STM32输入捕获实验示例详解
目录
STM32输入捕获实验
寄存器部分讲解(以TIM5_CH1为例)
TIMx_CCMR1.ICF[3:0]的作用
TIMx_CCER.CC1P的作用
TIMx_CCMR1.CC1S的作用
TIMx_CCMR1.ICPS的作用
TIMx_CCER.CC1E的作用
编写程序的技巧
如何判断是上升沿还是下降沿？
如何进行脉冲宽度测量？
如果高电平持续时间过长定时器发生溢出该怎么办？
如果定时器溢出次数过多，该怎么办？
库函数配置原理
总框图
复用引脚以及GPIO的配置
计数器的配置
输入捕获通道属性的配置
中断优先级配置
TIM5_CH1中断类型选择
定时器的使能
测量有效脉冲的中断服务函数
重点：中断服务函数的编写逻辑
难点：当高电平持续时间过长，应该如何操作？
代码示例
Main.c
Timer.c
Timer.h
Key.c
Key.h
运行结果
STM32输入捕获实验
寄存器部分讲解(以TIM5_CH1为例)
TIMx_CCMR1.ICF[3:0]的作用
滤波器的作用就是“采集取样以便于确定准确的电平状态”。我们以ICIF[3:0] = 0010为例：
实例应用：假设输入信号在最多5个内部时钟周期的时间内抖动，我们须配置滤波器的带宽长于5个时钟周期。因此我们可以(以fDTS频率)连续采样8次，以确认在TI1上一次真实的边沿变换，即在TIMx_CCMR1寄存器中写入IC1F=0011。
TIMx_CCER.CC1P的作用
这个寄存器很重要，它决定了“上升沿/下降沿触发输入捕获 “，而且最重要的是，它是用来配置极性的唯一寄存器，这说明输入极性与输出极性都要经过它进行配置，因此我们在下面调用函数时，你会发现无论是PWM输出还是输入捕获，改变极性都是配置的相同函数。
TIMx_CCMR1.CC1S的作用
以上是通道配置，CC1S[1:0]的存在是为了配置“触发事件/中断的信号种类“，例如CC1S[1:0] = 01，那么在TIM5_CH1中触发中断/事件的信号是来自TI1FP1的。
TIMx_CCMR1.ICPS的作用
预分频器的作用就在于配置“我们需要几个有效的电平变化才触发一次中断？“。
TIMx_CCER.CC1E的作用
使能相应的输入捕获通道，使得当IC1PS端口输出有效的电平变化，能立刻被捕获触发相应的事件/中断。
编写程序的技巧
如何判断是上升沿还是下降沿？
脉冲沿+前一时刻的电平状态=电平变化。例如：前一时刻的电平为高电平而且脉冲沿被捕获，那么我们就可以知道“此时的电平为低电平而且脉冲沿为下降沿脉冲“。
如何进行脉冲宽度测量？
我们知道“输入捕获的原理就是：当有效的脉冲变化被捕获那么计数器的值就会自动被捕获/比较寄存器捕获“，我们可以这样做：如果我们想要测量高电平的持续时间，我们可以当上升沿出现时我们将计数器的初始计数值置0，下降沿出现时我们将此时的计数器的值加载到捕获/比较计数器中进行捕获读取。最后”（捕获的值-计数器初始值）*计数器的单位计数时长=高电平持续时间“。
如果高电平持续时间过长定时器发生溢出该怎么办？
我们知道每个定时器都有一个对应的中断服务函数，我们可以使能两个中断：计数器溢出中断+输入捕获中断。我们可以记录当输入电平为高电平时，定时器溢出的次数。最终计算时间时，“高电平持续时间 =（溢出次数*(计数器的MAX值-计数器的初值)+(捕获值-计数器初值)）*计数器单位计数时间“。
如果定时器溢出次数过多，该怎么办？
当高电平持续时间过长导致计数器溢出次数过多，我们就没有必要在等待“下降沿脉冲“，直接置位”捕获完成标志位“，并且将捕获值置为其数据类型所能表示的MAX值。
库函数配置原理
总框图
复用引脚以及GPIO的配置
使能相应的总线时钟与GPIO初始化：
我将PA0引脚复用为TIM5_CH1用于进行输入捕获。
我们看KEY_UP的状态就可以得知，GPIOA.0必须进行下拉输入，只有这样按键按下才可以触发输入电平的变化。
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM5, ENABLE); // 使能GPIOA与TIM5的时钟进行引脚的复用
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); // 配置PA0为下拉输入
计数器的配置
计数器是定时器的灵魂，我们无论配置PWM输出还是输入捕获都要先配置定时器：
上图就是“IM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; // AHB->APB1不分频”的作用。
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
IM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; // AHB->APB1不分频
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; // 向上计数模式
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = ARR;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = PR;
TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseInitStructure); // 初始化计数器 输入捕获通道属性的配置
按照输入/输出两种不同的模式来对TIM5_CH1进行进一步配置：
TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;
TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1; // 使用TIM5_CH1进行输入捕获实验
TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0; // 不进行采集滤波
TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising; // 上升沿触发
TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1; // 一个有效上升沿触发一次输入捕获
TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI; // 选择通道1的信号作为触发输入捕获的信号
TIM_ICInit(TIM5, &TIM_ICInitStructure); // 配置TIM5_CH1的输入捕获属性
中断优先级配置
配置NVIC中断向量优先级：
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
VIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM5_IRQn; // TIM5中断使能
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; // 抢占优先级 = 1
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; // 响应优先级 = 1
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); // 配置NVIC嵌入式中断向量优先级
TIM5_CH1中断类型选择
进一步配置TIM5_CH1中断触发种类：
TIM_ITConfig(TIM5, TIM_IT_CC1|TIM_IT_Update, ENABLE); // 使能TIM5_CH1的中断
定时器的使能
定时器TIM5使能：
TIM_Cmd(TIM5, ENABLE); // TIM5定时器使能
测量有效脉冲的中断服务函数
在这里我们想要测量按键按下的时长，也就是计算“高电平的持续时间“：
u8 TIM_CAP_STA = 0;
u16 TIM_CAP_VAL = 0;
void TIM5_IRQHandler()
{
if((TIM_CAP_STA&0x80) == 0) // 捕获未完成
{
if(TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_CC1) == SET)
{
if((TIM_CAP_STA&0x40) == 0) // 上升沿
{
TIM_SetCounter(TIM5, 0); // 开始计数
TIM_CAP_VAL = 0;
TIM_CAP_STA = 0;
TIM_CAP_STA |= 0x40; // 高电平
TIM_OC1PolarityConfig(TIM5, TIM_OCPolarity_Low); // 捕获下降沿
}
else // 下降沿
{
TIM_CAP_VAL = TIM_GetCapture1(TIM5); // 捕获当前值
TIM_CAP_STA |= 0x80; // 完成捕获
TIM_OC1PolarityConfig(TIM5, TIM_OCPolarity_High); // 捕获上升沿
}
}
if(TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_Update) == SET)
{
if(TIM_CAP_STA&0x40)
{
if((TIM_CAP_STA&0x3F) == 0x3F)
{
TIM_CAP_VAL = 0xFFFF;
TIM_CAP_STA |= 0x80;
}
else
{
TIM_CAP_STA++;
}
}
}
}
TIM_ClearITPendingBit(TIM5, TIM_IT_CC1|TIM_IT_Update);
}
重点：中断服务函数的编写逻辑
u8 TIM_CAP_STA = 0;
u16 TIM_CAP_VAL = 0;
void TIM5_IRQHandler()
{
if((TIM_CAP_STA&0x80) == 0) // 捕获未完成
{
if(TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_CC1) == SET) // TIM5_CH1捕获有效的脉冲沿
{
if((TIM_CAP_STA&0x40) == 0) // 前一刻为低电平——脉冲沿为上升沿
{
TIM_SetCounter(TIM5, 0); // 开始计数
TIM_CAP_VAL = 0;
TIM_CAP_STA = 0;
TIM_CAP_STA |= 0x40; // 更新电平状态
TIM_OC1PolarityConfig(TIM5, TIM_OCPolarity_Low); // 捕获下降沿
}
else // 前一刻为高电平——脉冲沿为下降沿
{
TIM_CAP_VAL = TIM_GetCapture1(TIM5); // 捕获当前值
TIM_CAP_STA |= 0x80; // 完成捕获
