STM32定时器输入捕获

2023-11-13

STM32定时器输入捕获

用STM32F429做定时器捕获PWM波形，测出波形的周期、频率以及占空比、正向脉宽。

基本原理

定时器的输入捕获主要是为了测量输入信号的频率，脉宽，占空比等信息。

需要理解stm32定时器的基本结构

主要理解这些框起来的是重点，都是本人自己的理解，才疏学浅，万一有理解错的还望指正。

至于上半部分的时钟没有太难理解的。下面的通道理解上才比较复杂。

首先一个通用定时器有4个输入通道4个通道，这些通道可以空着也可以复用到对应的GPIO上去，

/*
 	可以输出到GPIO的TIM通道:

	TIM1_CH1, PA8,	PE9,
	TIM1_CH2, PA9,	PE11
	TIM1_CH3, PA10,	PE13
	TIM1_CH4, PA11,	PE14

	TIM2_CH1, PA15 (仅限429，439) 407没有此脚
	TIM2_CH2, PA1,	PB3
	TIM2_CH3, PA2,	PB10
	TIM2_CH4, PA3,	PB11

	TIM3_CH1, PA6,  PB4, PC6
	TIM3_CH2, PA7,	PB5, PC7
	TIM3_CH3, PB0,	PC8
	TIM3_CH4, PB1,	PC9

	TIM4_CH1, PB6,  PD12
	TIM4_CH2, PB7,	PD13
	TIM4_CH3, PB8,	PD14
	TIM4_CH4, PB9,	PD15

	TIM5_CH1, PA0,  PH10
	TIM5_CH2, PA1,	PH11
	TIM5_CH3, PA2,	PH12
	TIM5_CH4, PA3,	PI10

	TIM8_CH1, PC6,  PI5
	TIM8_CH2, PC7,	PI6
	TIM8_CH3, PC8,	PI7
	TIM8_CH4, PC9,	PI2

	TIM9_CH1, PA2,  PE5
	TIM9_CH2, PA3,	PE6

	TIM10_CH1, PB8,  PF6

	TIM11_CH1, PB9,  PF7

	TIM12_CH1, PB14,  PH6
	TIM12_CH2, PB15,  PH9

	TIM13_CH1, PA6,  PF8
	TIM14_CH1, PA7,  PF9

但是一个通道只能配置成一种模式，比如配置成输出模式，就不能配置成输入模式，虽然一个通道有好几个GPIO可以设置，但是设置完一个其他就不能在设置在这个通道了。

因为要捕获输入的信号，所以设置为输入模式，关键看上图左侧的通道关系

TI1到TI4表示4个输入通道，但是输入通道并不是和定时器的通道直接连起来的，经过了输入滤波器和边沿检测器之后，一个输入通道就分成了两个，可以分别送到两个定时器通道去，比如TI1FP1，TI1FP2，这都是第一个输入通道分出来的，可以分别送给IC1和IC2，IC的意思就是输入通道，这样在后边定时器的捕获通道就可以一个捕获上升沿，一个捕获下降沿，这样就可以把一路PWM的频率和占空比都测出来了。

再接下来还有重要的问题是每个定时器的时钟速度。

可以在时钟树上看到APB1和APB2上的定时器的时钟速度是不一样的。

	APB1 定时器有 TIM2, TIM3 ,TIM4, TIM5, TIM6, TIM7, TIM12, TIM13, TIM14 
	APB2 定时器有 TIM1, TIM8 ,TIM9, TIM10, TIM11
	

	APB1 定时器的输入时钟 TIMxCLK = SystemCoreClock / 2; 90M
	APB2 定时器的输入时钟 TIMxCLK = SystemCoreClock; 180M

