定時(shí)器輸入捕獲功能

1 輸入捕獲功能概述

1.1 輸入捕獲功能的用途和工作原理

• 用途：用于測量信號的參數(shù)，比如周期和頻率。
• 工作原理：在輸入捕獲模式下，當(dāng)捕獲單元捕捉到外部信號的有效邊沿(上升沿/下降 沿/雙邊沿)時(shí)，將計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值鎖存到捕獲/比較寄存器TIMx_CCR， 供用戶讀取。

1.2 捕獲通道的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1.3 捕獲過程示意圖

將兩次捕獲值相減，再乘以計(jì)數(shù)時(shí)間可計(jì)算出信號周期

1.4 信號參數(shù)計(jì)算公式

信號參數(shù)計(jì)算公式

周期

頻率

當(dāng)待測信號不大于定時(shí)器的一個(gè)完整計(jì)數(shù)周期(從0到ARR)時(shí)。假設(shè)兩次連續(xù)的捕獲值分別為CCRx_1 和 CCRx_2，則捕獲差值可以按照如下方法計(jì)算：

• 如果 CCRx_1 < CCRx_2：捕獲差值 = CCRx_2 - CCRx_1
• 如果 CCRx_1 > CCRx_2：捕獲差值 = (ARR + 1 - CCRx_1) + CCRx_2

注意：如果待測信號大于定時(shí)器的一個(gè)完整計(jì)數(shù)周期，則需要結(jié)合定時(shí)器的更新中斷次數(shù)來計(jì)算捕獲差值。

1.5 輸入捕獲功能的數(shù)據(jù)類型和接口函數(shù)

成員變量ICPolarity的取值范圍

成員變量ICSelection的取值范圍

成員變量ICPrescaler的取值范圍

1. 輸入捕獲啟動函數(shù)：HAL_TIM_IC_Start_IT

   函數(shù)原型	uint32_t HAL_TIM_IC_Start_IT(TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t Channel)
   功能描述	用于在中斷方式下啟動定時(shí)器的輸入捕獲功能
   入口參數(shù)	htim：定時(shí)器句柄的地址Channel：定時(shí)器通道號，取值范圍是TIM_CHANNEL_1~TIM_CHANNEL_4
   返回值	HAL狀態(tài)值
   注意事項(xiàng)	1. 該函數(shù)在定時(shí)器初始化完成之后調(diào)用2. 函數(shù)需要由用戶調(diào)用，用于使能定時(shí)器的捕獲中斷，并啟動定時(shí)器運(yùn)行

2. 輸入捕獲停止函數(shù)：HAL_TIM_IC_Stop_IT

   函數(shù)原型	HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_IC_Stop_IT(TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t Channel)
   功能描述	用于停止在中斷方式下定時(shí)器的輸入捕獲功能
   入口參數(shù)	htim：定時(shí)器句柄的地址Channel：定時(shí)器通道號，取值范圍是TIM_CHANNEL_1~TIM_CHANNEL_4
   返回值	HAL狀態(tài)值
   注意事項(xiàng)	1. 該函數(shù)需要由用戶調(diào)用，用于禁止捕獲中斷，關(guān)閉輸入捕獲通道，停止 定時(shí)器運(yùn)行

3. 輸入捕獲中斷回調(diào)函數(shù)：HAL_TIM_IC_CaptureCallback

   函數(shù)原型	void HAL_TIM_IC_CaptureCallback (TIM_HandleTypeDef *htim)
   功能描述	用于處理所有定時(shí)器的輸入捕獲中斷，用戶在該函數(shù)內(nèi)編寫實(shí)際的任務(wù)處理程序
   入口參數(shù)	htim：定時(shí)器句柄的地址
   返回值	無
   注意事項(xiàng)	1. 該函數(shù)由定時(shí)器中斷通用處理函數(shù)HAL_TIM_IRQHandler調(diào)用，完成所 有定時(shí)器輸入捕獲中斷的任務(wù)處理2. 函數(shù)內(nèi)部需要根據(jù)定時(shí)器句柄的實(shí)例來判斷是哪一個(gè)定時(shí)器的哪一個(gè)通道 產(chǎn)生的本次輸入捕獲中斷3. 函數(shù)由用戶根據(jù)具體的處理任務(wù)編寫

4. 捕獲值讀取函數(shù)：HAL_TIM_ReadCapturedValue

   函數(shù)原型	uint32_t HAL_TIM_ReadCapturedValue(TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t Channel)
   功能描述	用于處理所有定時(shí)器的輸入捕獲中斷，用戶在該函數(shù)內(nèi)編寫實(shí)際的任務(wù)處理程序
   入口參數(shù)	htim：定時(shí)器句柄的地址Channel：定時(shí)器通道號，取值范圍是TIM_CHANNEL_1~TIM_CHANNEL_4
   返回值	捕獲值
   注意事項(xiàng)	1. 函數(shù)需要由用戶調(diào)用，用于讀取發(fā)生捕獲時(shí)的捕獲值

