STM32 HAL库 STM32CubeMX -- TIM（定时器输入捕获）

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一、输入捕获

输入捕获可以对输入的信号的上升沿、下降沿或者双边沿进行捕获，常用的有测量输入信号的脉宽和测量PWM 输入信号的频率和占空比这两种。

输入捕获的原理就是，当捕获到信号的跳变沿的时候，把计数器CNT 的值锁存到捕获寄存器CCR 中，把前后两次捕获到的CCR 寄存器中的值相减，就可以算出脉宽或者频率。
如果捕获的脉宽的时间长度超过你的捕获定时器的周期，就会发生溢出，这个就需要做额外的处理。

二、输入捕获功能框图

输入通道

需要被测量的信号从定时器的外部引脚TIMx_CH1/2/3/4 进入，通常叫TI1/2/3/4，在后面的捕获讲解中对于要被测量的信号我们都以TIx 为标准叫法。

输入滤波器和边沿检测器

当输入的信号存在高频干扰的时候，我们需要对输入信号进行滤波，即进行重新采样；

根据采样定律，采样的频率必须大于等于两倍的输入信号。比如输入的信号为1M，又存在高频的信号干扰，那么此时就很有必要进行滤波，我们可以设置采样频率为2M，这样可以在保证采样到有效信号的基础上把高于2M 的高频干扰信号过滤掉。

滤波器的配置由CR1 寄存器的位CKD[1:0] 和CCMR1/2 的位ICxF[3:0] 控制。从ICxF 位的描述可知，采样频率fSAMPLE 可以由fCK_INT 和fDTS 分频后的时钟提供，其中是fCK_INT 内部时钟，fDTS是fCK_INT 经过分频后得到的频率，分频因子由CKD[1:0] 决定，可以是不分频，2 分频或者是4分频。

边沿检测器用来设置信号捕获模式：上升沿，下降沿，或双边沿，具体的由CCER 寄存器的位CCxP 和CCxNP 决定。

捕获通道

捕获通道就是图中的IC1/2/3/4，每个捕获通道都有相对应的捕获寄存器CCR1/2/3/4，当发生捕获的时候，计数器CNT 的值就会被锁存到捕获寄存器中。

输入通道是用来输入信号的，捕获通道是用来捕获输入信号的通道；

预分频器

ICx 的输出信号会经过一个预分频器，用于决定发生多少个事件时进行一次捕获。具体的由寄存器CCMRx 的位ICxPSC 配置，如果希望捕获信号的每一个边沿，则不分频。

例如：
每2个事件触发一次捕获，如上升沿捕获时，连续获取到两个上升沿后才会触发计数
每4个事件触发一次捕获
每8个事件触发一次捕获

捕获寄存器

经过预分频器的信号ICxPS 是最终被捕获的信号，当发生捕获时（第一次），计数器CNT 的值会被锁存到捕获寄存器CCR 中，还会产生CCxI 中断，相应的中断位CCxIF（在SR 寄存器中）会被置位，通过软件或者读取CCR 中的值可以将CCxIF 清0。

如果发生第二次捕获（即重复捕获：CCR 寄存器中已捕获到计数器值且CCxIF 标志已置1），则捕获溢出标志位CCxOF（在SR 寄存器中）会被置位，CCxOF 只能通过软件清零。

三、STM32Cube MX配置

基础STM32Cube MX 的配置，参考这篇博客：STM32 CubeMx教程 – 基础知识及配置使用教程

配置RCC，选择使用外部晶振模式

配置SYS，debug模式选择使用Serial Wire

配置一个串口，用于输出调试信息

配置定时器，配置TIM，
将时钟源配置为内部时钟源；
配置通道1为输入捕获模式；

配置TIM里面 GPIO模式；
配置为输入模式（input mode）；
配置为上拉模式（Pull - up）,上拉模式模式初始电平为高电平；
按键另一端接地，初始化按键另一边为高电平，当按键按下的时候，就可以检测到低电平；

配置打开定时器中断

配置TIM详细参数；
预分频系数为7199，重装载值 99；
检测周期 Tout = (7199+1)*(99+1) / 72 000 000 = 10ms

GPIO初始为高电平，按键按下成为低电平，所以触发模式设置为下降沿模式

配置时钟树

四、代码详解

涉及的HAL库函数

	HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);  		//开启定时器2溢出中断

	HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim2, TIM_CHANNEL_2);    //开启输入捕获中断

	HAL_TIM_IC_Stop_IT(&htim2, TIM_CHANNEL_2)      //关闭输入捕获中断
       

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim);	//定时器溢出回调函数

void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim);		//捕获中断回调函数

测量低电平的持续时间，先下降沿后上升沿，记录计数值，最终输出us单位。

代码示例：

/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */

//变量存储
typedef struct 
{   
    uint8_t   flg; 						//0为未开始，1已经开始，2为结束
    uint16_t  num;						//计数值
    uint16_t  num_period;			//溢出次数
}COUNT_TEMP;
 
COUNT_TEMP count_temp={0};
/* USER CODE END PD */

int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_TIM2_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */

	HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);  		//开启定时器2溢出中断

	HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim2, TIM_CHANNEL_1);    //开启输入捕获中断
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
		
		if(count_temp.flg == 2 )		//等待测量
	{
    //计数计数值，0xFFFF为最大计数
    uint32_t ulTime = (uint32_t)count_temp .num_period * 0xFFFF + count_temp .num;
    //输出测量的值
    printf ( "low time :%d us\n",ulTime); 
    count_temp .flg = 0;     //复位测量       
	}
		
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

/* USER CODE BEGIN 4 */

/* 每隔10ms进入一次定时器中断函数，每按下一次按键都会进入一次捕获中断函数 */
/* 捕获中断设置为下降沿捕获，因为初始电平设置的高电平 */
/* 没按下一次按键，也就是经过一个下降沿，就进入一次捕获中断函数 */
/* 进入捕获中断函数以后，开始计时，并且设置为上升沿触发下一次捕获中断 */
/* 当按键拿起，重回高电平，也就是捕获一次上升沿高电平，再次进入捕获中断函数 */
/* 进入捕获中断函数，获取记录的时间，并设置为下降沿触发中断，如此往复 */
//捕获中断回调函数
void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
      //判断定时器2
        if(TIM2 == htim->Instance){
            if ( count_temp.flg == 0 )
            {   
                // 清零定时器计数
                __HAL_TIM_SET_COUNTER(htim,0); 
                //设置上升沿触发
                __HAL_TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(&htim2, TIM_CHANNEL_1, TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_RISING);
                count_temp .flg = 1;    //设置已经开始    
                count_temp .num_period = 0;    //溢出计数清零        
                count_temp .num = 0; //计数清零
            }        
            else
            {
                // 获取定时器计数值
                count_temp .num = HAL_TIM_ReadCapturedValue(&htim2,TIM_CHANNEL_1);
                //设置下降沿触发
                __HAL_TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(&htim2, TIM_CHANNEL_1, TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_FALLING);
                count_temp .flg = 2;
            }
        }
}    
 
//定时器溢出回调函数
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
    if(TIM2 == htim->Instance){
    //每次溢出时间为65536us
    if(count_temp.flg==1)//还未成功捕获
    {
                if(count_temp.num_period==0XFFFF)//电平太长了
                {
                    count_temp.flg=2;        //标记成功捕获了一次
                    count_temp .num=0XFFFF;
                }else count_temp .num_period ++;
    }
    }
}
/* USER CODE END 4 */

附录

本文涉及到的代码：STM32 HAL库 定时器输入捕获