stm32 输入捕获学习（一）

输入捕获模式可以用来测量脉冲宽度或者测量频率。STM32 的定时器，除了 TIM6 和 TIM7，其他定时器都有输入捕获功能。STM32 的输入捕获，简单地说就是通过检测 TIMx_CHx 上的边沿信号，在边沿信号发生跳变（比如上升沿/下降沿）的时候，将当前定时器的值（TIMx_CNT）存放到对应的通道的捕获/比较寄存器（TIMx_CCRx）中。

1. 相关寄存器介绍

1） 捕获/比较模式寄存器 (TIMx_CCMRx) 

当在输入捕获模式下使用的时候，对应上图的第二行描述，从图中可以看出，TIMx_CCMR1 明显是针对 2 个通道的配置，低八位[7：0]用于捕获/比较通道 1 的控制，而高八位[15：8]则用于捕获/比较通道 2 的控制。同理，CCMR2 这个寄存器用来控制通道 3 和通道 4。今天的实验，我们用到的是 TIM5 的捕获/比较通道 1。

 （1）CC1S[1:0]，这两个位用于 CCR1 的通道配置，这里我们设置 CC1S[1:0]=01，也就是配置 IC1 映射在 TI1 上。如果不理解没有关系，看图就知道了。

从图中可以知道，IC1有三个输入源，分别是TI1，TI2，TRC。

TIM5_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI; 这是通过库函数配置，映射到TI1。

头文件（stm32f10x_tim.h）定义如下：

#define TIM_ICSelection_DirectTI           ((uint16_t)0x0001) 
#define TIM_ICSelection_IndirectTI         ((uint16_t)0x0002) 
#define TIM_ICSelection_TRC                 ((uint16_t)0x0003)

（2）IC1F[3:0]

表格中的f_ck_int 是定时器的输入频率（TIMxCLK），f_dts 则是根据 TIMx_CR1 的 CKD[1:0]来确定。

上图就是TIMx_CR1寄存器。

#define TIM_CKD_DIV1                       ((uint16_t)0x0000)
#define TIM_CKD_DIV2                       ((uint16_t)0x0100)
#define TIM_CKD_DIV4                       ((uint16_t)0x0200)

假定选IC1F[3:0]=0101，即采样频率为fDTS/2, N=8；

选CKD[1:0]=01，即 tDTS = 2 × tCK_INT；并假定 fCK_INT=72MHz。  

这时可以算出，采样频率为72MHz/2/2=18MHz.

1/(18MHz)*8 = 0.4444us = 444.4ns.

因为N=8，所以滤波器可以滤除掉输入端小于444.4ns的脉冲。 

“数字滤波器由一个事件计数器组成，它记录到N个事件后会产生一个输出的跳变”，这句话可以这样理解：

当滤波器连续采样到N个有效电平时，就输出这个有效电平。 
当滤波器没有连续采样到N个有效电平时，再从0开始计数，输出一直保持上一次输出的有效电平。

例如：滤波器上一次输出是高电平，本次连续采样到（N-1）个高电平，但第N个是个低电平，那么滤波器仍然保持上次输出的高电平，并重新开始计数，记录1次低电平，如果其后采样的（N-1）个也是低电平，此时滤波才输出低电平，于是一个下降沿才出现在IC1上。

（3）IC1PSC[1:0]

这里的“事件”指的是上升沿或者下降沿，具体是哪个由TIMx_CCER寄存器的CCxP位决定。

2）捕获/比较使能寄存器：TIMx_CCER

所以，要使能输入捕获，必须设置 CC1E=1，而 CC1P 则根据自己的需要来配置（捕获发生在上升沿还是下降沿）。 

3） DMA/中断使能寄存器(TIMx_DIER) 

在实验中，我们需要允许位0和位1的中断。

#define TIM_IT_Update                      ((uint16_t)0x0001)
#define TIM_IT_CC1                         ((uint16_t)0x0002)
#define TIM_IT_CC2                         ((uint16_t)0x0004)
#define TIM_IT_CC3                         ((uint16_t)0x0008)
#define TIM_IT_CC4                         ((uint16_t)0x0010)

对应的库函数是：TIM_ITConfig(TIM5,TIM_IT_Update|TIM_IT_CC1,ENABLE);

4） 捕获/比较寄存器 (TIMx_CCRx) 

