32单片机基础：TIM输入捕获

指定的电平跳变，就是上升沿或者下降沿，可以通过程序设置

PWMI模式，就是PWM的输入模式，是专门为测量PWM频率和占空比设计的，

可配合主从触发模式

这两个功能结合起来，测量频率占空比就是硬件全自动运行的，如今不需要进行任何干预，也不需要进中断，需要测量的时候，直接读取CCR寄存器就行了。使用非常方便，极大地减轻了软件的压力。

对应定时器的电路部分如下图所示

四个输入捕获和输出比较通道，共用4个CCR寄存器另外它们的CH1到CH4,4个通道1的引脚，也是共用的。所以对应同一个定时器，输入捕获与输出比较，只能使用其中一个，不能同时使用。

对比一下输入捕获和输出比较：

输出比较，引脚是输出端口，输入捕获，引脚是输入端口

输出比较，是根据CNT与CCR的大小关系来执行输出动作

输入捕获，是接收到输入信号，执行CNT锁存到CCR的动作

OK，如何配置输入捕获电路来测量这些参数，这就是我们的任务。

我们先了解频率测量的相关知识：32单片机只能测量数字信号，所以其他的信号要通过电路转换为数字信号才行。

闸门时间T通常为1S,在1s时间内，对上升沿计次，每来一个上升沿，计次加1，每来一个上升沿，就是来了一个周期的信号，所以在1s时间内，来了多少个周期，那它的频率就是多少hz。与频率的定义一样。

测周法的基本原理就是，周期的倒数就是频率，如果我们能取出一个周期的时间，取个倒数，就是频率。但是，实际上，我们没有一个精度无穷大的秒表来测时间，测量时间的方法，实际也是定时器计次。我们使用一个已知标准频率fc的计次时钟，来驱动计数器。从一个上升沿开始计，计数器从0开始，一直计到下一个上升沿，停止。计一个数的时间是1/fc，计N个数，时间就是N/fc.N/fc就是周期，再取个倒数，就是频率的计算公式。

对比这两种方法的适用范围：

测频法适合测量高频信号，测周法适合测量低频信号。

测频法测量的是在闸门时间内多个周期，所以自带一个均值滤波。如果在闸门时间内波形频率有变化，那得到的其实是这一段的平均频率，所以测评法结果更新慢，测量结果是一段时间的平均值，值比较平滑

反观测周法，它只测量一个周期，就能测出一次结果，所以出结果的速度取决于待测信号的频率。所以测周法更新速度快。由于只测量一个周期，所以结果值会受噪声的影响，波动比较大。

高频适合使用测频法，低频适合测周法，那多高算高，多低算低呢？这就与中界频率有关了。如上图所示。计算公式也给出来。

测频法如何实现呢？这个用我们之前学过的外设就可以实现，我们之前写过，对射式红外传感器计次，定时器外部时钟。这些代码，稍加改进，就是测频法。比如对射式红外传感器计次，每来一个上升沿，计次加1.那我们再来用一个定时器，定一个1s的定时中断。在中断里，每隔1s取一下计次值。同时清零计次，为下一次做准备。这样每次读取的计次值就直接式频率。对应定时器外部时钟的代码。也是如此，每隔1s取一下计次。就能实现测频法测量频率的功能了，

我们本次使用测周法测量输入捕获频率。

我们再来详细看一下输入捕获的各部分电路。

上图是四个通道的引脚，参考引脚定义表，就能知道这个引脚是复用在哪个位置。引脚进来，就有一个三输入的异或门，这个三输入的异或门接在了通道1,2,3端口。异或门的执行逻辑是，当三个输入引脚有任何一个电平翻转时，输出引脚就产生一次电平翻转，之后通过数据选择器，到达输入捕获通道1.数据选择器选择上面一个，那输入捕获通道1的输入，就是三个引脚的异或值。选择下面一个，那异或门就没有用，4个通道各用各的引脚。设计这个异或门，其实还是为了三相无刷电机服务的。无刷电机有三个霍尔传感器检测转子的位置。可以根据转子的位置进行换相。有了这个异或门。就可以在前三个通道接上无刷电机的霍尔传感器，然后这个定时器就作为无刷电机的接口定时器去驱动换相电路工作。

