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STM32 TIM输入捕获功能详解

文章目录

  • 一、TIM输入捕获
  • 输入捕获简介
  • 频率测量
  • 二、通用定时器的输入捕获通道
  • 通用定时器框图
  • 通道的输出部分
  • 三、主从触发模式
  • 主模式
  • 从模式
  • 四、输入捕获基本结构
  • 五、PWMI基本结构
  • 六、输入捕获模式测频率
  • 电路设计
  • 关键代码
  • 七、PWMI模式测频率占空比
  • 电路设计
  • 关键代码
  • 八、定时器库函数（tim.h）

    • 一、TIM输入捕获

    输入捕获简介

  • 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的值将被锁存到CCR中，可用于测量PWM波形的频率、占空比、脉冲间隔（频率）、电平持续时间（占空比）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
  • 可配置为PWMI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
  • 对于同一个定时器，由于其通道引脚是共用的，输入捕获和输出比较只能使用其中一个
  • 输入捕获的功能和外部中断类似，但是在外部中断中，引脚出现指定电平跳变的时候是向CPU申请中断，而输入捕获是将CNT锁存在CCR中，而不是进行比较

    • 频率测量

  • 测频法：在闸门时间T内【一般是1s】，对上升沿计次【一个上升沿就是一个周期】，得到N，则频率【适合高频】

  • 测周法（利用周期的倒数是频率）：两个上升沿内，以标准频率fc计次【通过已知频率求】，得到N ，则频率【适合低频】

  • 中界频率：测频法与测周法误差相等的频率点【设N相同求解】，大于中界频率选测频法，小于中界频率选测周法。因为N越大，+1/1误差对频率的影响越小

    • 二、通用定时器的输入捕获通道

    通用定时器框图

  • CH1/2/3三个引脚接到异或门，只要有一个引脚电平翻转就触发一次电平翻转。该设计是为三相无刷电机服务，三个霍尔传感器检测转子的位置
  • TI1左边是数据选择器，可以选择是异或通道输出还是各个通道各自输出
  • 输入滤波器和边沿检测器：有两套滤波和边沿检测，分别输出TI1FP1和TI2FP2
  • IC1和IC2旁边的数据选择器负责交换连接：1. 灵活切换后续输入捕获电路的输入。2. 一个引脚的输入映射到两个捕获单元，也就是PWMI模式，两个通道同时对一个引脚捕获，测量占空比和频率
  • 预分频器：每来一个上升沿，将CNT存在CCR中，用于计数计时（内部时钟源可以计算时间）同时还可以触发捕获中断

    • 通道的输出部分

  • 从TI1F_ED通道或TI1FP1通道到从模式：有硬件电路可以自动完成CNT清零，
  • IC1PS通道：手动完成CNT清零

    • IC1F寄存器：

  • 滤波器：采样频率越低，采样个数N越大，滤波效果越好

    • 三、主从触发模式

    主模式

  • 将定时器内部信号映射到TRGO引脚
  • 接收其他外设信号或自身外设的信号，用于控制自身定时器的运行
  • 主模式选择

    • 从模式

  • 如图所示，通道3和4没有触发源可以选择，但可以通过触发捕获中断，在中断函数中手动清零CNT，容易消耗软件资源，不断进入中断

  • 触发源选择

  • 从模式选择

  • TIM输入捕获采用从模式：触发源选择TI1FP1，从模式中选择Reset

    TIM_SelectInputTrigger(TIM3, TIM_TS_TI1FP1);//选择输入触发源TRGI
TIM_SelectSlaveMode(TIM3, TIM_SlaveMode_Reset);//选择从模式

    • 四、输入捕获基本结构

  • 从模式只有通道1和通道2，通道3和4只能通过在捕获中断函数里面清除CNT的值

  • 采用测周法，需要知道标准频率fc和计次N，fc就等于CNT的驱动时钟即预分频的值

  • 每次捕获完成都需要将CNT的值清零，可以用主从触发模式完成

    • 设置为输入捕获通道需要配置成浮空输入

    五、PWMI基本结构

  • CCR2捕获并不会触发CNT清零，此时高电平的计数值存放在CCR2里面

  • CCR2/CCR1=占空比

  • 函数

    TIM_PWMIConfig(TIM3, &TIM_ICInitStructure);//该函数只需要传入一个通道即可，会默认将另一个通道取反配置

    • 六、输入捕获模式测频率

    电路设计

  • PA0通过输出比较电路输出PWM波，PA6为输入捕获通道

    • 关键代码

    IC.c

    #include "stm32f10x.h"                  // Device header

void IC_Init(void)
{
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
	
	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);
	
