STM32入门之定时器输入捕获部分

        IC输入捕获，与输出比较一样也有有四个通道，分别与输出比较共用4个CCR寄存器，通过通道输入电平信号，我们可以检测到电平跳变，然后将CNT的值锁存到CCR寄存器中，实现测量频率，占空比，用于电机测速等。

那我们首先来介绍一下测量频率的原理

         频率测量的方法有测频法和测周法两种。

1. 测频法：根据频率的定义（在1s内出现周期的次数），在闸门时间内，计数器对上升沿记次得到N，如果T取1s，那么记次得到的N就是频率。如果T取0.5s，那么频率就是2N。
2. 测周法：就是测量1个周期的时间，然后取倒数。利用单片机内部的标准时钟产生一个标准频率的信号，这个信号会驱动CNT记次，在两个上升沿之间CNT记次为N，那么每记一个数的时间就是1/fc，记N个数的时间就是N/fc。最后取倒数，就是频率。

         通过以上介绍也可得知，测频法适用于高频信号，在1s内最好多出现几个上升沿。测周法适用于低频信号，1个周期的时间尽量长一点。这样我们可以使记次N尽量大一些，然后减少正负1误差（在记次时会出现计数器记到一半的情况，这时候N就会随机舍去或者取1，称为正负1误差），当N尽量大时，1对N的影响就会减弱了。

        这里还有1点需要注意

1. 使用测频法测量频率时，测量的间隔时长是Ts，也就是我们设置的时长，也就是说，每隔Ts才会产生测量结果跳变，如果在Ts内频率有变化，其实测量结果取的是平均值。
2. 使用测周法测量频率时，是每隔1个周期的时间就产生一次测量结果跳变，一般我们信号都是几百几千赫兹，所以这个跳变会比较剧烈。

        这里有一个中界频率，也就是说，当信号频率处于中界频率时，测频法与测周法的N误差是一样的。这个频率怎么算呢？

        我们可以通过测频法的fx公式把N算出来，再把测周法的N算出来，两个相等时。可以得出fx，这个fx就是中界频率。

输入捕获理论框图

        通过框图可知，信号TI1通过GPIO引脚输入后，会通过一个滤波器先进行一次滤波，这里的滤波器实际上就是一个事件计数器，只有在连续记录到N个事件后才会产生输出跳变，也就是说，只有在连续采集到N个高电平信号后，才会输出高电平。这样可以去除一些干扰毛刺，这里的滤波参数可以通过CCMR1的ICF位进行设置，一般来说，滤波频率越小，采样点N越大，滤波效果越好。具体配置如下图。

         这里介绍一下，FDTS是驱动滤波器的时钟信号，是由内部时钟分频得来的，可以在时基单元里面配置好。

        经过滤波后，得到信号TI1F，经过边缘检测器，可以选择是上升沿触发还是下降沿触发。这里通过CCER的CC1P进行配置。

        经过边缘检测后，得到信号TI1FP1或者TI1FP2（不过这个信号是走通道2的），之后通过配置CCMR1的CCIS位选择走通道1（通道2的滤波边缘检测信号TI2FP1也可以走通道1），同时TI1FP1还可以触发从模式，实现硬件自动化CNT清零。精准测量每两个上升沿之间的N，便于计算频率。

        通过通道1之后，还可以通过ICPS位进行分频选择，如果是测量频率，就选择不分频就好了。

        最后通过CC1E位使能一下输出，就可以把CNT的值锁存在CCR里面了。

        这里就大概介绍了我们在实现代码时需要配置到哪些部分了。

         接下来就介绍一下上文提到的从模式，其实还有一个主模式，它们是一一对应的。

         主模式就是定时器将内部信号，映射到TRGO，从而控制一些外设的响应。

        从模式就是接受自身或者其他外设的信号，用于触发定时器响应。这里的激励信号由上表可得知，有ITR0……ETRF，只有这些信号可以触发从模式。也就是说，只有TI1FP1与TI2FP2可以触发从模式，实现自动清零功能。通道3与通道4要软件手动清零。我们要实现清零功能，只需要选择从模式的Reset即可。

        接下来还有1种模式是PWMI模式，利用这种模式，我们可以实现同时测量频率与占空比的功能。

         观察以上框图得知，其实只是变动了右下角的一部分，也就是多了TI1FP2信号的输入，这里TI1FP2会捕获到上升沿与下降沿之间的CNT值，并锁存到CCR2中，但是这个捕获并不会触发计数器清零，所以计数器仍然会继续计数，直到下一个上升沿来临，CNT值锁存到CCR1中，计数器清零。这里CCR2/CCR1就是占空比，实际上就是占用了两个通道，利用两个CCR的值来确定频率与占空比。通道1测频率，通道2测占空比。通道2的TI2FP1与TI2FP2信号同理。

