STM32学习笔记7-TIM输入捕获模式

发布于：2025-08-12 ⋅ 阅读:(18) ⋅ 点赞:(0)

第三部分是定时器的输入捕获功能和主从触发模式，来实现测量方波频率

输入捕获和输出比较是相互共用的，对应的四个引脚也是同理，但是不能同时使用

输入捕获

IC（Input Capture）输入捕获

输入捕获模式下，当通道输入引脚出现指定电平跳变时，当前CNT的值将被锁存（写入）到CCR中，可用于测量PWM波形的频率、占空比、脉冲间隔、电平持续时间等参数

每个高级定时器和通用定时器都拥有4个输入捕获通道，没有区别

可配置为PWMI模式（PWM输入模式），同时测量频率和占空比

可配合主从触发模式，实现硬件全自动测量

频率测量

默认是数字信号，越往左频率越低，默认为上边沿；若要测量一个正弦波。需要搭建一个信号预处理电路，把正弦波转换为数字信号，再输入到STM32上；如果测量的信号电压非常高，则需要考虑隔离的问题（隔离问题指如何处理高电压信号与低压控制电路（如STM32）之间的电气连接）

正弦波：正弦波是一种连续的周期性波形，其电压（或电流）随时间按正弦函数规律变化，作模拟信号中的基准信号

方波：高电平波形通常指数字信号中的方波（Square Wave）或脉冲波（Pulse Wave），其特征是电压在高电平（如 5V）和低电平（如 0V）之间瞬时切换。

  • 测频法(图左边)：在闸门时间T内，对上升沿计次，得到N，则频率，

                                                        fx=N / T

此方法适合于频率较多的时候，结果更新慢，但是稳定，相当于自带一个滤波

  • 测周法(图右边)：两个上升沿内，以标准频率fc计次，得到N ，则频率

                                                    fx=fc / N

此方法适合于频率较少的时候，因为只测量一个周期，所以结果更新快，但是会受到噪音等影响

  • 中界频率：测频法与测周法误差相等的频率点

                                                    fm=fc / T

测频法与测周法误差——正负1误差：指的是如果满足了计次N，但是波形并没有走，还留有，那会进行舍弃(-1)或者补全(+1)的操作。所以要使N的数大一点，误差就小。

中界频率来决定频率大小，从而合理的使用测频法还是测周法

电路实现测周法：

        以四个引脚，通过引脚定义表来确认引脚的复用位置； 异或门：当三个输入引脚的任何一个有电平翻转，输出引脚则产生一个电平翻转，之后通过数据选择器，到达输入通道（如果选择了上面的通道，则会用三个引脚的异或值；如果选择下面的，则没有异或门。设计异或门：是为了三相无刷电机服务的），进入通道：输入滤波器对信号进行滤波，边沿检测器：选择高电平触发或者低电平触发；在通道里选择不同的滤波通道(一般有2个) ，形成交叉连接（1.可灵活切换后续的输入；2.(主要)可以把一个引脚的输入，同时映射到两个捕获单元，属于PWMI模式），之后就进入预分频器进行分频，分频后的触发信号，就可以触发捕获电路的工作，每来一个信号，CNT的值就向CCR转运一次。转运的同时，会发生一个捕获事件，此事件会在状态寄存器置标志位，同时也可以产生中断，在这里捕获之后会自动完成CNT的清零工作（通过以下图中的TI1FP1和TI1F_ED信号通过从模式中。从模式有能力自动进行清零）如果需要在捕获的瞬间处理事情的话，就可以开启捕获中断。

输入捕获通道

引脚进来，输入TI1经过一个滤波器，fDITS是滤波器的采样时钟来源，下面CCMR1寄存器里的ICF位可以控制滤波器的参数，这个滤波器原理：通过多个高电平后，才产生为高电平，若是一会高一会低，则产生一道稳定的电平，滤波后的信号为TI1F，通过边沿检测器进行=捕获上升沿或下降沿，用CC1P位选择极性，最终得到TI1FP1触发信号，通过数据选择器进入后续的捕获电路（有两个这样的电路通道）

主从触发模式：

分为：主模式、从模式和触发源选择

主模式：可以将定时器的内部信号映射到TRGO引脚，用于触发别的外设

从模式：接受其他外设或自身外设的信号，用于控制自身定时器的的运行，会被别的信号控制

触发源选择：选择从模式的触发信号源的，也可以理解是从模式的一个部分

TI1FP1信号通过TRGI选择Reset，这样就可以是CNT自动清零

输入捕获基本结构

PWMI基本结构

接线图

6-6 输入捕获模式测频率

目前是初始化了TIM2通道的1，产生了一个PWM的波形；通过单数调节CCR的值从而控制占空比，但是目前的PWM的频率是初始化中固定了的，所以需要单独调节PWM的频率=72MHz/(PSC+!)/(ARR+1)，由于占空比=CCR/(ARR+1)，改ARR会变两个，所以改PSC最合适。

