。
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 15.3.1 所示：
TIM5CH1_CAPTURE_STA
bit7 bit6 bit5~0
捕获完成标志 捕获到高电平标志 捕获高电平后定时器溢出的次数
表 15.3.1 TIM5CH1_CAPTURE_STA 各位描述
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ALIENTEK 战舰 STM32F103 V3 开发板教程
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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。
这里我们还使用到一个函数 TIM_OC1PolarityConfig 来修改输入捕获通道 1 的极性的。 相信这
个不难理解：
void TIM_OC1PolarityConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCPolarity)
要设置为上升沿捕获，则为：
TIM_OC1PolarityConfig(TIM5,TIM_ICPolarity_Rising); //设置为上升沿捕获
还有一个函数用来设置计数器寄存器值，这个同样很好理解：
TIM_SetCounter(TIM5,0);
上行代码的意思就是计数值清零。
头文件 timer.h 内容比较简单，这里我们不详细讲解。 接下来我们看看主程序内容如下：
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
uart_init(115200); //串口初始化波特率为 115200
LED_Init(); //LED 端口初始化
TIM3_PWM_Init(899,0); //不分频。 PWM 频率=72000/(899+1)=80Khz
TIM5_Cap_Init(0XFFFF,72-1); //以 1Mhz 的频率计数
while(1)
{
delay_ms(10);
TIM_SetCompare2(TIM3,TIM_GetCapture2(TIM3)+1);
if(TIM_GetCapture2(TIM3)==300)
TIM_SetCompare2(TIM3,0);
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
}ALIENTEK 战舰 STM32F103 V3 开发板教程
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}
} 该
main 函数是在 PWM 实验的基础上修改来的，我们保留了 PWM 输出，同时通过设置
TIM5_Cap_Init(0XFFFF,72-1)，将 TIM5_CH1 的捕获计数器设计为 1us 计数一次，并设置重装
载值为最大，所以我们的捕获时间精度为 1us。
主函数通过 TIM5CH1_CAPTURE_STA 的第 7 位，来判断有没有成功捕获到一次高电平，
如果成功捕获，则将高电平时间通过串口输出到电脑。
至此，我们的软件设计就完成了。