STM32——輸入捕獲實驗原理及配置步驟

時間  2019-11-20
標籤 stm32 stm 輸入 捕獲 實驗 原理 配置 步驟 简体版
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輸入捕獲實驗原理及配置步驟函數

1、輸入捕獲概念測試

　　STM32的輸入捕獲，簡單的說就是經過檢測 TIMx_CHx （定時器X的通道X）上的 邊沿信號，在邊沿信號發生跳變(好比上升沿/降低沿)的時候，將當前定時器的值(TIMx_CNT) 存放到對應的通道的捕獲/比較寄存器(TIMx_CCRx)裏面，完成一次捕獲。同時還能夠配置捕獲時是否觸發中斷/DMA 等。 ui

2、輸入捕獲流程：spa

 

例如，要配置向上計數器在T12輸入端的上升沿計數，使用下列步驟:設計

　　　一、配置TIMx_CCMR1寄存器CC2S=’01’，配置通道2檢測TI2輸入的上升沿code

　　　二、配置TIMx_CCMR1寄存器的IC2F[3:0]，選擇輸入濾波器帶寬(若是不須要濾波器，保持 IC2F=0000即無濾波器，以fDTS 採樣）blog

 　　  三、配置TIMx_CCER寄存器的CC2P=’0’，選定上升沿極性事件

         四、 配置TIMx_SMCR寄存器的SMS=’111’，選擇定時器外部時鐘模式1ip

         五、 配置TIMx_SMCR寄存器中的TS=’110’，選定TI2做爲觸發輸入資源

         六、 設置TIMx_CR1寄存器的CEN=’1’，啓動計數器

    當上升沿出如今TI2，計數器計數一次，且TIF標誌被設置。 在TI2的上升沿和計數器實際時鐘之間的延時，取決於在TI2輸入端的從新同步電路。 

 

2、輸入捕獲程序設計步驟：

1)開啓 TIM5 時鐘和 GPIOA 時鐘，配置 PA0 爲下拉輸入。

　　要使用 TIM5，咱們必須先開啓 TIM5 的時鐘。這裏咱們還要配置 PA0 爲下拉輸入，由於 咱們要捕獲 TIM5_CH1 上面的高電平脈寬，而 TIM5_CH1 是鏈接在 PA0 上面的。

因此要進行GPIO_Init();


2)初始化 TIM5,設置 TIM5 的 ARR 和 PSC。
　　在開啓了 TIM5 的時鐘以後，咱們要設置 ARR 和 PSC 兩個寄存器的值來設置輸入捕獲的

自動重裝載值和計數頻率。這在庫函數中是經過 TIM_TimeBaseInit 函數實現的

　　TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure; 

　　TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //設定計數器自動重裝值
　　TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //設置預分頻值
　　TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //TDTS = Tck_tim
　　TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;//TIM 向上計數模式
　　TIM_TimeBaseInit(TIM5, &TIM_TimeBaseStructure); //根據指定的參數初始化 Tim5 
 

3)設置 TIM5 的輸入比較參數，開啓輸入捕獲

　　輸入比較參數的設置包括映射關係，濾波,分頻以及捕獲方式等。這裏咱們須要設置通道 1 爲輸入模式，且 IC1 映射到 TI1(通道 1)上面，而且不使用濾波(提升響應速度)器，上升沿捕 獲。庫函數是經過 TIM_ICInit 函數來初始化輸入比較參數的:

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

　　一樣，咱們來看看參數設置結構體 TIM_ICInitTypeDef 的定義: 

typedef struct
{

 　 uint16_t TIM_Channel;　　//用來設置通道

　　uint16_t TIM_ICPolarity;　　//用來設置輸入信號的有效捕獲極性

　　uint16_t TIM_ICSelection;　　　　//

　　uint16_t TIM_ICPrescaler;

　　uint16_t TIM_ICFilter;

} TIM_ICInitTypeDef; 

參數 TIM_Channel 很好理解，用來設置通道。咱們設置爲通道 1，爲 TIM_Channel_1。
參數 TIM_ICPolarit 是用來設置輸入信號的有效捕獲極性，這裏咱們設置爲 TIM_ICPolarity_Rising，上升沿捕獲。

同時庫函數還提供了單獨設置通道 1 捕獲極性的函數爲:

　　TIM_OC1PolarityConfig(TIM5,TIM_ICPolarity_Falling);

這表示通道 1 爲上升沿捕獲，咱們後面會用到，同時對於其餘三個通道也有一個相似的函數， 使用的時候必定要分清楚使用的是哪一個通道該調用哪一個函數，格式爲 TIM_OCxPolarityConfig()。 參數 TIM_ICSelection 是用來設置映射關係，咱們配置 IC1 直接映射在 TI1 上，選擇 TIM_ICSelection_DirectTI。
參數 TIM_ICPrescaler 用來設置輸入捕獲分頻係數，咱們這裏不分頻，因此選中 TIM_ICPSC_DIV1,還有 2,4,8 分頻可選。
參數 TIM_ICFilter 設置濾波器長度，這裏咱們不使用濾波器，因此設置爲 0。 配置代碼是:

　　TIM_ICInitTypeDef TIM5_ICInitStructure;

　　TIM5_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1; //選擇輸入端 IC1 映射到
　　TI1 上 TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising; //上升沿捕獲
　　TIM5_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI; //映射到
　　TI1 上 TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1; //配置輸入分頻,不分頻
　　TIM5_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x00;//IC1F=0000 配置輸入濾波器 不濾波
　　TIM_ICInit(TIM5, &TIM5_ICInitStructure); 

 

4)使能捕獲和更新中斷(設置 TIM5 的 DIER 寄存器)

  由於咱們要捕獲的是高電平信號的脈寬，因此，第一次捕獲是上升沿，第二次捕獲時降低沿，必須在捕獲上升沿以後，設置捕獲邊沿爲降低沿，同時，若是脈寬比較長，那麼定時器就
會溢出，對溢出必須作處理，不然結果就不許了。這兩件事，咱們都在中斷裏面作，因此必須

開啓捕獲中斷和更新中斷。
這裏咱們使用定時器的開中斷函數 TIM_ITConfig 便可使能捕獲和更新中斷: 容許更新中斷和捕獲中斷 

　　TIM_ITConfig(TIM5,TIM_IT_Update|TIM_IT_CC1,ENABLE);

 

 

5)設置中斷分組，編寫中斷服務函數 設置中斷分組的方法前面屢次提到這裏咱們不作講解，主要是經過函數 NVIC_Init()來完

成。分組完成後，咱們還須要在中斷函數裏面完成數據處理和捕獲設置等關鍵操做，從而實現 高電平脈寬統計。在中斷服務函數裏面，跟之前的外部中斷和定時器中斷實驗中同樣，咱們在 中斷開始的時候要進行中斷類型判斷，在中斷結束的時候要清除中斷標誌位。使用到的函數在 上面的實驗已經講解過，分別爲 TIM_GetITStatus()函數和 TIM_ClearITPendingBit()函數。 

 

6)使能定時器(設置 TIM5 的 CR1 寄存器) 最後，必須打開定時器的計數器開關， 啓動 TIM5 的計數器，開始輸入捕獲。 使能定時器 6 步設置，定時器 5 的通道 1 就能夠開始輸入捕獲了。 

　　TIM_Cmd(TIM5,ENABLE);

 

 

本實驗用到的硬件資源有:

1) 指示燈 DS0
2) WK_UP 按鍵
3) 串口

4) 定時器 TIM3
5) 定時器 TIM5
咱們將捕獲 TIM5_CH1(PA0)上的高電平脈

寬，經過 WK_UP 按鍵輸入高電平，並從串口打印高電平脈寬。同時咱們保留上節的 PWM 輸 出，經過用杜邦線鏈接 PB5 和 PA0，來測量 PWM 輸出的高電平脈寬。

 

timer.h 文件：

 

#ifndef  __TIMER_H
#define  __TIMER_H
#include "sys.h"

void TIM3_PWM_Init(u16 arr,u16 psc);
void TIM5_CAP_Init(u16 arr,u16 psc);

#endif

 

timer.c 文件：

//通用定時器中斷初始化
//這裏時鐘選擇爲APB1的2倍，而APB1爲36M
//arr：自動重裝值。
//psc：時鐘預分頻數
//這裏使用的是定時器3!

void TIM3_Int_Init(u16 arr,u16 psc)
{
    TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE); //時鐘使能

    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //設置在下一個更新事件裝入活動的自動重裝載寄存器週期的值     計數到5000爲500ms
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //設置用來做爲TIMx時鐘頻率除數的預分頻值  10Khz的計數頻率  
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //設置時鐘分割:TDTS = Tck_tim
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上計數模式
    TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure); //根據TIM_TimeBaseInitStruct中指定的參數初始化TIMx的時間基數單位
 
    TIM_ITConfig(  //使能或者失能指定的TIM中斷
        TIM3, //TIM2
        TIM_IT_Update  |  //TIM 中斷源
        TIM_IT_Trigger,   //TIM 觸發中斷源 
        ENABLE  //使能
        );
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn;  //TIM3中斷
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;  //先佔優先級0級
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;  //從優先級3級
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道被使能
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  //根據NVIC_InitStruct中指定的參數初始化外設NVIC寄存器

    TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);  //使能TIMx外設
                             
}

void TIM3_IRQHandler(void)   //TIM3中斷
{
    if (TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) != RESET) //檢查指定的TIM中斷髮生與否:TIM 中斷源 
        {
        TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update  );  //清除TIMx的中斷待處理位:TIM 中斷源 
        LED1=!LED1;
        }
}