  1. 开启RCC时钟，把GPIO和TIM的时钟打开
  2. GPIO初始化，设置成输入模式
  3. 配置时基单元，让CNT计数器在内部时钟的驱动下自增运行
  4. 配置输入捕获单元
  5. 选择从模式的触发源，触发源选择为TI1FP1
  6. 选择触发之后执行的操作，Reset操作
  7. 调用TIM_Cmd函数，开启定时器

void TIM_PrescalerConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t Prescaler, uint16_t TIM_PSCReloadMode);//配置PSC参数

void TIM_ICInit(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_ICInitTypeDef* TIM_ICInitStruct); 配置初始化输入单元的函数，只能一个通道一个通道的配置

void TIM_PWMIConfig(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_ICInitTypeDef* TIM_ICInitStruct); 初始化输入单元，可以快速配置两个通道，会自动把剩下的一个通道初始化为相反的配置，只支持通道1和2

void TIM_ICStructInit(TIM_ICInitTypeDef* TIM_ICInitStruct);  可以给捕获结构体赋一个初始值

void TIM_SelectInputTrigger(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_InputTriggerSource); 选择输入触发源TRGI，选择从模式的触发源的操作

void TIM_SelectOutputTrigger(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_TRGOSource); 选择输出触发源TRGO，选择主模式的触发源

void TIM_SelectSlaveMode(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_SlaveMode); 选择从模式

//以下四个分别配置1，2，3，4分频器

void TIM_SetIC1Prescaler(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_ICPSC);

void TIM_SetIC2Prescaler(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_ICPSC);

void TIM_SetIC3Prescaler(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_ICPSC);

void TIM_SetIC4Prescaler(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_ICPSC);

//分别读取四个通道的CCR，与之前的SetCompare函数对应

uint16_t TIM_GetCapture1(TIM_TypeDef* TIMx);

uint16_t TIM_GetCapture2(TIM_TypeDef* TIMx);

uint16_t TIM_GetCapture3(TIM_TypeDef* TIMx);

uint16_t TIM_GetCapture4(TIM_TypeDef* TIMx);

main.c
#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "PWM.h"
#include "IC.h"
int main(void){
	OLED_Init();

	PWM_Init();
	IC_Init();
	//创建新的模块，来捕获输入
	
	OLED_ShowString(1,1,"Freq:00000Hz");
		PWM_SetPSC(720-1); //目前频率是1kHz
	PWM_set(50); //目前占空比是50%
	while(1){
		OLED_ShowNum(1,6,IC_GetFreq(),5);
	}
}
IC.c
#include "stm32f10x.h"                  // Device header

/**
  * 函    数：输入捕获初始化
  * 参    数：无
  * 返 回 值：无
  */
void IC_Init(void)
{
	/*开启时钟*/
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);			//开启TIM3的时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);			//开启GPIOA的时钟
	
	/*GPIO初始化*/
	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);							//将PA6引脚初始化为上拉输入
	
	/*配置时钟源*/
	TIM_InternalClockConfig(TIM3);		//选择TIM3为内部时钟，若不调用此函数，TIM默认也为内部时钟
	
	/*时基单元初始化*/
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;				//定义结构体变量
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;     //时钟分频，选择不分频，此参数用于配置滤波器时钟，不影响时基单元功能
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //计数器模式，选择向上计数
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 65536 - 1;               //计数周期，即ARR的值
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1;               //预分频器，即PSC的值
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;            //重复计数器，高级定时器才会用到
	TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseInitStructure);             //将结构体变量交给TIM_TimeBaseInit，配置TIM3的时基单元
	
	/*输入捕获初始化*/
	TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;							//定义结构体变量
	TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1;				//选择配置定时器通道1
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0xF;							//输入滤波器参数，可以过滤信号抖动
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;		//极性，选择为上升沿触发捕获
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;			//捕获预分频，选择不分频，每次信号都触发捕获
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;	//输入信号交叉，选择直通，不交叉
	TIM_ICInit(TIM3, &TIM_ICInitStructure);							//将结构体变量交给TIM_ICInit，配置TIM3的输入捕获通道
	
