代码收藏家 STM32输入捕获技术详解
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、电平持续时间等参数
输入捕获和输出比较的区别：
输入捕获:
• 接收到输入信号执行CNT锁存到CCR的动作
输出比较:
• 根据CNT和CCR的大小关系来执行输出动作
• 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
频率测量：
测频法：
•测频法适合测量高频信号，在闸门时间内，最好要多出现一些上升沿，计次数量多一些，有助减少误差。
•测频法结果更新较慢，数值相对稳定
实现思路：
• 之前的对射式红外传感器计次计次，每来一个上升沿计次1，再用有一个定时器，每隔1s中断，再中断中，每隔1s取一次计次值，同时清0计次，为下一次做准备，这样每次读取的计次值就是频率
• 定时器外部时钟也同理，每隔1s取一次计次，就能实现
正负一误差：
在闸门时间内，并不是每个周期信号都是完整的，比如在最后时间里，可能有一个周期刚出现一半，闸门时间就到了，但这只有半个周期，只能把它舍弃或当做一整个周期来看，这样就会多计一个或少计一个
测周法：
• 测周法适合测量低频信号，低频信号，周期比较长，计次比较多，有助减少误差
• 测周法结果更新的快，数值跳变也很快
实现思路：
测量两个上升沿的时间
正负一误差：
标准频率fc频率计次，在最后时刻，有可能一个数记到一半，计时就结束了，那这半个数也只能舍弃或按一整个数算了
中界频率：
• 正负一误差是上面两种方式都固有误差，要想减少正负一误差的影响，就只能尽量多计一些数(N)，当计次N比较大时。正负一误差对N的影响就会很小。所以总结就是N越大，正负一误差对我们的影响越少，那当有一个频率，测频法和测周法计次的N相同，就说明误差相同，这就是中界频率。
• 当待测频率大于中界频率时，适用测频法，当待测频率小于中界频率时，适用测周法。
主从触发模式：
基本结构：
输入捕获基本结构：
• 只使用一个通道，只能测频率。
• 时基单元：把时机单元配置好，启动定时器，CNT就会在标准时钟频率的驱动下不断自增。（标准时钟频率=72M/预分频系数）
• 输入捕获通道：输入捕获通道1的GPIO口，输入一个方波信号，经过滤波器和边沿检测，选择TIFP1为上升沿触发，之后选择直连的通道，分频器选择不分频，从模式触发源选择，选中TI1FP1为触发信号，从模式选择复位操作，这样TI1FP1的上升沿，就会触发CNT的清零操作
• 执行： TI1FP1出现上升沿后，将CNT的当前计数值转运到CCR1中，再触发从模式给CNT清零，或者是非阻塞的同时转移，然后进行下一轮的捕获。
• 只要读取CCR1中的值，再fc/N就可以得到频率
• 频率过低，CNT（最大65535）可能会溢出
• 从模式只能在输入捕获通道1和输入捕获通道2使用，对于通道3和通道4，只能在中断中清零。
PWMI基本结构：
• 使用两个通道，能测频率和占空比。
• 时基单元：把时机单元配置好，启动定时器，CNT就会在标准时钟频率的驱动下不断自增。（标准时钟频率=72M/预分频系数）
• 输入捕获通道1：输入捕获通道1的GPIO口，输入一个方波信号，经过滤波器和边沿检测，选择TIFP1为上升沿触发，之后选择直连的通道，分频器选择不分频，从模式触发源选择，选中TI1FP1为触发信号，从模式选择复位操作，这样TI1FP1的上升沿，就会触发CNT的清零操作
• 输入捕获通道2：选择TIFP2为下升沿触发，通过交叉通道，触发通道2的捕获单元
• 执行： 在上升沿，将CNT的当前计数值转运到CCR1中，再触发从模式给CNT清零，或者是非阻塞的同时转移，在下降沿，将CNT的当前计数值转运到CCR2中，然后进行下一轮的捕获。
• 只要读取CCR1中的值，再fc/N就可以得到频率
•读取CCR1和CCR2中的值，再CCR2/CCR1就可以得到占空比
代码实现：
信号源：
pwm初始化：
• PWM 频率： Freq = CK_PSC / (PSC + 1) / (ARR + 1)
• PWM 占空比： Duty = CCR / (ARR + 1)
• PWM 分辨率： Reso = 1 / (ARR + 1)
CK_PSC为72M，PSC为预分频器，ARR为自动重装器，CCR为捕获/比较器
改变PSC和ARR都可以调节频率，但改变ARR调节频率会影响到占空比，所以选择PSC调节频率
void PWM_Init()
{
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2,ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0;
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);
TIM_InternalClockConfig(TIM2);
TIM_TimeBaseInitTypeDef PWM_Init;
PWM_Init.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;
PWM_Init.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;
PWM_Init.TIM_Period=100 - 1;
PWM_Init.TIM_Prescaler=720-1;
PWM_Init.TIM_RepetitionCounter=0;
TIM_TimeBaseInit(TIM2,&PWM_Init);
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStruct;
TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStruct);
TIM_OCInitStruct.TIM_OCMode=TIM_OCMode_PWM1;
