stm32定时器输入捕获

  系统滴答定时器一般用来提供“心跳”作用,而STM32定时器最基本功能也是定时,可以设置不同时间长度的定时。定时器除了最基本的定时功能外,定时器与GPIO有挂钩使得它可以发挥强大的作用,比如可以输出不同频率、不同占空比的方波信号、PWM信号,同时做为输入捕获功能时,可以测量脉冲宽度、实现电容按键检测等等。

  一、输入捕获概念

  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,简单的说就是通过检测 TIMx_CHx (定时器X的通道X)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)里面,完成一次捕获。同时还可以配置捕获时是否触发中断/DMA 等。

  本文使用 TIM2_CH1 来捕获高电平脉宽,也就是要先设置输入捕获为上升沿检测,记录发生上升沿的时候 TIM2_CNT 的值。然后配置捕获信号为下降沿捕获,当下降沿到来时,发生捕获,并记录此时的 TIM2_CNT 值。这样,前后两次 TIM2_CNT 之差,就是高电平的脉宽,同时 TIM2 的计数频率我们是知道的,从而可以计算出高电平脉宽的准确时间。

  至于为什么TIM2_CH1来测量WK_UP的脉宽。。看图:

stm32定时器输入捕获

  显然,TIM_CH1是连在PA0上的。

  二、输入捕获流程:

  例如,要配置向上计数器在T12输入端的上升沿计数,使用下列步骤:

  1、配置TIMx_CCMR1寄存器CC2S=’01’,配置通道2检测TI2输入的上升沿

  2、配置TIMx_CCMR1寄存器的IC2F[3:0],选择输入滤波器带宽(如果不需要滤波器,保持 IC2F=0000即无滤波器,以fDTS 采样)

  3、配置TIMx_CCER寄存器的CC2P=’0’,选定上升沿极性

  4、 配置TIMx_SMCR寄存器的SMS=’111’,选择定时器外部时钟模式1

  5、 配置TIMx_SMCR寄存器中的TS=’110’,选定TI2作为触发输入

  6、 设置TIMx_CR1寄存器的CEN=’1’,启动计数器

  当上升沿出现在TI2,计数器计数一次,且TIF标志被设置。 在TI2的上升沿和计数器实际时钟之间的延时,取决于在TI2输入端的重新同步电路。

stm32定时器输入捕获

  三、输入捕获程序设计步骤:

  1)开启 TIM5 时钟和 GPIOA 时钟,配置 PA0 为下拉输入。

  要使用 TIM5,我们必须先开启 TIM5 的时钟。这里我们还要配置 PA0 为下拉输入,因为 我们要捕获 TIM5_CH1 上面的高电平脉宽,而 TIM5_CH1 是连接在 PA0 上面的。所以要进行GPIO_Init();

  2)初始化 TIM5,设置 TIM5 的 ARR 和 PSC。

  在开启了 TIM5 的时钟之后,我们要设置 ARR 和 PSC 两个寄存器的值来设置输入捕获的自动重装载值和计数频率。这在库函数中是通过 TIM_TimeBaseInit 函数实现的

  TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;

  TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设定计数器自动重装值

  TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //设置预分频值

  TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //TDTS = Tck_tim

  TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;//TIM 向上计数模式

  TIM_TimeBaseInit(TIM5, &TIM_TimeBaseStructure); //根据指定的参数初始化 Tim5

  3)设置 TIM5 的输入比较参数,开启输入捕获

  输入比较参数的设置包括映射关系,滤波,分频以及捕获方式等。这里我们需要设置通道 1 为输入模式,且 IC1 映射到 TI1(通道 1)上面,并且不使用滤波(提高响应速度)器,上升沿捕 获。库函数是通过 TIM_ICInit 函数来初始化输入比较参数的:

  void TIM_ICInit(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_ICInitTypeDef* TIM_ICInitStruct);

  同样,我们来看看参数设置结构体 TIM_ICInitTypeDef 的定义:

  typedef struct

  {

  uint16_t TIM_Channel;  //用来设置通道

  uint16_t TIM_ICPolarity;  //用来设置输入信号的有效捕获极性

  uint16_t TIM_ICSelection;    //

  uint16_t TIM_ICPrescaler;

  uint16_t TIM_ICFilter;

  } TIM_ICInitTypeDef;

  参数 TIM_Channel 很好理解,用来设置通道。我们设置为通道 1,为 TIM_Channel_1。

  参数 TIM_ICPolarit 是用来设置输入信号的有效捕获极性,这里我们设置为 TIM_ICPolarity_Rising,上升沿捕获。

  同时库函数还提供了单独设置通道 1 捕获极性的函数为:

  TIM_OC1PolarityConfig(TIM5,TIM_ICPolarity_Falling);

  这表示通道 1 为上升沿捕获,我们后面会用到,同时对于其他三个通道也有一个类似的函数, 使用的时候一定要分清楚使用的是哪个通道该调用哪个函数,格式为 TIM_OCxPolarityConfig()。 参数 TIM_ICSelection 是用来设置映射关系,我们配置 IC1 直接映射在 TI1 上,选择 TIM_ICSelection_DirectTI。