	/*选择触发源及从模式*/
	TIM_SelectInputTrigger(TIM3, TIM_TS_TI1FP1);					//触发源选择TI1FP1
	TIM_SelectSlaveMode(TIM3, TIM_SlaveMode_Reset);					//从模式选择复位
																	//即TI1产生上升沿时，会触发CNT归零
	
	/*TIM使能*/
	TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);			//使能TIM3，定时器开始运行
}

/**
  * 函    数：获取输入捕获的频率
  * 参    数：无
  * 返 回 值：捕获得到的频率
  */
uint32_t IC_GetFreq(void)
{
	return 1000000 / (TIM_GetCapture1(TIM3) + 1);		//测周法得到频率fx = fc / N，这里不执行+1的操作也可
}

6-7 PWMI模式测频率占空比

main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "PWM.h"
#include "IC.h"
int main(void){
	OLED_Init();

	PWM_Init();
	IC_Init();
	//创建新的模块，来捕获输入
	
	OLED_ShowString(1,1,"Freq:00000Hz");
		OLED_ShowString(2,1,"Duty:00%");
		PWM_SetPSC(720-1); //目前频率是1kHz
	PWM_set(50); //目前占空比是50%
	while(1){
		OLED_ShowNum(1,6,IC_GetFreq(),5);
		OLED_ShowNum(2,6,IC_GetDuty(),3);
	}
}

IC.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

/**
  * 函    数：输入捕获初始化
  * 参    数：无
  * 返 回 值：无
  */
void IC_Init(void)
{
	/*开启时钟*/
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);			//开启TIM3的时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);			//开启GPIOA的时钟
	
	/*GPIO初始化*/
	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);							//将PA6引脚初始化为上拉输入
	
	/*配置时钟源*/
	TIM_InternalClockConfig(TIM3);		//选择TIM3为内部时钟，若不调用此函数，TIM默认也为内部时钟
	
	/*时基单元初始化*/
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;				//定义结构体变量
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;     //时钟分频，选择不分频，此参数用于配置滤波器时钟，不影响时基单元功能
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //计数器模式，选择向上计数
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 65536 - 1;               //计数周期，即ARR的值
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1;               //预分频器，即PSC的值
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;            //重复计数器，高级定时器才会用到
	TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseInitStructure);             //将结构体变量交给TIM_TimeBaseInit，配置TIM3的时基单元
	
	/*输入捕获初始化	升级为一个引脚对2个通道:1.是分出两个结构体变量；2.使用函数TIM_PWMIConfig*/
	TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;							//定义结构体变量
	TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1;				//选择配置定时器通道1
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0xF;							//输入滤波器参数，可以过滤信号抖动
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;		//极性，选择为上升沿触发捕获
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;			//捕获预分频，选择不分频，每次信号都触发捕获
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;	//输入信号交叉，选择直通，不交叉
	TIM_ICInit(TIM3, &TIM_ICInitStructure);							//将结构体变量交给TIM_ICInit，配置TIM3的输入捕获通道
	
//	TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_2;				//选择配置定时器通道1
//	TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0xF;							//输入滤波器参数，可以过滤信号抖动
//	TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Falling;		//极性，选择为上升沿触发捕获
//	TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;			//捕获预分频，选择不分频，每次信号都触发捕获
//	TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_IndirectTI;	//输入信号交叉，选择直通，不交叉
//	TIM_ICInit(TIM3, &TIM_ICInitStructure);							//将结构体变量交给TIM_ICInit，配置TIM3的输入捕获通道
	TIM_PWMIConfig(TIM3,&TIM_ICInitStructure);
	/*选择触发源及从模式*/
	TIM_SelectInputTrigger(TIM3, TIM_TS_TI1FP1);					//触发源选择TI1FP1
	TIM_SelectSlaveMode(TIM3, TIM_SlaveMode_Reset);					//从模式选择复位
																	//即TI1产生上升沿时，会触发CNT归零
	
	/*TIM使能*/
	TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);			//使能TIM3，定时器开始运行
}

/**
  * 函    数：获取输入捕获的频率
  * 参    数：无
  * 返 回 值：捕获得到的频率
  */
uint32_t IC_GetFreq(void)
{
	return 1000000 / (TIM_GetCapture1(TIM3) + 1);		//测周法得到频率fx = fc / N，这里不执行+1的操作也可
}
//获取占空比
uint32_t IC_GetDuty(void){
	//高电平的计数存在CCR2里，整个周期的计数在CCR2里
	return TIM_GetCapture2(TIM3)+1 *100/TIM_GetCapture1(TIM3)+1; 
}

网站公告

今日签到

点亮在社区的每一天
去签到

热门文章

最新发布