【STM32嵌入式系统设计与开发】——16InputCapture(输入捕获应用)

news2024/11/19 13:23:27

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    • STM32资料包： 百度网盘下载链接：链接：https://pan.baidu.com/s/1mWx9Asaipk-2z9HY17wYXQ?pwd=8888 提取码：8888
  • 一、任务描述
  • 二、任务实施
    • 1、工程文件夹创建
    • 2、函数编辑
      • （1）主函数编辑
      • （2）USART1初始化函数(usart1_init())
      • （3）USART数据发送函数（ USART1_Send_Data（））
      • （4）USART数据发送函数（ USART1_IRQHandler(））
      • （5）定时器5通道1输入捕获配置函数（ TIM5_Cap_Init(uint16_t arr,uint16_t psc)）
      • （6）定时器5通道1输入捕获配置函数（ TIM5_Cap_Init(uint16_t arr,uint16_t psc)）
    • 3、宏定义
      • 输入捕获头文件编辑
    • 4、知识链接
      • （1）输入捕获基础知识
      • （2）输入捕获通俗理解
    • 5、工程测试

STM32资料包：
百度网盘下载链接：链接：https://pan.baidu.com/s/1mWx9Asaipk-2z9HY17wYXQ?pwd=8888
提取码：8888

一、任务描述

在这里插入图片描述

二、任务实施

观察电路图:
TXD(底板) ————————> PA10
RXD(底板) ————————> PA9
DK1 (底板) ————————> PA0
使用USB-AB型数据线，连接15核心板USB口,串口发送接收到的数据。实现了STM32定时器的输入捕获功能，用于捕获外部信号的时间戳。
在这里插入图片描述

1、工程文件夹创建

步骤1：复制工程模板“1_Template”重命名为“13_PassiveBeep”。
在这里插入图片描述
步骤2：修改项目工程名，先删除projects文件夹内除了Template.uvprojx文件外的所有内容并修改为“.uvprojx”。并删除output/obj和output/lst中的所有文件。
在这里插入图片描述
步骤3：运行“PassiveBeep.uvprojx”打开目标选项“Options for Target”中的“Output”输出文件，并修改可执行文件名称为“PWM”点击“OK”保存设置。最后点击“Rebuild”编译该工程生成Usart文件。
请添加图片描述
步骤4：复制2_LEDTest中的"1_LED"和文件复制到hardware中。
在这里插入图片描述
步骤5：在system文件夹中新建一个input文件夹并在该文件夹下新建input.c和input.h两个文件。
在这里插入图片描述
步骤5：工程组文件中添加“led”文件夹内的所有文件。
在这里插入图片描述
步骤6：工程组文件中添加“input”文件夹内的所有文件。
在这里插入图片描述
步骤6：目标选项添加添加头文件路径。
在这里插入图片描述

2、函数编辑

（1）主函数编辑

基于STM32的输入捕获功能，通过定时器5捕获外部信号的下降沿，并计算低电平的总时间，然后通过USART1串口打印输出。
在这里插入图片描述
步骤2：实现一个简单的计时器，并在每秒打印一次计时信息。利用LED状态的改变来指示系统正在运行。

while(1) 
  {
	if(TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X80)        // 检查TIM5CH1_CAPTURE_STA的最高位是否为1，表示成功捕获到了一次下降沿
    {
		temp=TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X3F;    // 获取TIM5CH1_CAPTURE_STA的低6位，即溢出计数
		temp*=65536;                      // 将溢出计数左移16位，即乘以65536，得到溢出时间总和
		temp+=TIM5CH1_CAPTURE_VAL;        // 将总的溢出时间总和与当前捕获值相加，得到总的低电平时间
		printf("LOW:%d us\r\n",temp);     // 打印总的低电平时间，单位为微秒
		TIM5CH1_CAPTURE_STA=0;            // 清零TIM5CH1_CAPTURE_STA，准备开启下一次捕获
    }	 
  }

在这里插入图片描述

（2）USART1初始化函数(usart1_init())

配置了 PA9 为复用推挽输出，用于 USART1 的 TXD，并配置了 PA10 为浮空输入，用于 USART1 的 RXD。并配置了 USART1 的参数，包括波特率、数据位长度、停止位数、校验位、硬件流控制和工作模式。

/*********************************************************************
 @Function  : USART1初始化
 @Parameter : bound : 波特率 
 @Return    : N/A
**********************************************************************/   	
void usart1_init(uint32_t bound)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;             										          // 定义 GPIO 初始化结构体
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;            										          // 定义 USART 初始化结构体
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;              										          // 定义 NVIC 初始化结构体

    /* 时钟使能：启用 USART1 和 GPIOA 的时钟 */
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