//PWM輸出初始化
//arr：自動重裝值
//psc：時鐘預分頻數

void TIM3_PWM_Init(u16 arr,u16 psc)
{  
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
    TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;
    

    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);
     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB  | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);  //使能GPIO外設和AFIO複用功能模塊時鐘使能
    
    GPIO_PinRemapConfig(GPIO_PartialRemap_TIM3, ENABLE); //Timer3部分重映射  TIM3_CH2->PB5                                                                            //用於TIM3的CH2輸出的PWM經過該LED顯示
 
   //設置該引腳爲複用輸出功能,輸出TIM3 CH2的PWM脈衝波形
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5; //TIM_CH2
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;  //複用推輓輸出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
    //GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_7,Bit_SET); // PA7上拉    

    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //設置在下一個更新事件裝入活動的自動重裝載寄存器週期的值     80K
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //設置用來做爲TIMx時鐘頻率除數的預分頻值  不分頻
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //設置時鐘分割:TDTS = Tck_tim
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上計數模式
    TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure); //根據TIM_TimeBaseInitStruct中指定的參數初始化TIMx的時間基數單位
    
     
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM2; //選擇定時器模式:TIM脈衝寬度調製模式2
    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //比較輸出使能
    TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0; //設置待裝入捕獲比較寄存器的脈衝值
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; //輸出極性:TIM輸出比較極性高
    TIM_OC2Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);  //根據TIM_OCInitStruct中指定的參數初始化外設TIMx
    TIM_OC2PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable);  //使能TIMx在CCR2上的預裝載寄存器
    
    TIM_ARRPreloadConfig(TIM3, ENABLE); //使能TIMx在ARR上的預裝載寄存器
    
 
    TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);  //使能TIMx外設
 

}

//定時器5通道1輸入捕獲配置

TIM_ICInitTypeDef  TIM5_ICInitStructure;

void TIM5_Cap_Init(u16 arr,u16 psc)
{     
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
  NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM5, ENABLE);    //使能TIM5時鐘
     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);  //使能GPIOA時鐘
    
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin  = GPIO_Pin_0;  //PA0 清除以前設置  
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD; //PA0 輸入  
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0);                         //PA0 下拉
    
    //初始化定時器5 TIM5     
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //設定計數器自動重裝值 
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc;     //預分頻器   
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //設置時鐘分割:TDTS = Tck_tim
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上計數模式
    TIM_TimeBaseInit(TIM5, &TIM_TimeBaseStructure); //根據TIM_TimeBaseInitStruct中指定的參數初始化TIMx的時間基數單位
  
    //初始化TIM5輸入捕獲參數
    TIM5_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1; //CC1S=01     選擇輸入端 IC1映射到TI1上
      TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;    //上升沿捕獲
      TIM5_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI; //映射到TI1上
      TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;     //配置輸入分頻,不分頻 
      TIM5_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x00;//IC1F=0000 配置輸入濾波器 不濾波
      TIM_ICInit(TIM5, &TIM5_ICInitStructure);
    
    //中斷分組初始化
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM5_IRQn;  //TIM3中斷
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;  //先佔優先級2級
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;  //從優先級0級
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道被使能
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  //根據NVIC_InitStruct中指定的參數初始化外設NVIC寄存器 
    
    TIM_ITConfig(TIM5,TIM_IT_Update|TIM_IT_CC1,ENABLE);//容許更新中斷 ,容許CC1IE捕獲中斷    
    
       TIM_Cmd(TIM5,ENABLE );     //使能定時器5
   


}

u8  TIM5CH1_CAPTURE_STA=0;    //輸入捕獲狀態（捕獲完成標誌位bit7）                        
u16    TIM5CH1_CAPTURE_VAL;    //輸入捕獲值
 
//定時器5中斷服務程序     
void TIM5_IRQHandler(void)
{ 

     if((TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X80)==0)//還未成功捕獲    
    {      
        if (TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_Update) != RESET)
         
        {        
            if(TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X40)//已經捕獲到高電平了
            {
                if((TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X3F)==0X3F)//高電平太長了
                {
                    TIM5CH1_CAPTURE_STA|=0X80;//標記成功捕獲了一次
                    TIM5CH1_CAPTURE_VAL=0XFFFF;
                }else TIM5CH1_CAPTURE_STA++;
            }     
        }
    if (TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_CC1) != RESET)//捕獲1發生捕獲事件
        {    
            if(TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X40)        //捕獲到一個降低沿         
            {                  
                TIM5CH1_CAPTURE_STA|=0X80;        //標記成功捕獲到一次高電平脈寬
                TIM5CH1_CAPTURE_VAL=TIM_GetCapture1(TIM5);
                   TIM_OC1PolarityConfig(TIM5,TIM_ICPolarity_Rising); //CC1P=0 設置爲上升沿捕獲
            }else                                  //還未開始,第一次捕獲上升沿
            {
                TIM5CH1_CAPTURE_STA=0;            //清空
                TIM5CH1_CAPTURE_VAL=0;
                 TIM_SetCounter(TIM5,0);
                TIM5CH1_CAPTURE_STA|=0X40;        //標記捕獲到了上升沿
                   TIM_OC1PolarityConfig(TIM5,TIM_ICPolarity_Falling);        //CC1P=1 設置爲降低沿捕獲
            }            
        }                                                
     }
 