	TIM_InternalClockConfig(TIM3);
	
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 65536 - 1;		//ARR，设定数值大防止溢出
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1;		//PSC，计数器自增频率=fc=72MHZ/（PSC+1）
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
	TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseInitStructure);
	
	TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;
	TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1;//输入捕获通道
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0xF;//滤波器
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;//极性选择
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;//预分频
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;//直连还是交叉连接
	TIM_ICInit(TIM3, &TIM_ICInitStructure);
	
	TIM_SelectInputTrigger(TIM3, TIM_TS_TI1FP1);//主模式触发源
	TIM_SelectSlaveMode(TIM3, TIM_SlaveMode_Reset);//从模式配置为RESET
	
	TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);
}

uint32_t IC_GetFreq(void)
{
	return 1000000 / (TIM_GetCapture1(TIM3) + 1);
	//TIM_GetCapture1/2/3/4()获取输入捕获模式下CCR寄存器的值
}
  • 由于输出比较通道使用TIM2，而捕获/比较寄存器是不能共用的，所以输入捕获通道采用TIM3

    • PWM.c

    #include "stm32f10x.h"                  // Device header

void PWM_Init(void)
{
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
	
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;		//GPIO_Pin_15;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	
	TIM_InternalClockConfig(TIM2);
	
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 100 - 1;		//ARR
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 720 - 1;		//PSC
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
	TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure);
	
	TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
	TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStructure);
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
	TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
	TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;		//CCR
	TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);
	
	TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}
//调节PWM占空比，当ARR为100-1时，CCR就是占空比
void PWM_SetCompare1(uint16_t Compare)
{
	TIM_SetCompare1(TIM2, Compare);
}
//调节PWM频率，由于频率收到ARR和PSC影响，修改ARR还会影响到占空比，此处只修改PSC的值
void PWM_SetPrescaler(uint16_t Prescaler)
{
	TIM_PrescalerConfig(TIM2, Prescaler, TIM_PSCReloadMode_Immediate);
	//第三个参数指定预分频器的重装模式：可以选立即生效和更新事件后生效
}

    main.c

    修改预分频，观察输入捕获测量的频率

    #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();
	
	OLED_ShowString(1, 1, "Freq:00000Hz");
	
	PWM_SetPrescaler(720 - 1);			//Freq = 72M / (PSC + 1) / 100
	PWM_SetCompare1(50);				//Duty = CCR / 100
	
	while (1)
	{
		OLED_ShowNum(1, 6, IC_GetFreq(), 5);
	}
}

    七、PWMI模式测频率占空比

    电路设计

  • PA0通过输出比较电路输出PWM波，PA6为输入捕获通道

    • 关键代码

    IC.c

    #include "stm32f10x.h"                  // Device header

void IC_Init(void)
{
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
	
	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);
	
	TIM_InternalClockConfig(TIM3);
	
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 65536 - 1;		//ARR
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1;		//PSC
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
	TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseInitStructure);
	
	TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;
	TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1;
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0xF;
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;
	TIM_PWMIConfig(TIM3, &TIM_ICInitStructure);//快速配置两个通道

	TIM_SelectInputTrigger(TIM3, TIM_TS_TI1FP1);
	TIM_SelectSlaveMode(TIM3, TIM_SlaveMode_Reset);
	
	TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);
}

uint32_t IC_GetFreq(void)
{
	return 1000000 / (TIM_GetCapture1(TIM3) + 1);
}
//获取占空比=CCR2/CCR1
uint32_t IC_GetDuty(void)
{
	return (TIM_GetCapture2(TIM3) + 1) * 100 / (TIM_GetCapture1(TIM3) + 1);
}

    八、定时器库函数（tim.h）

    void TIM_ICInit(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_ICInitTypeDef* TIM_ICInitStruct);//输入捕获通道初始化，四个通道占用一个函数，在结构体中可以选定通道
void TIM_PWMIConfig(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_ICInitTypeDef* TIM_ICInitStruct);//快速配置两个通道，用于PWMI模式
void TIM_ICStructInit(TIM_ICInitTypeDef* TIM_ICInitStruct);//结构体初始化
void TIM_SelectInputTrigger(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_InputTriggerSource);//选择输入触发源TRGI
void TIM_SelectOutputTrigger(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_TRGOSource);//选择输出触发源TRGO
void TIM_SelectSlaveMode(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_SlaveMode);//选择从模式
//分别配置通道的分频器
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);
void TIM_SetClockDivision(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_CKD);
//分别读取四个通道的CCR值
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);

    参考视频：江科大自化协

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