STM32标准库定时器输入捕获

1.输入捕获介绍

输入捕获为STM32定时器的一个功能，可以用来测量输入信号的频率和占空比。

具体原理：当输入信号经过比较捕获通道时，STM32会依据通道的极性设置决定是否触发捕获中断TIM_IT_CCx。此时定时器会将当前计数值TIMx->CNT的值保存在TIMx->CCRx中，通过计算两次捕获中断的时间差便可计算出捕获的电平时长，由此可计算出输入信号的频率、周期、占空比等信息。

在本文中，使用野火指南者开发板，配置TIM2定时器的通道4为输入通道，TIM3定时器的通道1为输出通道。

2. 输入捕获通道与定时器初始化

需要引用头文件

#include "stm32f10x_gpio.h"
#include "stm32f10x_rcc.h"
#include "stm32f10x_tim.h"

void TIM2_Init()                                            // 定时器2初始化
{
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2,ENABLE);     // 使能定时器2的时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);    // 使能GPIOA的时钟
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;                    // 定义GPIO_InitTypeDef类型的结构体
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;      // 定义TIM_TimeBaseInitTypeDef类型的结构体
	TIM_ICInitTypeDef TIM_IC_nitStructure;                  // 定义TIM_ICInitTypeDef类型的结构体
	
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3 ;              // 选择通道4的引脚
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;   // 设置通道4为浮空输入
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;       // 设置引脚速度为50MHz
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);                   // 初始化GPIOA
	
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 1000-1;          // 设置定时器2的自动重装值，计数到1000-1
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 720-1;	    // 设置定时器2的预分频值，分频720-1
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision  = TIM_CKD_DIV1;    // 设置时钟分割
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; // 设置计数器模式为向上计数
	TIM_TimeBaseInit(TIM2,&TIM_TimeBaseInitStructure);      // 初始化定时器2
	
	TIM_IC_nitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_4;        // 选择通道4
	TIM_IC_nitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;     // 设置通道4的上升沿触发
	TIM_IC_nitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;   // 设置通道4的输入分频器
	TIM_IC_nitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI; // 设置通道4映射到TI4
	TIM_IC_nitStructure.TIM_ICFilter = 0x00;                // 设置通道4的滤波器
	TIM_ICInit(TIM2,&TIM_IC_nitStructure);                  // 初始化定时器2的通道4
	
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;                    // 定义NVIC_InitTypeDef结构体变量
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn;         // 选择定时器2的中断通道
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;       // 设置中断优先级
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;      // 设置中断子优先级
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;         // 使能中断通道
	
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);                         // 初始化NVIC_InitTypeDef结构体变量
	
	TIM_ITConfig(TIM2,TIM_IT_CC4 | TIM_IT_Update ,ENABLE);  // 使能定时器2的通道4的中断和更新中断
	
	TIM_Cmd(TIM2,ENABLE);                                   // 使能定时器2
}

需要注意输入通道引脚为GPIO_Mode_IN_FLOATING模式，TIM_Period为定时器溢出值。

• TIM_ICInitTypeDef：输入捕获通道配置结构体。

  • TIM_Channel：输入通道，可选参数为TIM_Channel_x。

  • TIM_ICPolarity：输入通道极性设置，可选参数为TIM_ICSelection_DirectTI、TIM_ICSelection_IndirectTI、TIM_ICSelection_TRC。