信号来到输入滤波器和边沿检测器，输入滤波器可以对信号进行滤波。避免一些高频的毛刺信号误触发，然后是边沿检测器，这就和外部中断那里是一样的，可以选择高电平触发，或者低电平触发，当出现指定的电平时，边沿检测电路就会触发后续电路执行动作。

这个电路图是设计了两套滤波和边沿检测电路。第一套电路得到TI1FP1（TI1 Filter Polarity 1）,输入给通道1的后续电路，。第一套电路得到TI1FP2（TI1 Filter Polarity 2）输入给下面通道2的后续电路。

同理，下面TI2信号进来，也经过两套滤波和极性选择，在这里，两个信号可以选择各走各的，也可以选择进行一个交叉，让CH2引脚输入给通道1，或者CH1引脚输入给通道2，为啥要进行一个交叉选择呢？这样做的目的，主要有两个：第一个目的，可以灵活切换后续捕获电路的输入，比如你一会想以CH1作为输入，一会儿想以CH2作为输入，这样就可以灵活的选择。第二个目的，就是可以把一个引脚的输入，同时映射到两个捕获单元，这也是PWMI模式的经典结构，比如让第一个捕获通道，使用上升沿触发，用来捕获周期，第二个通道，使用下降沿触发，用来捕获占空比。两个通道对同一个频率进行捕获，就可以用来测量频率和占空比，这就是PWMI模式。

TRC信号也可以作为捕获部分的输入，来源是下图，这样设计，也是为了无刷电机的驱动。

进入分频，分频后的触发信号就可以触发捕获电路进行工作了，每来一个信号，CNT的值，就会向CCR转运一次，转运的同时，会发生一个捕获事件，这个事件会在状态寄存器置标志位，同时也可以产生中断，如果需要在捕获的瞬间，处理一些事情的话，就可以开启这个捕获中断

这就是整个电路的工作流程，比如我们可以配置上升沿触发捕获，每来一个上升沿CNT转运到CCR一次，又因为CNT计数器是有内部的标准时钟驱动的，所以CNT的数值，就可以用来记录两个上升沿之间的时间间隔，这个时间间隔，就是周期，

这样与测周法的操作步骤是一样的，上升沿用于触发输入捕获，CNT用于计数计时，每来一个上升沿，取一下CNT的值，自动存在CCR里，CCR捕获得到的值，就是计数值N,CNT的驱动时钟，就是fc，fc/N就得到了待测信号的频率，另外还有个细节问题，就是每次捕获之后，我们都要把CNT清零一下，这样下次上升沿再捕获时，取出的CNT才是两个上升沿的时间间隔。这个在一次捕获后自动将CNT清零的步骤，我们可以使用主从触发模式，自动来完成。

下图是输入捕获通道1的一个更详细的框图

引脚进来，先经过一个滤波器，滤波器的输入是TI1，就是CH1的引脚，输出的TI1F，就是滤波后的信号。fDTS是滤波器的采用时钟来源，下面CCMR1里的ICF位可以控制滤波器的参数，

滤波之后的信号，经过边沿检测器，捕获上升沿和下降沿，可以用这个CCER寄存器的CC1P位就可以选择极性了，最终得到TI1FP1触发信号，通过数据选择器，进入通道1后续的捕获电路，CC1S位可以选择数据选择器，ICPS位可以选择分频，CCIE位，控制输出使能或失能。如果使能了输出，输出端产生指定边沿信号，经过层层电路，就可以让CNT的值，转运到CCR里面去。

我们之前说过，每捕获一样CNT的值，都要把CNT清零一下，以便下一次的捕获，在这里硬件电路就可以在捕获之后自动完成CNT清零工作，如何自动清零CNT呢？我们看一下TI1FP1和TI1F_ED信号，都可以通向从模式控制器，从模式里，就有自动完成CNT的清零，

这个滤波器具体是如何工作的呢？我们看一下手册。

简单来理解的话，以采样频率对输入信号进行采样，当连续N个值都为高电平，输出才为高电平

连续N个值都为低电平，输出才为低电平。如果你信号出现高频抖动，导致连续采用N个值不全都一样，那输出就不会变化，这样达到了滤波的效果，采样频率越低，采样个数N越大，滤波效果越好，下图的这些描述，就是每个参数对应的采用频率和采用个数，实际应用中，如果波形噪声比较大，就可以把这些参数设置大一些，这样就可以滤除过滤噪声了。