因此在配置定时器的分频系数，和最后计算信号频率时要注意使用到的定时器的频率。

输入捕获计算信号的频率和占空比的原理是：

假设计数器的计数方向是向上，定时器会按照分频之后的速度，一直向上累加，当遇到设置好的边沿时，就会把当前计数的值存下来，通过读取这个值就可以知道在什么时刻检测到了边沿，通过不同边沿时刻的差值，就可以计算出频率等信息。

代码

使用Cubemx生成代码

这个定时器配置来检测PWM信号。

前两个选项slave mode用来配置TI1FP1触发，而且触发之后的结果是reset，为什么要这么设置，关键是后边代码实现的原理，这么设置的意思是，当TI1FP1触发之后，整个计数器重置，从0开始数，如果前边不设置这么滤波器、分频器的话，TI1FP1就是第一路的输入信号，比如设置为搞电平触发之后，一旦来了高电平，之前全部复位开始计时，这就好比是PWM信号的高电平来了，全部重置，然后第1个定时器通道开始计时，直到遇到下一个上升沿的时候才会记录下数值，而第二路定时器通道也同时开始计时，直到遇到下降沿才记录数值。不难发现，第一路记录的数值就是整个周期的数值，而第二个通道记录的数值是上升沿到下降沿之间的数值，就是PWM正向脉宽的数值，这样就得出了想要的结果，所以要设置成这种模式。

下面两个选项是定时器的两个通道的选择，回到结构框图去看，通道一的输入可以有两个选择，TI1FP1和TI2FP1，那选择第一个就是直连，选择第二个就是非直连，第二路的选择也是同样的道理。硬件配置为通道1的GPIO，所以直接选择通道1直连，通道2非直连。

接下来的配置都比较明白，在下方的参数选择中，一个上升沿触发，一个下降沿触发。

下面主要涉及到3个函数：

TIM_HandleTypeDef htim3;
__IO uint16_t IC2Value = 0;
__IO uint16_t IC1Value = 0;
__IO float DutyCycle = 0;
__IO float Frequency = 0;



void bsp_SetPWMCapture()
{
	  /* USER CODE BEGIN TIM3_Init 0 */

  /* USER CODE END TIM3_Init 0 */

  TIM_ClockConfigTypeDef sClockSourceConfig = {0};
  TIM_SlaveConfigTypeDef sSlaveConfig = {0};
  TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0};
  TIM_IC_InitTypeDef sConfigIC = {0};
/* 
上面是3个句柄结构体

 */
  /* USER CODE BEGIN TIM3_Init 1 */

  /* USER CODE END TIM3_Init 1 */
  htim3.Instance = TIM3;
  htim3.Init.Prescaler = 90-1;
  htim3.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
  htim3.Init.Period = 65535;
  htim3.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
  htim3.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE;
  /* 
上面主要设置了一些分频系数

 */
  if (HAL_TIM_Base_Init(&htim3) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
  }
  sClockSourceConfig.ClockSource = TIM_CLOCKSOURCE_INTERNAL;
  if (HAL_TIM_ConfigClockSource(&htim3, &sClockSourceConfig) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
  }
  if (HAL_TIM_IC_Init(&htim3) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
  }
  sSlaveConfig.SlaveMode = TIM_SLAVEMODE_RESET;
  sSlaveConfig.InputTrigger = TIM_TS_TI1FP1;
  sSlaveConfig.TriggerPolarity = TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_RISING;
  sSlaveConfig.TriggerFilter = 0;
  /* 
上面设置的是从模式，比如设置为复位模式，TI1FP1上升沿触发

 */
  if (HAL_TIM_SlaveConfigSynchro(&htim3, &sSlaveConfig) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
  }
  sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_RESET;
  sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;
/* 
上面这里对于输入捕获来说没有用到

 */
  if (HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim3, &sMasterConfig) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
  }
  sConfigIC.ICPolarity = TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_RISING;
  sConfigIC.ICSelection = TIM_ICSELECTION_DIRECTTI;
  sConfigIC.ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;
  sConfigIC.ICFilter = 0;
  /* 
上面是通道1的配置参数