    /* 引脚复用配置 */  
    // 配置 PA9 为复用推挽输出，用于 USART1 的 TXD
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;   		                             // 设置 GPIO 端口
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;                                // 设置 GPIO 速度
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; 								 // 设置 GPIO 模式为复用推挽
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);          							     // 初始化 GPIO

    // 配置 PA10 为浮空输入，用于 USART1 的 RXD
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;                                      // 设置 GPIO 端口
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;                           // 设置 GPIO 模式为浮空输入
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);                                          // 初始化 GPIO

    /* NVIC 中断配置 */ 
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;                               // 设置中断通道为 USART1
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 3;                       // 设置抢占优先级为3
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;                              // 设置子优先级为3
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;                                 // 使能中断通道
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);                                                 // 初始化 NVIC

    /* USART1 配置 */ 
    USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound;                                     // 设置波特率
    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;                     // 设置数据位长度为8位
    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;                          // 设置停止位为1位
    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;                             // 设置校验位为无校验
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; // 设置硬件流控制为无
    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;                 // 设置工作模式为接收和发送
    USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);                                       // 初始化 USART1

		/*中断配置*/
		USART_ITConfig(USART1,USART_IT_RXNE,ENABLE);                                //开接受中断 
		USART_ITConfig(USART1,USART_IT_IDLE,ENABLE);                                //开空闲中断
		USART_ITConfig(USART1,USART_IT_TXE,ENABLE);                                 //开发送中断	
		USART_Cmd(USART1, ENABLE);                                                  //启用USART1
		USART_DataTypeStr.Usart_Tc_State = SET;	                                    //置位发送允许标志	      
}

在这里插入图片描述

（3）USART数据发送函数（ USART1_Send_Data（））

初始化PD14端口，并为推挽输出。

/*********************************************************************
 @Function  : USART数据发送函数
 @Parameter : Data 	 ：要发送的数据缓存.
							Lenth  ：发送长度
 @Return    : 发送状态   1 ：失败   0 ：成功
**********************************************************************/
char USART1_Send_Data(char* Data,uint8_t Lenth) 
{
	uint8_t uNum = 0;
	if(USART_DataTypeStr.Usart_Tc_State == 1)                       //判断发送标志位是否置1
	{
		USART_DataTypeStr.Usart_Tc_State = 0;                       //将发送标志位清零，表示数据已经成功放入缓存，等待发送
		USART_DataTypeStr.Usart_Tx_Len = Lenth;                     //获取需要发送的数据的长度       
	  for(uNum = 0;uNum < USART_DataTypeStr.Usart_Tx_Len;uNum ++)   //将需要发送的数据放入发送缓存
	  {
		  USART_DataTypeStr.Usart_Tx_Buffer[uNum] = Data[uNum];
	  }
    USART_ITConfig(USART1,USART_IT_TXE,ENABLE);			            //数据放入缓存后打开发送中断，数据自动发送
	}
	return USART_DataTypeStr.Usart_Tc_State;                        //返回放数据的状态值，为1表示发送失败，为0表示发送成功了
}

在这里插入图片描述

（4）USART数据发送函数（ USART1_IRQHandler(））

/*********************************************************************
 @Function  : USART1中断服务函数
 @Parameter : N/A 
 @Return    : N/A
**********************************************************************/
void USART1_IRQHandler(void)                
{
	 uint8_t Clear = Clear;                                                                           // 定义清除标志的变量，并初始化为自身
	static uint8_t uNum = 0;                                                                          // 静态变量，用于循环计数
	 
  if(USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_RXNE) != RESET)                                                // 判断读数据寄存器是否为非空
  {
    USART_ClearFlag(USART1, USART_IT_RXNE);                                                           // 清零读数据寄存器，其实硬件也可以自动清零
    USART_DataTypeStr.Usart_Rx_Buffer[USART_DataTypeStr.Usart_Rx_Num ++] = \
		(uint16_t)(USART1->DR & 0x01FF);                                                              // 将接收到的数据存入接收缓冲区
		(USART_DataTypeStr.Usart_Rx_Num) &= 0xFF;                                                     // 防止缓冲区溢出
  } 
	
	else if(USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_IDLE) != RESET)   // 检测空闲
	{
	  Clear = USART1 -> SR;                                                                         // 读SR位
		Clear = USART1 -> DR;                                                                       // 读DR位，
	  USART_DataTypeStr.Usart_Rx_Len = USART_DataTypeStr.Usart_Rx_Num;                              // 获取数据长度
		for(uNum = 0; uNum < USART_DataTypeStr.Usart_Rx_Len; uNum ++)          
		{
				USART_DataTypeStr.Usart_Rx_Data[uNum] = USART_DataTypeStr.Usart_Rx_Buffer[uNum];      // 将接收到的数据复制到接收数据缓冲区
		}
		USART_DataTypeStr.Usart_Rx_Num = 0;                                                           // 清空接收计数器
		USART_DataTypeStr.Usart_Rc_State = 1;                                                         // 数据读取标志位置1，读取串口数据
	}
	
