STM32的TIM输入捕获和PWMI详解

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C语言术语和结构总结专栏

文章目录

1. IC输入捕获

2. 频率测量

3. 主模式、从模式、触发源选择

4. 输入捕获基本结构

5. PWMI模式

6. 代码示例

6.1 PWM.c

6.2 PWM.h

6.3 IC.c

6.4 IC.h

6.5 完整工程文件

输出比较可以看下面这篇文章：

STM32定时器的OC比较和PWM

1. IC输入捕获

输入捕获（Input Capture，简称IC）是微控制器中定时器功能之一，主要用于精确地捕获外部事件（如信号的边沿）发生的时刻。在STM32中，IC功能通过定时器来实现，可以对外部输入信号的上升沿或下降沿进行时间的捕获，通过读取捕获时定时器的计数器（CNT）的值，从而知道外部事件发生的确切时刻。并且当前CNT的值将被锁存到CCR中。

输入捕获功能有以下功能：

  • 测量两个事件之间的时间间隔。
  • 测量PWM波形的频率、占空比、脉冲间隔，电平持续时间等。
  • 测量外部信号的脉宽。

每个高级定时器和通用定时器都有4个输入捕获通道。可配置为PWMI模式（PWM输入模式），同时测量频率和占空比，也可以配合主从触发模式，实现硬件全自动测量。这两个模式的组合，可以实现全自动检测，不需要中断也不影响主程序，从而减轻CPU的负担。

注意因为输入捕获和输出比较使用的为同一个寄存器，所以输出捕获和输出比较只能使用一个，不能同时使用。

2. 频率测量

测频法（适合高频信号）：在闸门时间T内（通常为1s），对上升沿计次，得到N，则频率

fx = N / T  在单位时间内出现的脉冲数量越多，脉冲的频率就越高。

测周法（适合低频信号）：两个上升沿内持续的时间（因为周期的倒数就是频率），使用一个已知的标准频率fc的计次时钟来驱动计数器，从第一个上升沿到下一个上升沿，得到N ，则频率

fx = = fc / N   在给定的周期内，脉冲数量保持不变时，周期越长，每个脉冲的宽度就越宽。

中界频率：测频法与测周法误差相等的频率点

fm = √(fc  / T)   这个指标是用来描述在脉冲调制中，信号的中心频率位置。

3. 主模式、从模式、触发源选择

主模式可以将定时器内部的信号映射到TRGO引脚，用于触发其他的外设。

从模式可以接收其他外设或自身外设的信号，用于控制自身定时器的运行，也就是被其他的信号控制。

触发源选择是选择从模式的触发信号源，选择一个指定的信号，得到TRGI，通过TRGI去触发从模式。从模式可以在列表中选择一项操作来自动执行。例如：如果想让TI1FP1信号自动触发CNT清零，触发源选择TI1FP1，从模式选择Reset，实现硬件全自动。

主模式：

  • 复位 - 主输出TRGO不激活。
  • 使能 - 定时器计数器使能时TRGO被激活。
  • 更新 - 每当定时器更新事件发生时，比如计数器溢出时，TRGO被激活。
  • 比较匹配 - 比如当定时器的比较匹配事件发生时，如CCR1匹配时，TRGO被激活。
  • 比较 - OC1REF的比较匹配事件激活TRGO。
  • 比较 - OC4REF的比较匹配事件激活TRGO。

从模式：

  • 关闭从模式，定时器不受外部信号控制。
  • 编码器模式1，使用内部TRGI（定时器内部触发输入）作为时钟源，通常与编码器的输出相连，用于计数编码器的脉冲。
  • 编码器模式2，同上，但使用两个内部触发输入，允许同时检测方向和速度。
  • 编码器模式3，同上，但使用两个内部触发输入，允许同时检测方向和速度，并且可以检测到位置信息。
  • 复位模式，当TRGI发生时，定时器计数器会被复位。
  • 门控模式，TRGI信号作为启动和停止计数的使能信号。
  • 触发模式，定时器仅在TRGI信号发生时更新其寄存器，并开始计数。
  • 外部时钟模式1，使用TRGI作为定时器的时钟源。

4. 输入捕获基本结构

当配置好时基单元后，启动定时器，此时CNT就会在预分频器之后的时钟驱动下，不断自增。预分频器之后的时钟频率。就是驱动CNT的标准频率fc。

下面的GPIO输入方波信号，经过滤波器和边沿检测，选择TI1FP1为上升沿触发，之后输出选择直连的通道，分频器选择不分频。当TI1FP1出现上升沿之后，CNT（最大65535）的当前计数值会进入CCR1中。同时触发源选择。选择TI1FP1为触发信号，从模式选择复位模式，从而清零CNT。

5. PWMI模式

这部分前面和输入捕获一样，但后面使用了两个通道，可以同时测量周期和占空比，TI1FP2为下降沿触发。这样CCR1就是一整个周期的计数值，CCR2是高电平之间的计数值。此时用CCR2除以CCR1 就是占空比。

6. 代码示例

第一步：开始RCC时钟，打开将要使用的TIM外设时钟和GPIO外设时钟。

第二步：GPIO初始化，把GPIO配置为输入模式，一般为上拉输入或浮空输入模式。

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，PSC预分频器、CNT计数器和ARR自动重装载，也包括包括时钟源选择。

