代码收藏家技术教程 2023-09-20

深入理解STM32定时器输入捕获功能

上一章讲了输出比较的内容，输出比较就是定时器自增，同时和CCR比较，按照自己设置的比较要求，输出REF高低电平，这一章我们讲下面结构图输出比较左边部分，也就是输入捕获

首先，介绍一下输入捕获

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的值就将被锁存到CCR中，可用于测量PWM波形的频率，占空比，脉冲间隔，电平持续时间参数等

每个高级定时器和通用定时器都拥有4个输入捕获通道，因为和输出比较共用一个通道，所以一个通道只能执行输入捕获或者输出比较

输入捕获可配置为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

简单来说，输入捕获就是用来测量引脚输入的PWM信号的频率占空比等参数，既然说到了测量的部分，那就简单了解一下频率测量的相关知识，还有就是对于STM32来说,只能测量数字信号,如果要测量正弦波的话,还需要搭建一个信号处理电路

这里给了一个方波信号，左边频率高，越往右，频率越低

1:测频法: 给一个闸门时间，对上升沿计次（当然下降沿也可以，为了方便，我统一用上升沿），得到的上升沿次数，讲一下它的上升沿计数工作流程，计数器不断自增，每来一个上升沿，计数器就把计数的值锁存在CCR里,并且用主从模式设置计数复位,又从0开始计数,每计一个上升沿就是一个周期,一般闸门时间选一秒,一秒有多少个上升沿,频率就算出来了

2：测周法，捕获信号的两个上升沿，然后测量一下这两个上升沿中间持续的时间就行了，实际上，我们没有一个精度无穷大的秒表来测量时间，那么我们就用一个已知标准频率Fc的记次时钟来驱动计数器，计数从一个上升沿开始，计数器从0一直到下一个上升沿结束，记一个标准频率的时间是Fc的倒数，就是1/Fc，记N个，就是N/Fc，时间是N/Fc，那么频率fx就是N/Fc的倒数，所以fx=Fc/N

那么这两个方法有什么区别呢，什么时候用测频，什么时候用测周呢

图上能看出来，一般信号频率高的时候，就可以用测频法，频率低的就用测周法

那么多高算高，多低算低呢，就取一个中界频率，高于中界频率，用测周法，低于中界频率，用测频法，中界频率怎么算呢，中界频率就是误差相等的点，误差是由记次N产生的，那么如果有一个地方，也就是测频法和测周法的记次N相同，那就是中界频率了嘛，N相同那就好办了，联立测频和测周的公式，N相同，解出fx，就是根号下T分之Fc了

接下来，我们了解一下输入捕获的结构框图

首先从通有四个通道，对应不同的引脚，那ch1通道来举例，引脚进来的信号，经过滤波器，滤去毛刺信号，选择边沿检测，也就是上升沿或者下降沿，当然这个滤波器和边沿检测器有两块功能相同的模块，主要是因为，通道1和通道2可以交叉输入，通道1可以输出到通道2，通道2也可以输出到通道一，这样同一个信号就能同时测频率和占空比，然后经过分频器，再到捕获电路，每来一个触发信号，CNT就向CCR转运一次，这样就能测频率了，如果要测占空比的话，那么用一个引脚，选择两个通道，一个通道测上升沿，一个通道测下降沿，就能算占空比了

接下来讲讲主从触发模式，如何触发硬件自动化的操作，写代码能用到

主从触发模式，就是主模式，从模式，触发源选择这三个功能的简称，主模式可以将定时器内部的信号映射到TRGO引脚，用于触发别的外设，这部分叫主模式，从模式就是接收其他外设的一些信号，用于控制自身定时器的运行，简单来说，就是被别的信号控制，所以这部分叫从模式，触发源选择就是，选择从模式的触发源，也可以认为是从模式的一部分

工作流程就是，定时器主模式输出更新信号到TRGO，从模式选择接收信号源选择，执行从模式操作

最后，来过一下输入捕获的流程图

首先配置时基单元，CNT计数器不断自增，计数器计数标准频率为，如果是内部时钟，那就是Fc=72M/PSC，接着引脚接收信号，滤波器滤掉杂波，经过边沿检测和极性选择，选择TI1FP1为上升沿触发，分频器可以根据自己的要求对接收到方波进行分频，然后每来一个上升沿信号，CNT就锁存到CCR1里，当然如果要复位CNT的话，还可以设置主从触发模式，触发源选择TI1FP1为触发源，从模式为RESET，这样计数器锁存一次，接着还触发了主从触发模式，CNT也复位，从0计数，这样就能根据计数的结果，算出接收到方波信号频率了。

如果还要对一个信号测量频率和占空比等，就可以对一个信号，经过两个通道，每个通道干自己分配的事情就行了，流程图大致是这样

这样，通道1的信号还能输入到通道2，通道1和上一张图的流程一样，计算频率，通道2的TI1FP2就选择下降沿触发，通道1为上升沿触发算频率，通道2为下降沿触发，算占空比

那么占空比具体怎么算的呢

上升沿来的时候，CNT开始清零计数，当下降沿来的时候，CCR2捕获CNT的值，CCR2不设置主从触发模式，单纯就干锁存CNT到CCR2里面这件事，所以，CCR2里面就是高电平的计数值，接着，下一个上升沿来，CCR1才捕获CNT，CCR1设置了主从触发模式，自动清零CNT，这样CCR2就是高电平的计数值，CCR1就是整个周期的计数值，CCR2/CCR1不就是高电平的占空比了嘛。

当然补充一句关于通道的选择，ch1通道和ch2通道可以交叉输入哈，从结构图里可以看出，通道1可以输入到通道2，通道2可以输入到通道一，也可以通道1同时输入到通道1和通道2，通道2也可以同时输入到通道2和通道1，可以方便灵活切换哈

最后来简单过一下输入捕获的代码，接收引脚的选择有要求的哈，不是随便哪个引脚都能当输入捕获使用，具体可以看手册