	if(USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_TXE) != RESET)                                                  // 判断发送寄存器是否为非空
  {
		USART1->DR = \
		((USART_DataTypeStr.Usart_Tx_Buffer[USART_DataTypeStr.Usart_Tx_Num ++]) & (uint16_t)0x01FF);    // 发送数据
		(USART_DataTypeStr.Usart_Tx_Num) &= 0xFF;                                                       // 防止缓冲区溢出
    if(USART_DataTypeStr.Usart_Tx_Num >= USART_DataTypeStr.Usart_Tx_Len)
    {   
			USART_ITConfig(USART1,USART_IT_TXE,DISABLE);                                                // 发送完数据，关闭发送中断
			USART_DataTypeStr.Usart_Tx_Num = 0;                                                         // 清空发送计数器
			USART_DataTypeStr.Usart_Tc_State = 1;                                                       // 发送标志置1，可以继续发送数据了
    } 		
	}
	
}

在这里插入图片描述

（5）定时器5通道1输入捕获配置函数（ TIM5_Cap_Init(uint16_t arr,uint16_t psc)）

/*********************************************************************
 @Function  : 定时器5通道1输入捕获配置
 @Parameter : arr：自动重装值。
              psc：时钟预分频数
 @Return    : N/A
**********************************************************************/
void TIM5_Cap_Init(uint16_t arr,uint16_t psc)
{	 
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;             // GPIO初始化结构体
    TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;  // 定时器时间基准初始化结构体
    TIM_ICInitTypeDef  TIM5_ICInitStructure;         // 定时器输入捕获初始化结构体
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;             // 中断向量表初始化结构体
    
    /* 时钟使能 */
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM5, ENABLE);	         // 使能TIM5的时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);            // 使能GPIOA的时钟
    
    /* 端口配置 */
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin  = GPIO_Pin_0;                       // 使用PA0引脚 
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;                    // 上拉输入  
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);                           // 初始化GPIOA
    GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0);                                  // 上拉
    
    /* TIM配置 */ 
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr;                          // 自动重装值 
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = psc;                       // 时钟预分频器   
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;          // 时钟分频
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;      // 向上计数
    TIM_TimeBaseInit(TIM5, &TIM_TimeBaseStructure);                  // 初始化TIM5输入捕获
    
    /* 输入捕获配置 */ 
    TIM5_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1;                // IC1映射到TI1上
    TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Falling;    // 下降沿捕获
    TIM5_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI; // 映射到TI1
    TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;	         // 不分频 
    TIM5_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x00;                        // 不滤波
    TIM_ICInit(TIM5, &TIM5_ICInitStructure);	                       // 初始化TIM5输入捕获
    
    /* NVIC 配置 */
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM5_IRQn;                  // 中断向量表为TIM5
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;        // 先占优先级2
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;               // 从优先级0
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;                  // 使能中断
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);                                  // 初始化NVIC
    
    /* 允许中断 */
    TIM_ITConfig(TIM5,TIM_IT_Update|TIM_IT_CC1,ENABLE);              // 允许更新中断、CC1IE捕获中断	
    
    /* 使能TIMx */
    TIM_Cmd(TIM5,ENABLE); 	
}

在这里插入图片描述

（6）定时器5通道1输入捕获配置函数（ TIM5_Cap_Init(uint16_t arr,uint16_t psc)）


/*********************************************************************
 @Function  : 定时器5中断服务程序	 
 @Parameter : N/A
 @Return    : N/A
**********************************************************************/
void TIM5_IRQHandler(void)
{ 
    if((TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X80)==0)                      // 检查是否成功捕获
    {	  
        if (TIM_GetITStatus(TIM5,TIM_IT_Update)!= RESET)		 
        {	    
            if(TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X40)                   // 如果已经捕获到低电平
            {
                if((TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X3F)==0X3F)       // 检查低电平是否太长
                {
                    TIM5CH1_CAPTURE_STA|=0X80;             // 标记成功捕获了一次
                    TIM5CH1_CAPTURE_VAL=0XFFFF;            // 设置捕获值为最大值
                }
                else
                    TIM5CH1_CAPTURE_STA++;                 // 低电平时间累加
            }	  
        }
        if (TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_CC1) != RESET)              // 捕获1发生捕获事件
        {	
            if(TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X40)		                     // 如果已经捕获到一个上升沿 		
            {	  			
                TIM5CH1_CAPTURE_STA|=0X80;		                     // 标记成功捕获到一次低电平脉宽
                TIM5CH1_CAPTURE_VAL=TIM_GetCapture1(TIM5);           // 记录捕获值
                TIM_OC1PolarityConfig(TIM5,TIM_ICPolarity_Falling);  // 设置为下降沿捕获
            }
            else  								                                   // 如果还未开始，第一次捕获下降沿
            {
                TIM5CH1_CAPTURE_STA=0;			                     // 清空捕获状态
                TIM5CH1_CAPTURE_VAL=0;                               // 清空捕获值
                TIM_SetCounter(TIM5,0);                              // 清空定时器计数器
                TIM5CH1_CAPTURE_STA|=0X40;		                     // 标记捕获到了下降沿
                TIM_OC1PolarityConfig(TIM5,TIM_ICPolarity_Rising);	 // 设置为上升沿捕获
            }		    
        }			     	    					   
    }
    TIM_ClearITPendingBit(TIM5, TIM_IT_CC1|TIM_IT_Update); // 清除中断标志位 
}

