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)

STM32输入捕获实验示例详解_第1张图片

 

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:

STM32输入捕获实验示例详解_第2张图片

 

STM32输入捕获实验示例详解_第3张图片

 

 

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。

STM32输入捕获实验示例详解_第4张图片

 

TIMx_CCMR1.CC1S的作用

STM32输入捕获实验示例详解_第5张图片

 

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。

STM32输入捕获实验示例详解_第6张图片

 

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?“。

STM32输入捕获实验示例详解_第7张图片

 

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

STM32输入捕获实验示例详解_第8张图片

 

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:

STM32输入捕获实验示例详解_第9张图片

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

 

STM32输入捕获实验示例详解_第10张图片

 

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

 

STM32输入捕获实验示例详解_第11张图片

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