STM32F1PWM输入捕获

前言

      在做嵌入式开发的过程中，不可避免的会用到PWM的功能，但是我们怎么知道产生的PWM波形对不对呢，这个时候可能就需要一台示波器来测量一下了，但是这始终有点麻烦。于是我尝试着使用STM32的定时器捕获功能来测量PWM波。

配置PWM波

      由于要测量PWM波形，那么首先要产生一个PWM波。

PWM配置代码如下：

//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 = 0; //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 = 0; //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
 

}

TIM3_PWM_Init(1000-1,1-1);         //不分频。PWM频率=72000/(999+1)=72Khz

TIM3->CCR2=500;

这样就可以产生一个频率为72kHz，占空比为50%的PWM波。

配置PWM输入捕获

      在使用STM32的输入捕获时，需要参考《STM32参考手册》。

                                                        图1 PWM输入捕获时序图

      从图中可以知道，捕获PWM波，使用了定时器的两个通道，这两个通道只能是定时器的前两个通道CH1,CH2。

CH1捕获PWM的上升沿，然后复位计数器，再分别捕获一个下降沿和上升沿，所以PWM的频率和占空比的计算公式如下：

首先计算定时器的计时时间：t = ( psc+1 ) / fCK_INT,

于是PWM的频率如下：fPWM = fCK_INT * CCR1 / ( psc +1 ) .

psc为定时器的分频系数，fCK_INT 为定时器的主频，一般为 72MHz,CCR1 为上升沿时 CH1 捕获的计数器的值。

占空比为   CCR2 / CCR1 * 100% .

定时器输入捕获的配置如下：

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);
	
	TIM5->CCMR1 &= ~(3<<8);
	TIM5->CCMR1 |= (2<<8);      //选择TIMx_CCR2的有效输入：置TIMx_CCMR1寄存器的CC2S=10(选择TI1)。
	
	TIM5->CCER |= 1<<4;         //使能TIM5 CC2 输入捕获
	TIM5->CCER |= 1<<5;         //选择TI1FP2的有效极性(捕获数据到TIMx_CCR2)：置CC2P=1(下降沿有
	
	TIM5->SMCR &= ~(7<<4);
	TIM5->SMCR |= (5<<4);      //选择有效的触发输入信号：置TIMx_SMCR寄存器中的TS=101(选择TI1FP1)。
	
	TIM5->SMCR &= ~(7<<0);
	TIM5->SMCR |= (4<<0);      //配置从模式控制器为复位模式：置TIMxSMCR中的SMS=100。
	
	//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_CC1|TIM_IT_CC2,ENABLE);//允许更新中断 ,允许CC1IE捕获中断
	
   TIM_Cmd(TIM5,ENABLE ); 	//使能定时器5
		
}

代码中，配置了 TIM5 的 CC1 和 CC2 两路输入捕获，并且将两路输入捕获都映射到 TI1 输入，设置TI1FP信号作为触发输入信号，而从模式控制器被配置成复位模式。

这样在首次出现上升沿的时候，定时器会复位，然后由两路输入捕获捕捉上升沿和下降沿。

同时，配置好定时器的输入捕获中断。

接下来写定时器的中断服务函数：

//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_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下降沿
				TIM5CH1_CAPTURE_VAL=TIM5->CCR1;
			}
			TIM_ClearITPendingBit(TIM5, TIM_IT_CC2); //清除中断标志位
		}
		if (TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_CC2) != RESET)//捕获1发生捕获事件
		{
			TIM5CH1_CAPTURE_STA|=0x40;		//标记成功捕获到一次下降沿
			TIM5CH1_CAPTURE_HIGHVAL=TIM5->CCR2;
			TIM_ClearITPendingBit(TIM5, TIM_IT_CC2); //清除中断标志位
		}
 	}
	else
		TIM_ClearITPendingBit(TIM5, TIM_IT_CC2|TIM_IT_CC1); //清除中断标志位
}

这里定义了一个 8位的变量，用来保存捕获的标志。

u8  TIM5CH1_CAPTURE_STA=0;    //输入捕获状态

最高位用来表示 PWM 捕获完成，次高位表示捕获到下降沿。

在主程序中只需要判断该变量的最高位即可知道是否捕获完成，同时清零该变量可以开始下一次 PWM 捕获。

 

经测试，该方法测得的 PWM 的频率十分准确，且误差很小，（该误差主要来自于定时器的计数频率，频率越高，误差越小）

还有一点，在捕获频率较低时候的 PWM 波时，定时器可能会发生溢出（定时器频率越高也容易发生溢出），应该在定时器配置里开启更新中断，在中断服务函数里对溢出进行计数处理。

本文源代码