在这里插入图片描述

3、宏定义

步骤1：主函数添加所需的头文件，主源文件部分报错消失

//头文件包含
/*************SYSTEM*****************/
/*#include ".\sys\sys.h"*/
#include ".\delay\delay.h"
#include ".\usart\usart.h"
#include ".\timer\timer.h"
#include ".\input\input.h"

/***********Hardweare***************/
#include "led.h"

在这里插入图片描述
步骤2：添加函数声明

	uint32_t temp=0; 
	delay_init();                   //启动滴答定时器
    usart1_init(9600);              //USART1初始化
	LED_Init();                     //板载LED初始化
	SystemTinerInit(1000-1,7200-1); //系统时间初始化 定时100ms
	TIM5_Cap_Init(0XFFFF,72-1);	    //以1Mhz的频率计数

	printf("初始化成功！\r\n");

在这里插入图片描述

步骤2：添加中断源文件所需的头文件

#include "stm32f10x_tim.h"
#include "stm32f10x_rcc.h"
#include "stm32f10x_gpio.h"
#include "misc.h"
#include ".\input\input.h"

uint8_t     TIM5CH1_CAPTURE_STA=0;	//输入捕获状态		    				
uint16_t	TIM5CH1_CAPTURE_VAL;	//输入捕获值

在这里插入图片描述
步骤3：添加串口通信宏定义

#define USART_RX_LEN  200               // 接收缓冲区最大长度
#define USART_TX_LEN  200               // 发送缓冲区最大长度
#define UART_NUM      10                // 串口结构体最大对象数量

在这里插入图片描述
步骤4：添加函数声明

void usart1_init(uint32_t bound);
extern USART_DataTypeDef USART_DataTypeStr; 
char USART1_Send_Data(char* Data,uint8_t Lenth);

在这里插入图片描述
步骤5：添加数据类型和宏的头文件

//定义串口数据结构体
typedef struct USART_DataType 
{
    uint8_t Usart_Rx_Len;          // 接收缓冲区长度
    uint8_t Usart_Tx_Len;          // 发送缓冲区长度
    uint8_t Usart_Rx_Num;          // 接收数据计数
    uint8_t Usart_Tx_Num;          // 发送数据计数
    uint8_t Usart_Rc_State;        // 接收状态标志位
    uint8_t Usart_Tc_State;        // 发送状态标志位
    char Usart_Rx_Buffer[USART_RX_LEN]; // 接收缓冲区
    char Usart_Tx_Buffer[USART_TX_LEN]; // 发送缓冲区
    char Usart_Rx_Data[USART_RX_LEN];   // 接收数据
    char Usart_Tx_Data[USART_TX_LEN];   // 发送数据
} USART_DataTypeDef;

在这里插入图片描述
步骤6：定义一个串口数组变量

USART_DataTypeDef USART_DataTypeStr={0};

在这里插入图片描述

输入捕获头文件编辑

步骤1：创建一个宏定义保护

#ifndef __INPUT_H_
#define __INPUT_H_



#endif

在这里插入图片描述
步骤2：添加函数声明

//函数声明
void TIM5_Cap_Init(uint16_t arr,uint16_t psc);

在这里插入图片描述
步骤3：添加数据类型和宏的头文件

#include <stdint.h> 

extern uint8_t  TIM5CH1_CAPTURE_STA;				    				
extern uint16_t	TIM5CH1_CAPTURE_VAL;

在这里插入图片描述

4、知识链接

（1）输入捕获基础知识

在这里插入图片描述

（2）输入捕获通俗理解

输入捕获就像是在厨房里用计时器来测量不同食材烹饪的时间。比如，你可以用计时器来记录水煮沸的时间、面团发酵的时间或者烤箱中食物的烹饪时间。这样，你就可以根据时间来控制不同的烹饪过程，确保食物煮熟或者烤熟得恰到好处。输入捕获就像是厨房里的计时器一样，可以帮助你测量外部信号的特征，比如脉冲宽度、频率或时间间隔，用于控制和监测不同的烹饪过程。

5、工程测试

在这里插入图片描述

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