STM32 输入捕获模式详解：PWM 输入捕获与 PWI 模式（续篇）

在前两篇文章中，我们探讨了 STM32 输入捕获的基础和 PWI 模式的工作原理，特别是定时器的两个通道如何协同工作以捕获 PWM 信号。本文将进一步结合 STM32 标准库函数中的 TIM_PWMIConfig()，来讲解如何通过库函数配置定时器实现 PWI 模式。

我们将分析该函数的工作流程，讲解它是如何通过不同通道的配置来捕获上升沿和下降沿信号，并计算 PWM 信号的频率和占空比。

1. TIM_PWMIConfig() 函数概述

TIM_PWMIConfig() 函数专门用于配置定时器的 PWI 模式，以捕获外部的 PWM 信号。该函数的核心功能是将定时器的两个输入通道（通常是 CH1 和 CH2）分别设置为捕获上升沿和下降沿信号，从而实现对 PWM 信号周期和占空比的测量。

该函数主要完成了以下任务：

1. 输入捕获极性设置：将一个通道（如 CH1）设置为检测上升沿，另一个通道（如 CH2）设置为检测下降沿。
2. 通道选择：为两个通道选择输入信号源，CH1 直接输入，CH2 选择间接输入。
3. 滤波和预分频器配置：设置输入信号的滤波和预分频参数。

2. TIM_PWMIConfig() 代码分析

void TIM_PWMIConfig(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_ICInitTypeDef* TIM_ICInitStruct)
{
  uint16_t icoppositepolarity = TIM_ICPolarity_Rising;
  uint16_t icoppositeselection = TIM_ICSelection_DirectTI;
  
  /* 检查参数有效性 */
  assert_param(IS_TIM_LIST6_PERIPH(TIMx));

  /* 配置与输入极性相反的通道极性 */
  if (TIM_ICInitStruct->TIM_ICPolarity == TIM_ICPolarity_Rising)
  {
    icoppositepolarity = TIM_ICPolarity_Falling;
  }
  else
  {
    icoppositepolarity = TIM_ICPolarity_Rising;
  }

  /* 配置与输入选择相反的通道选择 */
  if (TIM_ICInitStruct->TIM_ICSelection == TIM_ICSelection_DirectTI)
  {
    icoppositeselection = TIM_ICSelection_IndirectTI;
  }
  else
  {
    icoppositeselection = TIM_ICSelection_DirectTI;
  }

  if (TIM_ICInitStruct->TIM_Channel == TIM_Channel_1)
  {
    /* 配置TI1为上升沿捕获 */
    TI1_Config(TIMx, TIM_ICInitStruct->TIM_ICPolarity, TIM_ICInitStruct->TIM_ICSelection,
               TIM_ICInitStruct->TIM_ICFilter);
    
    /* 设置捕获预分频值 */
    TIM_SetIC1Prescaler(TIMx, TIM_ICInitStruct->TIM_ICPrescaler);
    
    /* 配置TI2为下降沿捕获 */
    TI2_Config(TIMx, icoppositepolarity, icoppositeselection, TIM_ICInitStruct->TIM_ICFilter);
    
    /* 设置捕获预分频值 */
    TIM_SetIC2Prescaler(TIMx, TIM_ICInitStruct->TIM_ICPrescaler);
  }
  else
  {
    /* 配置TI2为上升沿捕获 */
    TI2_Config(TIMx, TIM_ICInitStruct->TIM_ICPolarity, TIM_ICInitStruct->TIM_ICSelection,
               TIM_ICInitStruct->TIM_ICFilter);
    
    /* 设置捕获预分频值 */
    TIM_SetIC2Prescaler(TIMx, TIM_ICInitStruct->TIM_ICPrescaler);
    
    /* 配置TI1为下降沿捕获 */
    TI1_Config(TIMx, icoppositepolarity, icoppositeselection, TIM_ICInitStruct->TIM_ICFilter);
    
    /* 设置捕获预分频值 */
    TIM_SetIC1Prescaler(TIMx, TIM_ICInitStruct->TIM_ICPrescaler);
  }
}

3. 工作原理解析

3.1 上升沿与下降沿的捕获

在 PWI 模式中，TIM_PWMIConfig() 函数的核心任务是通过对两个通道的极性配置实现 PWM 信号的输入捕获。以 TIM3 为例：

• CH1 捕获上升沿：在函数中，CH1 配置为检测 PWM 信号的上升沿，捕获此时的计数器值。
• CH2 捕获下降沿：CH2 配置为捕获下降沿，从而获取信号的低电平时长。

该函数通过以下逻辑处理：

• 根据通道设置判断 CH1 捕获上升沿，CH2 捕获下降沿。
• 如果配置为上升沿捕获，CH1 的输入极性为 TIM_ICPolarity_Rising，而 CH2 则配置为相反的极性 TIM_ICPolarity_Falling。
• 两个通道同时捕获相同的输入信号，通过 CH1 和 CH2 捕获到的不同时间点，计算出信号的周期和占空比。

3.2 通道选择

函数中不仅配置了通道的极性，还通过 TIM_ICSelection_DirectTI 和 TIM_ICSelection_IndirectTI 配置输入源：

• DirectTI（直接输入）：对应的 TIx 信号源直接连接到输入捕获通道。
• IndirectTI（间接输入）：另一个通道的输入信号作为该通道的捕获源。这在 PWI 模式中用于确保同一个引脚可以同时捕获上升沿和下降沿信号。

3.3 输入信号滤波和预分频

TIM_ICInitStruct->TIM_ICFilter 用于配置输入信号的滤波，确保抖动或噪声较大的信号不会误触发输入捕获事件。而 TIM_ICInitStruct->TIM_ICPrescaler 则用于调整输入信号的分频率，适用于需要对信号频率进行压缩测量的情况。

4. 基于标准库的完整 PWI 模式代码

void IC_Init(void)
{
    // 使能GPIOA和TIM3时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);

    // 配置PA6为输入模式
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;  // 上拉输入
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;      // PA6引脚
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    // 配置TIM3基本参数
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructre;
    TIM_TimeBaseInitStructre.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
    TIM_TimeBaseInitStructre.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInitStructre.TIM_Period = 65536 - 1;      // 自动重装载值 (ARR)
    TIM_TimeBaseInitStructre.TIM_Prescaler = 72 - 1;      // 预分频值 (PSC)
    TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseInitStructre);

    // 配置PWM输入捕获
    TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;
    TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1;                      // 通道1
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;           // 上升沿
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;       // 直接输入
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;                 // 输入不分频
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0xf;                               // 滤波
    TIM_PWMIConfig(TIM3, &TIM_ICInitStructure);

    // 配置从模式为复位模式
    TIM_SelectInputTrigger(TIM3, TIM_TS_TI1FP1);  // 选择TI1作为触发输入
    TIM_SelectSlaveMode(TIM3, TIM_SlaveMode_Reset);  // 从模式为复位模式

    // 启动定时器
    TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);
}

uint32_t IC_GetFreq(void)
{
    return 1000000 / (TIM_GetCapture1(TIM3) + 1);  // 单位为Hz
}

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

5. 小结

通过对TIM_PWMIConfig()函数的分析，我们进一步理解了如何通过 STM32 的标准库函数实现对外部 PWM 信号的捕获和测量。这不仅为开发者提供了更灵活的输入捕获配置方式，也让我们看到了 STM32 定时器的强大功能。你在实际使用输入捕获功能时，遇到过哪些挑战？分享你的解决方法吧！