TIM_OC1PolarityConfig(TIM5, TIM_OCPolarity_High); // 捕获上升沿
}
}
if(TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_Update) == SET) // 计数器溢出
{
if(TIM_CAP_STA&0x40) // 如果为高电平，计数器溢出则会被记录
{
if((TIM_CAP_STA&0x3F) == 0x3F) // 如果计数器溢出次数过多
{
TIM_CAP_VAL = 0xFFFF; // 此时的捕获值设为MAX
TIM_CAP_STA |= 0x80; // 已经完成高电平的捕获
}
else
{
TIM_CAP_STA++; // 计数器溢出次数+1
}
}
}
}
TIM_ClearITPendingBit(TIM5, TIM_IT_CC1|TIM_IT_Update); // 清除中断标志
} 经过如下程序我们已经可以判断：此时的电平是否有效？
if(TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_CC1) == SET) // TIM5_CH1捕获有效的脉冲沿
{
if((TIM_CAP_STA&0x40) == 0) // 前一刻为低电平——脉冲沿为上升沿
{
TIM_SetCounter(TIM5, 0); // 开始计数
TIM_CAP_VAL = 0;
TIM_CAP_STA = 0;
TIM_CAP_STA |= 0x40; // 更新电平状态
TIM_OC1PolarityConfig(TIM5, TIM_OCPolarity_Low); // 捕获下降沿
}
else // 前一刻为高电平——脉冲沿为下降沿
{
TIM_CAP_VAL = TIM_GetCapture1(TIM5); // 捕获当前值
TIM_CAP_STA |= 0x80; // 完成捕获
TIM_OC1PolarityConfig(TIM5, TIM_OCPolarity_High); // 捕获上升沿
}
} 然后，我们根据是否为高电平来进行溢出次数的记录：当处于高电平，即有效电平时 ，计数器溢出被视为有效予以记录。
if(TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_Update) == SET) // 计数器溢出
{
if(TIM_CAP_STA&0x40) // 如果为高电平，计数器溢出则会被记录
{
if((TIM_CAP_STA&0x3F) == 0x3F) // 如果计数器溢出次数过多
{
TIM_CAP_VAL = 0xFFFF; // 此时的捕获值设为MAX
TIM_CAP_STA |= 0x80; // 已经完成高电平的捕获
}
else
{
TIM_CAP_STA++; // 计数器溢出次数+1
}
}
} 难点：当高电平持续时间过长，应该如何操作？
if(TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_Update) == SET) // 计数器是否溢出
{
if(TIM_CAP_STA&0x40) // 是否为有效电平(高电平)
{
if((TIM_CAP_STA&0x3F) == 0x3F) // 捕获次数已经为MAX
{
TIM_CAP_VAL = 0xFFFF; // 捕获值为MAX
TIM_CAP_STA |= 0x80; // 直接标记：已经捕获完成
}
else
{
TIM_CAP_STA++;
}
}
}
当高电平持续时间过长导致计数器溢出次数过多，我们就没有必要在等待“下降沿脉冲“，直接置位”捕获完成标志位“，并且将捕获值置为其数据类型所能表示的MAX值。
代码示例
Main.c
#include "key.h"
#include "timer.h"
#include "usart.h"
#include "led.h"
#include "delay.h"
int main()
{
extern u8 TIM_CAP_STA;
extern u16 TIM_CAP_VAL;
u32 temp = 0;
delay_init(); // 初始化systick时钟
KEY_InitConfig(); // 初始化KEY_WAKEUP
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); // 设置中断优先级分组
TIM_CAPTURE_InitConfig(0xFFFF, 72-1); // 周期为65.535s
uart_init(115200); // 初始化串口
while(1)
{
delay_ms(10);
if((TIM_CAP_STA&0x80) == 0x80) // 完成有效电平的捕获
{
temp = TIM_CAP_VAL + (TIM_CAP_STA&0x3F) * 0xFFFF; // 计算脉冲持续时间
printf("%d\r\n", temp); // 串口打印
TIM_CAP_STA = 0; // 清空TIM_CAP_STA内的数据以便再次捕获
}
}
}
Timer.c
#include "timer.h"
#include "stm32f10x.h"
#include "sys.h"
#include "led.h"