    • TIM_ICSelection_DirectTI：将定时器输入通道1、2、3、4依次映射到IC1、IC2、IC3、IC4。

    • TIM_ICSelection_IndirectTI：将定时器输入通道1、2、3、4依次映射到IC2、IC1、IC4、IC3。

    • TIM_ICSelection_TRC：将定时器输入通道1、2、3、4连接至TRC我暂时也不知道这个TRC是啥。

  • TIM_ICFilter：输入通道滤波器设置，可选参数为0x0~0xF。决定了多少次边沿变换会触发一次输入捕获。

3. 中断函数编写

输入捕获中断与定时器中断共用一个中断NVIC。

uint16_t Up_Capture_Cnt,Down_Capture_Cnt,Up_Capture,Up_Capture_Cnt_Temp,Down_Capture;
uint16_t timer_cnt2,timer_cnt1 = 0;
uint16_t Get_State = 0,Get_State1 = 0;

void TIM2_IRQHandler()                              // 定时器2中断函数
{
	if(TIM_GetITStatus(TIM2,TIM_IT_Update) == SET)  // 定时器2更新中断
	{
		timer_cnt1++;                               // 定时器计数标志量1每溢出一次加一
		timer_cnt2++;                               // 定时器计数标志量2每溢出一次加一
		if(timer_cnt1 == 10000)                     // 定时器计数标志量1溢出时清零
		{
			timer_cnt1 = 0;                         // 定时器计数标志量1清零
		}
		if(timer_cnt2 == 10000)                     // 定时器计数标志量2溢出时清零
		{
			timer_cnt2 = 0;                         // 定时器计数标志量2清零
		}
	}
	if(TIM_GetITStatus(TIM2,TIM_IT_CC4) == SET)     // 定时器2输入捕获中断
	{
		switch(Get_State)                           // 判断输入捕获状态
		{
			case 0 :            
				Up_Capture_Cnt_Temp = Up_Capture_Cnt;       // 保存上一次输入捕获通道的值
				Down_Capture_Cnt =  TIM_GetCapture4(TIM2);  // 获取当前输入捕获通道的值
				Down_Capture = Down_Capture_Cnt + (timer_cnt2 * 1000) - Up_Capture_Cnt_Temp;    // 计算脉冲宽度
				timer_cnt1 = 0;                             // 定时器计数标志量1清零
				timer_cnt2 = 0;                             // 定时器计数标志量2清零
				TIM_ClearITPendingBit(TIM2,TIM_IT_CC4);     // 清除输入捕获通道的中断标志位
				TIM_OC4PolarityConfig(TIM2,TIM_ICPolarity_Falling); // 设置输入捕获通道的极性为下降沿
				Get_State = 1;                              // 设置输入捕获通道的状态为1
				break;                                      // 跳出switch语句
			case 1:         
				Up_Capture_Cnt =  TIM_GetCapture4(TIM2);    // 获取当前输入捕获通道的值
				Up_Capture = Up_Capture_Cnt + (timer_cnt1 * 1000) - Down_Capture_Cnt;           // 计算脉冲宽度
				timer_cnt1 = 0;                             // 定时器计数标志量1清零
				timer_cnt2 = 0;                             // 定时器计数标志量2清零
				TIM_ClearITPendingBit(TIM2,TIM_IT_CC4);     // 清除输入捕获通道的中断标志位
				TIM_OC4PolarityConfig(TIM2,TIM_ICPolarity_Rising);  // 设置输入捕获通道的极性为上升沿
				Get_State = 0;                              // 设置输入捕获通道的状态为0
				break;                                      // 跳出switch语句
		}
	}
	TIM_ClearITPendingBit(TIM2,TIM_IT_Update);              // 清除定时器溢出中断标志位
}

4. 中断函数代码具体逻辑解释

光看代码可能捋不清先后关系，来看下图就知道了，如图1所示：

图1.采集输入捕获信号矢量图
在图中可以看到，当输入捕获通道的信号周期要长于输入捕获的通道时钟周期时，会导致第二次读取的值比第一次读取的值小，如果不使用定时器溢出次数进行辅助运算会导致算出来的是负数。之后第一次读取的值+溢出时间-第二次读取的值，得到的结果就是脉冲宽度，第二次读取的值+溢出时间-第一次读取的值，得到的就是周期中另一部分的宽度。有了这些信息，就可以得到频率、周期和占空比了。