第四步：配置输入捕获单元，包括滤波器、极性、直连通道/交叉通道、分频器。

第五步：选择从模式的触发源（TI1FP1）

第六步：选择触发后执行的操作，这里执行Reset操作。

第七步：调用TIM_Cmd函数，开启定时器。

下面的代码实现功能为: 通过PWMI得到时钟频率和占空比。

6.1 PWM.c

要使用的库函数文件依然为：stm32f10x_tim.h，拖到最下面，在这里可以找到定时器TIM需要使用到的函数。

#include "stm32f10x.h" //PWM初始化
void PWM_Init(void)
{//开启时钟RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);			//开启TIM2的时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);			//开启GPIOA的时钟//GPIO重映射
//	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);			//开启AFIO的时钟，重映射必须先开启AFIO的时钟
//	GPIO_PinRemapConfig(GPIO_PartialRemap1_TIM2, ENABLE);			//将TIM2的引脚部分重映射，具体的映射方案需查看参考手册
//	GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable, ENABLE);		//将JTAG引脚失能，作为普通GPIO引脚使用//GPIO初始化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);							//将PA0引脚初始化为复用推挽输出	//受外设控制的引脚，均需要配置为复用模式		//配置时钟源TIM_InternalClockConfig(TIM2);		//选择TIM2为内部时钟，若不调用此函数，TIM默认也为内部时钟//时基单元初始化TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;				//定义结构体变量TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;     //时钟分频，选择不分频，此参数用于配置滤波器时钟，不影响时基单元功能TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //计数器模式，选择向上计数TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 100 - 1;					//计数周期，即ARR的值TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 720 - 1;				//预分频器，即PSC的值TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;            //重复计数器，高级定时器才会用到TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure);             //将结构体变量交给TIM_TimeBaseInit，配置TIM2的时基单元//输出比较初始化TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;							//定义结构体变量TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStructure);							//结构体初始化，若结构体没有完整赋值//则最好执行此函数，给结构体所有成员都赋一个默认值//避免结构体初值不确定的问题TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;				//输出比较模式，选择PWM模式1TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;		//输出极性，选择为高，若选择极性为低，则输出高低电平取反TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;	//输出使能TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;								//初始的CCR值TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);						//将结构体变量交给TIM_OC1Init，配置TIM2的输出比较通道1//TIM使能TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);			//使能TIM2，定时器开始运行
}//PWM设置CCR
void PWM_SetCompare1(uint16_t Compare)
{TIM_SetCompare1(TIM2, Compare);		//设置CCR1的值
}//PWM设置PSC
void PWM_SetPrescaler(uint16_t Prescaler)
{TIM_PrescalerConfig(TIM2, Prescaler, TIM_PSCReloadMode_Immediate);		//设置PSC的值
}

RCC_APB1PeriphClockCmd

  • TIM2 代表定时器2，它是STM32的一个基础硬件定时器。在STM32的某些系列中，TIM2连接到的是APB1总线。
  • ENABLE 是一个宏定义，用来开启某项功能，这里用来开启TIM2的时钟。如果传递 DISABLE 则会关闭外设的时钟。
  • 简单来说，RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE); 这行代码的作用是开启连接到APB1总线的定时器2（TIM2）的时钟。只有开启了时钟，程序中关于TIM2的其他功能（如计时、计数、PWM发生等）才能正常工作。

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;

  • GPIO的初始化中，选择AF_PP复用推挽输出，因为对于普通的开漏推挽输出，引脚的控制权是来自于输出数据寄存器的，如果想用定时器来控制引脚，就需要使用复用开漏/推挽输出模式。

 

6.2 PWM.h

接着是PWM.h文件，这部分引用声明一下即可

#ifndef __PWM_H
#define __PWM_Hvoid PWM_Init(void);
void PWM_SetCompare1(uint16_t Compare);
void PWM_SetPrescaler(uint16_t Prescaler);#endif

6.3 IC.c

在这段代码中，我们设置了一个STM32的定时器TIM3以输入捕获（IC）模式运行。代码的主要目的是初始化TIM3以捕获来自外部信号（从PWM波）的频率和占空比。

#include "stm32f10x.h"//输入捕获初始化
void IC_Init(void)
{//开启时钟RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);			//开启TIM3的时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);			//开启GPIOA的时钟//GPIO初始化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);							//将PA6引脚初始化为上拉输入//配置时钟源TIM_InternalClockConfig(TIM3);		//选择TIM3为内部时钟，若不调用此函数，TIM默认也为内部时钟//时基单元初始化TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;				//定义结构体变量TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;     //时钟分频，选择不分频，此参数用于配置滤波器时钟，不影响时基单元功能TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //计数器模式，选择向上计数TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 65536 - 1;               //计数周期，即ARR的值TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1;               //预分频器，即PSC的值TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;            //重复计数器，高级定时器才会用到TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseInitStructure);             //将结构体变量交给TIM_TimeBaseInit，配置TIM3的时基单元//PWMI模式初始化TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;							//定义结构体变量TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1;				//选择配置定时器通道1TIM_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//选择触发源及从模式TIM_SelectInputTrigger(TIM3, TIM_TS_TI1FP1);					//触发源选择TI1FP1TIM_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使能TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);			//使能TIM3，定时器开始运行
}//获取输入捕获的频率
uint32_t IC_GetFreq(void)
{return 1000000 / (TIM_GetCapture1(TIM3) + 1);		//测周法得到频率fx = fc / N，这里不执行+1的操作也可以
}//获取输入捕获的占空比
uint32_t IC_GetDuty(void)
{return (TIM_GetCapture2(TIM3) + 1) * 100 / (TIM_GetCapture1(TIM3) + 1);	//占空比Duty = CCR2 / CCR1 * 100，这里不执行+1的操作也可以
}

6.4 IC.h

同样这部分引用声明一下即可

#ifndef __IC_H
#define __IC_Hvoid IC_Init(void);
uint32_t IC_GetFreq(void);
uint32_t IC_GetDuty(void);#endif

6.5 完整工程文件

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