void TIM_CAPTURE_InitConfig(u16 ARR, u16 PSC)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM5, ENABLE); // 使能APB1总线的TIM5时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); // 使能APB2总线的GPIOA时钟
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); // PA0初始化为下拉输入
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; // AHB = APB1
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; // 向上计数模式
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = ARR;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = PSC;
TIM_TimeBaseInit(TIM5, &TIM_TimeBaseInitStructure); // 配置计数器的属性
TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1;
TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0;
TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;
TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;
TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;
TIM_ICInit(TIM5, &TIM_ICInitStructure); // 配置TIM5的输入属性
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM5_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); // 配置TIM5的中断优先级
TIM_ITConfig(TIM5, TIM_IT_CC1|TIM_IT_Update, ENABLE); // 使能TIM5_CH1的中断
TIM_Cmd(TIM5, ENABLE); // 使能TIM5
}
u8 TIM_CAP_STA = 0;
u16 TIM_CAP_VAL = 0;
void TIM5_IRQHandler()
{
if((TIM_CAP_STA&0x80) == 0)
{
if(TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_CC1) == SET)
{
if((TIM_CAP_STA&0x40) == 0x00) // 上升沿
{
TIM_CAP_STA = 0; // 初始化
TIM_CAP_VAL = 0; // 初始化
TIM_SetCounter(TIM5, 0); // 计数器开始计数
TIM_CAP_STA |= 0x40; // 高电平
TIM_OC1PolarityConfig(TIM5, TIM_OCPolarity_Low); // 改变极性/改变有效电平——捕获上升沿
}
else // 下降沿
{
TIM_CAP_VAL = TIM_GetCapture1(TIM5); // 捕获此时计数器的值
TIM_CAP_STA |= 0x80; // 完成捕获
TIM_OC1PolarityConfig(TIM5, TIM_OCPolarity_High); // 改变极性/改变有效电平——捕获下降沿
}
}
if(TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_Update) == SET) // 计数器溢出
{
if((TIM_CAP_STA&0x40) == 0x40) // 上升沿
{
if((TIM_CAP_STA&0x3F) == 0x3F) // 当溢出次数过多，就默认"捕获完成并且此时计数器的值为MAX"
{
TIM_CAP_VAL = 0xFFFF;
TIM_CAP_STA |= 0x80; // 完成捕获
}
else
{
TIM_CAP_VAL++; // 溢出次数递增
}
}
}
}
TIM_ClearITPendingBit(TIM5, TIM_IT_CC1|TIM_IT_Update); // 清楚中断标志位
}
Timer.h
#ifndef _TIMER_H
#define _TIMER_H
#include "sys.h"
void TIM_CAPTURE_InitConfig(u16 ARR, u16 PR);
#endif
Key.c
#include "key.h"
#include "stm32f10x.h"
void KEY_InitConfig()
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); // 使能总线时钟
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); // 初始化KEY_WAKRUP为下拉输入
}
Key.h
#ifndef _KEY_H
#define _KEY_H
void KEY_InitConfig();
#endif
运行结果