该寄存器用来存储捕获发生时，TIMx_CNT的值，我们从 TIMx_CCR1 就可以读出通道 1 捕获发生时刻的 TIMx_CNT 值，通过两次捕获（一次上升沿捕获，一次下降沿捕获）的差值，就可以计算出高电平脉冲的宽度。

2. 实验设计

通过TIM3产生一路PWM（从PB5输出），把PB5连接到PA0上，PA0和 TIM5_CH1是同一个管脚。利用TIM5_CH1的输入捕获功能，测量出PWM的宽度。

3. 参考代码

//TIM5_CH1输入捕获配置
void TIM5_Cap_Init(u16 arr,u16 psc)
{	 
	TIM_ICInitTypeDef  TIM5_ICInitStructure;
	TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
   	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM5, ENABLE);	//使能TIM5时钟
 	
	//TIM5的配置
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr;     //重装载值
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; 	//分频系数 
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;      //tDTS = tCK_INT
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //向上计数
	TIM_TimeBaseInit(TIM5, &TIM_TimeBaseStructure); 
  
	//TIM5输入捕获配置
	TIM5_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1; //我们用通道1
  	TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;	//上升沿捕获
  	TIM5_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI; //映射到TI1
  	TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;	 //无预分频器 
  	TIM5_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x00; //IC1F=0000 ，无滤波器
  	TIM_ICInit(TIM5, &TIM5_ICInitStructure);
	
	//中断优先级配置
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM5_IRQn;  
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;  
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;  
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; 
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  
	
	TIM_ITConfig(TIM5,TIM_IT_Update|TIM_IT_CC1,ENABLE);//打开更新中断和捕获中断
	
   	TIM_Cmd(TIM5,ENABLE ); 	//使能定时器5
   
}

#define START          0X01
#define WAIT_RISING    0X02
#define WAIT_FALLING   0X03

	    				
u16	TIM5CH1_CAPTURE_VAL;	//输入捕获值
u32 a[500] = {0};           //存放电平宽度
u32 i = 0; //数组下标
u8 overflow = 0;    //记录定时器更新中断的次数
u8 state = START;

//定时器5中断服务程序
void TIM5_IRQHandler(void)
{ 

	if(i<500)
	{	  
		if (TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_Update) != RESET)
		{	    
			++overflow;
		}
		
		if (TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_CC1) != RESET)//捕获事件
		{	
			if(state == START)		//初始状态				
			{	
				overflow = 0;
				TIM_SetCounter(TIM5,0);
				state = WAIT_FALLING;
				TIM_OC1PolarityConfig(TIM5,TIM_ICPolarity_Falling);		//设置为下降沿捕获
			}	
			else if(state == WAIT_RISING)    //等待上升沿
			{
				TIM5CH1_CAPTURE_VAL = TIM_GetCapture1(TIM5);
				a[i++] = TIM5CH1_CAPTURE_VAL + overflow*65536;
				
				overflow = 0;
				TIM_SetCounter(TIM5,0);
				state = WAIT_FALLING;
				TIM_OC1PolarityConfig(TIM5,TIM_ICPolarity_Falling); //设置为下降沿捕获
				
			}
			else // wait falling
			{
				TIM5CH1_CAPTURE_VAL = TIM_GetCapture1(TIM5);
				a[i++] = TIM5CH1_CAPTURE_VAL + overflow*65536;
				
				overflow = 0;
				TIM_SetCounter(TIM5,0);
				state = WAIT_RISING;
				TIM_OC1PolarityConfig(TIM5,TIM_ICPolarity_Rising); //设置为上升沿捕获
				
			}
		}			     	    					   
 	}
 
    TIM_ClearITPendingBit(TIM5, TIM_IT_CC1|TIM_IT_Update); //清除中断
}

int main(void)
{			
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);	 //中断优先级分组
	
	TIM3_PWM_Init(999,71); // 72/(71+1)=1MHz, T=1us*(999+1) = 1ms  
    TIM_SetCompare2(TIM3,650);  
	
	TIM5_Cap_Init(0XFFFF,71);	//以1MHz频率计数
  	while(1)
	{
		;
	}
}

4.实验结果

1) 仿真图

PWM 高电平= 350us, 低电平=650us

2) 得出的数组

高电平：347us, 低电平 647us

结论：实验OK