  参数 TIM_ICPrescaler 用来设置输入捕获分频系数,我们这里不分频,所以选中 TIM_ICPSC_DIV1,还有 2,4,8 分频可选。

  参数 TIM_ICFilter 设置滤波器长度,这里我们不使用滤波器,所以设置为 0。 配置代码是:

  TIM_ICInitTypeDef TIM5_ICInitStructure;

  TIM5_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1; //选择输入端 IC1 映射到

  TI1 上 TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising; //上升沿捕获

  TIM5_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI; //映射到

  TI1 上 TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1; //配置输入分频,不分频

  TIM5_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x00;//IC1F=0000 配置输入滤波器 不滤波

  TIM_ICInit(TIM5, &TIM5_ICInitStructure);

  4)使能捕获和更新中断(设置 TIM5 的 DIER 寄存器)

  因为我们要捕获的是高电平信号的脉宽,所以,第一次捕获是上升沿,第二次捕获时下降沿,必须在捕获上升沿之后,设置捕获边沿为下降沿,同时,如果脉宽比较长,那么定时器就

  会溢出,对溢出必须做处理,否则结果就不准了。这两件事,我们都在中断里面做,所以必须

  开启捕获中断和更新中断。

  这里我们使用定时器的开中断函数 TIM_ITConfig 即可使能捕获和更新中断: 允许更新中断和捕获中断

  TIM_ITConfig(TIM5,TIM_IT_Update|TIM_IT_CC1,ENABLE);

  5)设置中断分组,编写中断服务函数

  设置中断分组的方法我们不做讲解,主要是通过函数 NVIC_Init()来完成。分组完成后,我们还需要在中断函数里面完成数据处理和捕获设置等关键操作,从而实现高电平脉宽统计。在中断服务函数里面,跟以前的外部中断和定时器中断实验中一样,我们在 中断开始的时候要进行中断类型判断,在中断结束的时候要清除中断标志位。使用到的函数在 上面的实验已经讲解过,分别为 TIM_GetITStatus()函数和 TIM_ClearITPendingBit()函数。

  6)使能定时器(设置 TIM5 的 CR1 寄存器)

  最后,必须打开定时器的计数器开关, 启动 TIM5 的计数器,开始输入捕获。 使能定时器 6 步设置,定时器 5 的通道 1 就可以开始输入捕获了。

  TIM_Cmd(TIM5,ENABLE);

  本实验用到的硬件资源有:

  1) 指示灯 DS0

  2) WK_UP 按键

  3) 串口

  4) 定时器 TIM3

  5) 定时器 TIM5

  我们将捕获 TIM5_CH1(PA0)上的高电平脉宽,通过 WK_UP 按键输入高电平,并从串口打印高电平脉宽。同时我们保留上节的 PWM 输 出,通过用杜邦线连接 PB5 和 PA0,来测量 PWM 输出的高电平脉宽。

timer.h 文件:

stm32定时器输入捕获

timer.c 文件:

stm32定时器输入捕获
stm32定时器输入捕获
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main.c文件:

stm32定时器输入捕获
stm32定时器输入捕获

  TIM5_IRQHandler 是 TIM5 的中断服务函数,该函数用到了两个全局变量,用于辅助实现 高电平捕获。其中 TIM5CH1_CAPTURE_STA,是用来记录捕获状态,该变量类似我们在 usart.c 里面自行定义的 USART_RX_STA 寄存器(其实就是个变量,只是我们把它当成一个寄存器那样 来使用)。另外一个变量 TIM5CH1_CAPTURE_VAL,则用来记录捕获到下降沿的时候,TIM5_CNT的值。

  现在我们来介绍一下,捕获高电平脉宽的思路:首先,设置 TIM5_CH1 捕获上升沿,这在TIM5_Cap_Init 函数执行的时候就设置好了,然后等待上升沿中断到来,当捕获到上升沿中断, 此时如果 TIM5CH1_CAPTURE_STA 的第 6 位为 0,则表示还没有捕获到新的上升沿,就先把 TIM5CH1_CAPTURE_STA、TIM5CH1_CAPTURE_VAL 和 TIM5-》CNT 等清零,然后再设置TIM5CH1_CAPTURE_STA 的第 6 位为 1,标记捕获到高电平,最后设置为下降沿捕获,等待 下降沿到来。如果等待下降沿到来期间,定时器发生了溢出,就在 TIM5CH1_CAPTURE_STA 里面对溢出次数进行计数,当最大溢出次数来到的时候,就强制标记捕获完成(虽然此时还没 有捕获到下降沿)。当下降沿到来的时候,先设置 TIM5CH1_CAPTURE_STA 的第 7 位为 1,标 记成功捕获一次高电平,然后读取此时的定时器值到 TIM5CH1_CAPTURE_VAL 里面,最后设置为上升沿捕获,回到初始状态。这样,我们就完成一次高电平捕获了,只要 TIM5CH1_CAPTURE_STA 的第 7 位一直为 1,那么就不会进行第二次捕获,我们在 main 函数处理完捕获数据后,将 TIM5CH1_CAPTURE_STA 置零,就可以开启第二次捕获。

  将程序下载,连接窗口,波特率设置为9600,当给PA0脉冲信号时,即可通过串口显示其脉冲宽度,同时也可以将PB5连接至PA0,即可以测试输出的PWM的宽度。

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发布日期:2019年07月14日  所属分类:物联网