 */
  if (HAL_TIM_IC_ConfigChannel(&htim3, &sConfigIC, TIM_CHANNEL_1) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
  }
  sConfigIC.ICPolarity = TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_FALLING;
  sConfigIC.ICSelection = TIM_ICSELECTION_INDIRECTTI;
/* 
上面是通道2的配置参数

 */
  if (HAL_TIM_IC_ConfigChannel(&htim3, &sConfigIC, TIM_CHANNEL_2) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
  }
  /* USER CODE BEGIN TIM3_Init 2 */
	HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim3,TIM_CHANNEL_1);
	HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim3,TIM_CHANNEL_2);
	/* 
上面是使能两个通道的输入捕获中断，cubemx是不会自动生成这两句的，需要自己手动添加

 */
  /* USER CODE END TIM3_Init 2 */

}
/* 
HAL_TIM_Base_MspInit是HAL库的一个弱定义函数，在这里定义之后就会按照这个定义为准
HAL_TIM_Base_Init会调用这个函数，用来初始化GPIO和中断的参数。
 */
void HAL_TIM_Base_MspInit(TIM_HandleTypeDef* tim_baseHandle)
{

  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
  if(tim_baseHandle->Instance==TIM1)
  {
  
  }
  else if(tim_baseHandle->Instance==TIM2)
  {

  }
  else if(tim_baseHandle->Instance==TIM3)
  {
  /* USER CODE BEGIN TIM3_MspInit 0 */

  /* USER CODE END TIM3_MspInit 0 */
    /* TIM3 clock enable */
    __HAL_RCC_TIM3_CLK_ENABLE();

    __HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();
    /**TIM3 GPIO Configuration
    PC6     ------> TIM3_CH1
    */
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_6;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF2_TIM3;
    HAL_GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);

    /* TIM3 interrupt Init */
    HAL_NVIC_SetPriority(TIM3_IRQn, 0, 0);
    HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM3_IRQn);
  /* USER CODE BEGIN TIM3_MspInit 1 */

  /* USER CODE END TIM3_MspInit 1 */
  }

}
/*
//__HAL_TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(__HANDLE__, __CHANNEL__, __POLARITY__)可以设置指定定时器和通道的输入触发沿
接下来就是中断服务函数，如果产生了输入捕获中断就会在HAL库的中断服务函数中调用这个回调函数，可以在下面实现自己的代码
*/

void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
	if(TIM3 == htim->Instance)
	{
		if (htim->Channel == HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_1)
		{
			/* 获取输入捕获值 */
			IC1Value = HAL_TIM_ReadCapturedValue(&htim3,TIM_CHANNEL_1);
			IC2Value = HAL_TIM_ReadCapturedValue(&htim3,TIM_CHANNEL_2);	
			if (IC1Value != 0)
			{
				/* 占空比计算 */
				DutyCycle = (float)((IC2Value+1) * 100) / (IC1Value+1);

				/* 频率计算 */
				Frequency = 90000000/90/(float)(IC1Value+1);
				
			}
			else
			{
				DutyCycle = 0;
				Frequency = 0;
			}

		}
	}
}

另外还需要定义一个大的中断服务函数。

void TIM3_IRQHandler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN TIM3_IRQn 0 */

  /* USER CODE END TIM3_IRQn 0 */
  HAL_TIM_IRQHandler(&htim3);//在这个函数中会回调上面自定义的服务函数
  /* USER CODE BEGIN TIM3_IRQn 1 */

  /* USER CODE END TIM3_IRQn 1 */
}

至此配置完成，在主函数中做好初始化，在生成PWM波之后，把输出引脚和输入引脚相连，即可得到波形的数据。

首先设置了一个2k频率，占空比30的PWM波，以下为实验结果：

Snipaste_2022-03-05_19-41-57

DS0006

和示波器测得的数据完全一致。

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