    TIM_ClearITPendingBit(TIM5, TIM_IT_CC1|TIM_IT_Update); //清除中斷標誌位
 
}

 

 main.c文件：

 

#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "key.h"
#include "sys.h"
#include "usart.h"
#include "timer.h"
extern u8  TIM5CH1_CAPTURE_STA;        //輸入捕獲狀態                            
extern u16    TIM5CH1_CAPTURE_VAL;    //輸入捕獲值    
 int main(void)
 {        
     u32 temp=0; 
    delay_init();             //延時函數初始化      
    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);     //設置NVIC中斷分組2:2位搶佔優先級，2位響應優先級
    uart_init(115200);     //串口初始化爲115200
     LED_Init();                 //LED端口初始化
 
     TIM3_PWM_Init(899,0);         //不分頻。PWM頻率=72000/(899+1)=80Khz
     TIM5_Cap_Init(0XFFFF,72-1);    //以1Mhz的頻率計數 
       while(1)
    {
         delay_ms(20);
        TIM_SetCompare2(TIM3,TIM_GetCapture2(TIM3)+1);

        if(TIM_GetCapture2(TIM3)==300)TIM_SetCompare2(TIM3,0);    
                  
         if(TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X80)//成功捕獲到了一次上升沿
        {
            temp=TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X3F;
            temp*=65536;//溢出時間總和
            temp+=TIM5CH1_CAPTURE_VAL;//獲得總的高電平時間
            printf("HIGH:%d us\r\n",temp);//打印總的高點平時間
            TIM5CH1_CAPTURE_STA=0;//開啓下一次捕獲
        }
    }
 }

 

TIM5_IRQHandler 是 TIM5 的中斷服務函數，該函數用到了兩個全局變量，用於輔助實現 高電平捕獲。其中 TIM5CH1_CAPTURE_STA，是用來記錄捕獲狀態，該變量相似咱們在 usart.c 裏面自行定義的 USART_RX_STA 寄存器(其實就是個變量，只是咱們把它當成一個寄存器那樣 來使用)。TIM5CH1_CAPTURE_STA 各位描述如表所示: 

另一個變量 TIM5CH1_CAPTURE_VAL，則用來記錄捕獲到降低沿的時候，TIM5_CNT的值。

如今咱們來介紹一下，捕獲高電平脈寬的思路:首先，設置 TIM5_CH1 捕獲上升沿，這在TIM5_Cap_Init 函數執行的時候就設置好了，而後等待上升沿中斷到來，當捕獲到上升沿中斷， 此時若是 TIM5CH1_CAPTURE_STA 的第 6 位爲 0，則表示尚未捕獲到新的上升沿，就先把 TIM5CH1_CAPTURE_STA、TIM5CH1_CAPTURE_VAL 和 TIM5->CNT 等清零，而後再設置

TIM5CH1_CAPTURE_STA 的第 6 位爲 1，標記捕獲到高電平，最後設置爲降低沿捕獲，等待 降低沿到來。若是等待降低沿到來期間，定時器發生了溢出，就在 TIM5CH1_CAPTURE_STA 裏面對溢出次數進行計數，當最大溢出次數來到的時候，就強制標記捕獲完成(雖然此時還沒 有捕獲到降低沿)。當降低沿到來的時候，先設置 TIM5CH1_CAPTURE_STA 的第 7 位爲 1，標 記成功捕獲一次高電平，而後讀取此時的定時器值到 TIM5CH1_CAPTURE_VAL 裏面，最後設置爲上升沿捕獲，回到初始狀態。這樣，咱們就完成一次高電平捕獲了，只要 TIM5CH1_CAPTURE_STA 的第 7 位一直爲 1，那麼就不會進行第二次捕獲，咱們在 main 函數處理完捕獲數據後，將 TIM5CH1_CAPTURE_STA 置零，就能夠開啓第二次捕獲。

　　將程序下載，鏈接窗口，波特率設置爲9600，當給PA0脈衝信號時，便可經過串口顯示其脈衝寬度，同時也能夠將PB5鏈接至PA0，便可以測試輸出的PWM的寬度。

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