TIM_OCInitStruct.TIM_OCNPolarity=TIM_OCPolarity_High;
TIM_OCInitStruct.TIM_OutputState=TIM_OutputState_Enable;
TIM_OCInitStruct.TIM_Pulse=0;
TIM_OC1Init(TIM2,&TIM_OCInitStruct);
TIM_Cmd(TIM2,ENABLE);
}
pwm占空比：
void PWM_SetComparel_1(uint16_t CCR)
{
TIM_SetCompare1(TIM2,a);
}
pwm频率：
void PWM_SetPrescaler(uint16_t PSC)
{
TIM_PrescalerConfig(TIM2, PSC, TIM_PSCReloadMode_Immediate); //设置PSC的值
}
pwm输出：
PWM_Init();
PWM_SetPrescaler(720-1);//Freq = 72M / (PSC + 1) / 100 //1000hz
PWM_SetComparel_1(50);//Duty = CCR / 100 //占空比为50%
输入捕获配置：
输入捕获配置的基本步骤：
第一步：RCC开启时钟,打开GPIO和TMI的时钟
第二步：GPIO初始化,配置成输入模式，一般选择上拉输入或者浮空输入模式
第三步：配置时基单元，让CNT计数器在内部时钟的驱动下自增运行
第四步：配置输入捕获单元，包括滤波器、级联、直联通道还是交叉通道、分频器等参数
第五步：选择从模式的触发源，触发源选择为TI1FP1
第六步：选择触发之后执行RESET操作
第七步：开启定时器
• 读取
第一步：
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE);//开启TIM3的RCC时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);//开启GPIOA的RCC时钟
第二步：
PIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU;
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_6;
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);//配置PA16为上拉输入模式
输入捕获引脚详见：这里
第三步：
TIM_InternalClockConfig(TIM3);//选择TIM3为内部时钟
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period=65536 - 1;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler=72 - 1;//标准频率=72M/72=1M
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter=0;
TIM_TimeBaseInit(TIM3,&TIM_TimeBaseInitStructure);
第四步：
初始化捕获单元：
初始化结构体：
• 初始化结构体原型：
typedef struct
{
uint16_t TIM_Channel; //指定要配置的通道
uint16_t TIM_ICPolarity; //选择极性
uint16_t TIM_ICSelection; //指定信号输入通道
uint16_t TIM_ICPrescaler; //触发信号分频器（注：此参数会改变信号的频率）
uint16_t TIM_ICFilter; //配置输入捕获的滤波器
} TIM_ICInitTypeDef;
初始化函数：
/*
TIMx:选择要配置哪个定时器的捕获单元，其中x可以是1 2 3 4 5 8 9 12或15。
TIM_ICInitStruct：指向TIM_ICInitTypeDef类型结构体的指针
*/
void TIM_ICInit(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_ICInitTypeDef* TIM_ICInitStruct)//配置指定定时器的指定输入捕获通道
void TIM_PWMIConfig(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_ICInitTypeDef* TIM_ICInitStruct)///此函数同时会把另一个通道配置为相反的配置（注：此函数只能配置输入捕获通道1或输入捕获通道2）
第五步：
/*
TIMx:选择要将哪个定时器配置为从模式，其中x可以是1 2 3 4 5 8 9 12或15。
TIM_InputTriggerSource：选择从模式的触发源
*/
void TIM_SelectInputTrigger(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_InputTriggerSource)
第六步：
/*
TIMx:指定一个从模式定时器
TIM_SlaveMode：指定要执行的操作
*/
void TIM_SelectSlaveMode(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_SlaveMode)
第七步：
TIM_Cmd(TIM3,ENABLE);
• 读取：
• 读取频率：
想要获取最新一个周期的频率时，直接读取CCR寄存器，然后按照fc除N计算即可（fc，标准频率=72M/预分频系数）
uint32_t IC_GetFreq(void)
{
return 1000000 / (TIM_GetCapture1(TIM3)+1);//标准频率1Mhz/N
}
• 读取占空比：
用CRR1的值（整个周期的时间）除以CCR2（周期中高电平的时间）