        接下来我们就来实现测量频率的功能吧。

        这里的信号源我们就选择用单片机的TIM2的输出比较通道1（PA0）来输出一个1KHZ的PWM波形，再用TIM3的输入捕获通道1（PA6）来测量，就用一根杜邦线把他们连接在一起就好了。

        PWM的波形输出这里就不再赘述了，和之前的是一样的，改一下ARR与PSC，CCR的值就可以了。

这里我们主要来看输入捕获电路如何配置。

         根据这个框图一步一步来。

1. 第一步：初始化GPIOA与定时器3的时钟，并配置好相关参数，选择PA0口，模式为上拉输入模式。
2. 第二步：选择内部时钟源为定时器3。
3. 第三步：配置时基单元参数，时钟驱动（FDTS）选择1分频即可，为了避免计数器溢出问题，ARR设置为65535，PSC设置为72，方便计算测量频率（F＝分频后的标准频率/N）。
4. 第四步：配置输入捕获单元，滤波器配置为OXF，最大滤波，边缘检测选择上升沿，只测频率的话，模式选择为为直连通道即可。分频选择1分频，也就是不分频。
5. 第五步：使用从模式的自动清零功能，也就是配置TRGI的触发源为TI1FP1，选择从模式为Reset（计数器清零）。
6. 第六步：使能计数器。计数器使能后，即使没有信号也会自动++，但是也不影响我们测量频率，因为当有上升沿信号来时，计数器会清零重新记次，直到下一次上升沿来临。
7. 第七步：写一个计算频率的函数，根据公式，F＝标准频率/N。标准频率也就是分频后的频率为1MHZ，N为计数器的值，这个值已经被锁存到CCR里面了，所以我们只需要调用库函数来获取CCR的值即可。也就是1000000/TIM_GetCapturel（TIM3），最后返回这个值，在循环里面不断刷新显示这个值即可。

void IC_Init(void)
{
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_6 ;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
	 GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	
	TIM_InternalClockConfig(TIM3);
	
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStruct;
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_CounterMode= TIM_CounterMode_Up ;
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Period=65536-1;
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Prescaler=72-1;
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_RepetitionCounter=0;
	TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseInitStruct);

	TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStruct;
	TIM_ICInitStruct.TIM_Channel=TIM_Channel_1;
	TIM_ICInitStruct.TIM_ICFilter=0xf;
	TIM_ICInitStruct.TIM_ICPolarity=TIM_ICPolarity_Rising ;
	TIM_ICInitStruct.TIM_ICPrescaler=72;
	TIM_ICInitStruct.TIM_ICSelection=TIM_ICSelection_DirectTI;
	TIM_ICInit(TIM3, &TIM_ICInitStruct);
	
	TIM_SelectInputTrigger(TIM3, TIM_TS_TI1FP1);
	TIM_SelectSlaveMode(TIM3,TIM_SlaveMode_Reset);
	
	TIM_Cmd(TIM3,ENABLE);
}
uint32_t IC_Get(void)
{
	return 1000000/TIM_GetCapture1(TIM3);
}

        最后就是同时测量频率和占空比的功能了。这里就在以上代码的基础上，在初始化输入捕获单元部分加一句代码即可。我们使用PWMI模式来完成交叉通道。即TIM_PWMIConfig(TIM3，&ICInitStructure)，这样我们初始化了通道1，这个函数就会把通道2配置为相反的参数，我们读取到的CCR2值就是高电平部分。这时候只需要读取CCR1（整个周期部分）的值，就可以知道占空比了。我们写一个函数来封装一下这个过程即可。

TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStruct;
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_CounterMode= TIM_CounterMode_Up ;
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Period=65536-1;
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Prescaler=72-1;
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_RepetitionCounter=0;
	TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseInitStruct);

uint32_t IC_GetH(void)	
{
	return (TIM_GetCapture2(TIM3)+1)*100/(TIM_GetCapture1(TIM3)+1);
}

int main(void)
{
	
	OLED_Init();
	PWM_Init();
	IC_Init();
	
	OLED_ShowString(1,1,"Freq:00000HZ");
	OLED_ShowString(2,1,"Duty:000%");
	PWM_SetPrescaler(720-1);
	PWM_SetCompare1(50);
	while(1)
	{
		OLED_ShowNum(1,6,IC_Get(),5);
		OLED_ShowNum(2,6,IC_GetH(),3);
		
		
	}
}

        最后在主程序中调用一下即可。

图均源自网络