5. 捕獲邊沿設(shè)置函數(shù)：__HAL_TIM_SET_CAPTUREPOLARITY

   函數(shù)原型	__HAL_TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(__HANDLE__, __CHANNEL__, __POLARITY__
   功能描述	用于設(shè)置輸入信號的捕獲邊沿
   入口參數(shù)	HANDLE ：定時(shí)器句柄的地址__Channel__：定時(shí)器通道號， 取值范圍是TIM_CHANNEL_1~TIM_CHANNEL_4__POLARITY__ ：捕獲邊沿， 取值范圍是TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_RISING/FALLING/BOTHEDGE
   返回值	無
   注意事項(xiàng)	1. 該函數(shù)是宏函數(shù)，進(jìn)行宏替換，不發(fā)生函數(shù)調(diào)用2. 函數(shù)需要由用戶調(diào)用，用于設(shè)置輸入信號的有效捕獲邊沿

2 任務(wù)實(shí)踐

利用定時(shí)器2的通道1(對應(yīng)引腳PA0)來測量一個(gè)外部脈沖信號的周期和頻率，外部脈沖信號利用引腳PA6輸入。

1. 配置定時(shí)器2時(shí)鐘源為內(nèi)部時(shí)鐘源（8MHz），通道一為輸入捕獲方式。
   配置時(shí)基單元
   • 預(yù)分頻系數(shù)PSC為0，即計(jì)數(shù)時(shí)鐘CK_CNT為8MHz，便于擴(kuò)大測量頻率的范圍。
   • 設(shè)置自動重載值A(chǔ)RR為最長的計(jì)數(shù)周期，便于擴(kuò)大測量頻率的脈寬。
     配置輸入捕獲通道采用默認(rèn)參數(shù)

• 捕獲有效邊沿為上升沿
• 捕獲通道為直接輸入方式
• 捕獲信號不分頻
• 捕獲信號不進(jìn)行濾波

使能定時(shí)器2的全局中斷，中斷優(yōu)先級使用默認(rèn)值

1. 配置定時(shí)器3時(shí)鐘源為內(nèi)部時(shí)鐘源（8MHz），通道一為PWM輸出模式。
   設(shè)置預(yù)分頻系數(shù)PSC為399，自動重載值 ARR為199，表示PWM信號的周期為10ms。
   設(shè)置捕獲/比較值CRR為100， 表示PWM信號的占空比為50%
   
2. 打開串口USART1，并在工程中添加頭文件和prinrf函數(shù)重定義，Keil中勾選USE MicroLIB。
   在CubeMX中配置串口，在Keil中使用“Use MicroLIB”并在代碼中重定向printf函數(shù)的方法在STM32基礎(chǔ)：定時(shí)器的定時(shí)計(jì)數(shù)功能中有詳細(xì)講解。
3. 編寫程序

   /* USER CODE BEGIN PV */
   uint32_t Diff       = 0;   // 存放捕獲差值
   uint32_t Period     = 0;   // 存放計(jì)算所得周期
   uint8_t MeasureFlag = 0;   // 測量完成標(biāo)志：  0表示未完成，  1表示完成
   uint8_t CapIndex    = 0;   // 捕獲指示：  0表示沒有開始捕獲，  1表示完成一次捕獲
   uint32_t CapVal1    = 0;   // 存放第一次捕獲值
   uint32_t CapVal2    = 0;   // 存放第二次捕獲值
   /* USER CODE END PV */
   
   /* USER CODE BEGIN 2 */
     printf("Timer Capture Function Test: n");
     HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim2, TIM_CHANNEL_1);
     HAL_TIM_PWM_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_1);
     /* USER CODE END 2 */
   
     /* USER CODE BEGIN 3 */
       if(MeasureFlag == 1) 
       {
         if(CapVal2 >=  CapVal1)
         {
           Diff = CapVal2 -  CapVal1;
         }
         else
         {
           Diff = ((65535 + 1 - CapVal1) + CapVal2) ;
         }
       }
       Period = Diff/20000;
       printf ("Period    is: %.4fmsrn", Diff/20000.0);
       printf ("Frequency is: %dHzrn", 8000000/Period);
       printf ("/*****************************/rn");
       MeasureFlag = 0;
       HAL_Delay(1000);
       HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim2, TIM_CHANNEL_1);
     }
     /* USER CODE END 3 */
   
   /* USER CODE BEGIN 4 */
   int fputc (int ch, FILE *f)
   {
       HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, HAL_MAX_DELAY);
       return ch;
   }
   
   int fgetc(FILE *f)
   {
       uint8_t ch = 0;
       HAL_UART_Receive(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, HAL_MAX_DELAY);
       return ch;
   }
   
   void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
   {
     if (htim- >Instance == TIM2)
     {
       if (htim- >Channel == HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_1)
       {
         if (CapIndex == 0)
         {
           CapVal1 = HAL_TIM_ReadCapturedValue(htim, TIM_CHANNEL_1);
           CapIndex = 1;
         }
         if (CapIndex == 1)
         {
           CapVal2 = HAL_TIM_ReadCapturedValue(htim, TIM_CHANNEL_1);
           CapIndex = 0;
           MeasureFlag = 1;
         }
         else
         {
           Error_Handler();
         }
       }
     }
   }
   /* USER CODE END 4 */