uint32_t IC_GetDuty(void)
{
return (TIM_GetCapture2(TIM3)+1)*100/(TIM_GetCapture1(TIM3)+1);
}
代码示例：
void IC_Init(void)
{
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE);//开启TIM3的RCC时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);//开启GPIOA的RCC时钟
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU;
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_6;
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);//配置PA16为上拉输入模式
TIM_InternalClockConfig(TIM3);//选择TIM3为内部时钟
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period=65536 - 1;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler=72 - 1;//标准频率=72M/72=1M
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter=0;
TIM_TimeBaseInit(TIM3,&TIM_TimeBaseInitStructure);
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3的捕获通道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_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_Cmd(TIM3,ENABLE);//使能TIM3，定时器开始运行
}
uint32_t IC_GetFreq(void)
{
return 1000000 / (TIM_GetCapture1(TIM3)+1);
}
uint32_t IC_GetDuty(void)
{
return (TIM_GetCapture2(TIM3)+1)*100/(TIM_GetCapture1(TIM3)+1);
}
PWMI模式：
void IC_Init(void)
{
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE);//开启TIM3的RCC时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);//开启GPIOA的RCC时钟
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU;
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_6;
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);//配置PA16为上拉输入模式
TIM_InternalClockConfig(TIM3);//选择TIM3为内部时钟
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period=65536 - 1;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler=72 - 1;//标准频率=72M/72=1M
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter=0;
TIM_TimeBaseInit(TIM3,&TIM_TimeBaseInitStructure);
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3的捕获通道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_PWMIConfig(TIM3,&TIM_ICInitstructure);//将结构体变量交给TIM_PWMIConfig，配置TIM3的输入捕获通道
//此函数同时会把另一个通道配置为相反的配置，实现PWMI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_Cmd(TIM3,ENABLE);//使能TIM3，定时器开始运行
}
uint32_t IC_GetFreq(void)
{
return 1000000 / (TIM_GetCapture1(TIM3)+1);
}
uint32_t IC_GetDuty(void)
{
return (TIM_GetCapture2(TIM3)+1)*100/(TIM_GetCapture1(TIM3)+1);
}
测频率的性能：
• 测频率的范围：目前给标准频率1MHZ时，计数器最大只能到65535，所以测量的最低频率是1M/65535，大概是 15HZ，若频率再低，则溢出，此时可以增大预分屏，就可以使得标准频率更低
• 测量的最高频率没有上限，但是频率越大，误差越大。如果非要找一个频率上限，就是1MHZ，因为超过标准频 率，时误差非常大
• 如果要求误差等于1/1,000时，频率为上限，则这个上限就是1兆除1,000=1,000HZ
• 如果要求误差可以到1%,那频率上限就是1MHZ除100=10KHZ
• 如果想提高频率的上限，就要把PSC给降低一些，提高标准频率，上限制就会提高
若要更高的频率，则用测频法
