细说MCU定时器模块的输入捕捉功能的实现方法

一、工程背景

二、建立工程

1、配置GPIO

2、选择时钟源和Debug

3、配置定时器TIM1

4、配置定时器TIM13

5、配置串口

6、配置中断

7、配置系统时钟

三、代码修改

1、使能TIM1输入捕捉功能和TIM3的PWM输出功能

2、自定义变量

3、重定义回调函数

4、输出到串口

四、查看结果

五、测量脉冲宽度

一、工程背景

文章依赖的硬件及工程配置参考本文作者的其他文章：细说ARM MCU的串口接收数据的实现过程-CSDN博客 https://wenchm.blog.csdn.net/article/details/139541112

定时器的输入捕捉功能可以用于计算两个脉冲边沿之间的时间差值。这通常是通过输入捕捉中断来实现的。在第一个脉冲边沿时，产生一次中断，记录当前计数器的计数值；在随后一个边沿时刻，也记录一下计数值；这两个记录值的差值，换算成时间间隔，就是两次脉冲边否之间所经过的时间。在信号为周期性脉冲的情况下，如果两个边沿类型是一致的，譬如均为上升沿或下降沿，则记录的时间就是脉冲信号的周期时间；如果两个边沿的类型不同，如分别为上升沿和下降沿，则记录的就是脉冲的宽度。

本例中，使用TIM1的定时器的输入捕捉功能，同样涉及通道问题，这一点与PWM输出功能类似。TIM1有四个通道，本例使用通道2(TIM1_CH2)作为输入捕捉通道。TIM1_CH2可以映射到PA9/PC1引脚，本例中使用PC1引脚，在NUCLEO-G474RE板上，该引脚经由CN7端子的第36引脚引出。

使用TM3_CH1作为本里的信号源输出，使用PB4引脚。

此外，为了显示记录的时间值使用串口模块USART2，通过串口将计算的时间值发送到串口通讯助手上。

二、建立工程

1、配置GPIO

配置PC1为TIM1_CH2的信号输入引脚。配置PB4为TIM3_CH1的信号输出引脚。TIM3_CH1输出的信号输入给TIM1_CH2。PC1和PB4的其它参数选作Pull_up，High。

2、选择时钟源和Debug

高速外部时钟(HSE)选择Crystal/Ce-amic Resonator，使用片外时钟晶体作为HSE的时钟源。最后，在SYS中将Debug设置为Serial Wire。

3、配置定时器TIM1

时钟源(Clock Source)选择Internal Clock，通道2(Channel 2)的参数选择Input Capture direct mode；预分频因子(Prescaler)和计数器周期(Counter Period)分别设置为16999和65535，计数模式(Counter Mode)设置为升模式(Up)，并且使能自动重载(auto-reload preload)。

计数器的预分频因子决定着计数器两次计数之间的时间间隔，时钟频率为170 MHz，预分频因子为16999，则两次计数（16999+1）/170×106=100(us)。由于两次计数的时间间隔是100 μs，所以当计数周期为65535时，能记录的最长时间为(65535+1)×100 μs，约6.55 s。

其它参数配置，边沿极性选择上升沿(Rising Edge)，捕捉选择(IC Selection)选择Direct，预分频比率(Prescaler Division Ratio)选择不分频(Nodivision)。预分频比率这个参数可以设置多次事件触发一次捕捉，选择No division，意思就是来一个边沿就触发一次捕捉。最后一个参数为输入滤波器(Input Filter)，这个参数是为了抗干扰用的，在这个例子中暂不使用，设置为0。

4、配置定时器TIM13

将时钟源设置为Internal Clock；选择PWM Generation CH1。然后，将预分频因(Prescaler)和计数器周期(Counter Period)分别设置为999和8499(这两个参数从0开始计数)，计数模式(Counter Mode)设置为升模式(Up)，并使能自动重载(auto-reload preload)。

预分频因子决定着两次计数之间的时间间隔，这里设置的1000(999+1)，是将时钟脉冲分频1000倍。假如时钟频率为170 MHz，则分频1000倍后就是170 kHz。

将计数周期设置为8499，也就是计数到8499后，重新从0开始计。在计数频率170 kHz之下，计数器的周期为(1/170×10³)×8500≈50(ms)，对应的频率为20 Hz。在PWM Generation Channel 1的参数配置中，选择PWM mode 1，脉冲数(Pulse)设置为4250(该参数从1开始)，通道极性设置为High。通道极性参数用于指定在Pulse个计数期间，输出的是高电平还是低电平。这里脉冲数Pulse决定着占空比，这里设为4250，是计数器周期的1/2，所以占空比刚好为50%。

5、配置串口

在USART2的模式(Mode)区中选择Asynchronous；在下面的配置(Configuration)区中，展开的参数设置(Parameter Settings)选项卡，保持默认值即可(波特率为115200)，数据位8停止位1，奇偶校验无；设置USART2的两个引脚PA2和PA3的参数。由于本例中只是通过串口发送数据，无需使用串口的中断功能，所以不用设置串口中断。其它参数，选择Pull_up，High。

6、配置中断

TIM1 capture compare interrupt出现在中断表中，并且已使能，将它的抢占式优先级设为1，响应优先级设为0。

TIM3 global interrupt出现在中断表中，将其使能，将它的抢占式优先级设为1，响应优先级设为0。

7、配置系统时钟

将系统时钟(SYSCLK)频率配置为170 MHz。

三、代码修改

配置完成后，保存，并启动代码自动生成。

1、使能TIM1输入捕捉功能和TIM3的PWM输出功能

在主程序初始化时开启TIM1通道2的输入捕捉中断。开启该中断可以通过调用函数HAL_TIM_IC_Start_IT()来实现。

还要使能TIM3通道1的PWM输出。使用库函数HAL_TIM_PWM_Start()。

把它们放到main函数中，while(1)之前、TIM1初始化函数MX_TIM1_Init()之后的注释对中：

/* USER CODE BEGIN 2 */
HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim1,TIM_CHANNEL_2);
HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3);
HAL_TIM_PWM_Start(&htim3,TIM_CHANNEL_1);
/* USER CODE END 2 */

2、自定义变量

由于要记录两次发生捕捉中断时刻计数器的值，所以需要定义四个变量：存放两次计数值及它们之间的差值的变量，以及一个计数标志用的变量。将这些变量定义为全局变量，放置到main.c中的一个注释对中。对这些变量的定义如下：

/* USER CODE BEGIN PV */
uint16_t ICValue1 = 0;		//存放第一个计数�??
uint16_t ICValue2 = 0;		//存放第二个计数�??
uint16_t DiffICValue = 0;	//存放两个计数值之�?
uint8_t CaptureIndex = 0;	//计数标志
/* USER CODE END PV */

3、重定义回调函数

定时器输入捕捉中断的回调函数如下：

void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)

这个函数在stm32g4xx_hal_tim.c中是以弱函数的形式被定义的，实际是一个空函数，所以要在main.c中重新定义它。

下面给出回调函数的具体实现：

/* USER CODE BEGIN 4 */
void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
	if(htim->Channel == HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_2)
	{
		if(CaptureIndex == 0)
		{
			/*记录第一个计数值 */
			ICValue1 = HAL_TIM_ReadCapturedValue(htim,TIM_CHANNEL_2);
			CaptureIndex = 1;
		}
		else if(CaptureIndex ==1)
		{
			/*记录第二个计数值 */
			ICValue2 = HAL_TIM_ReadCapturedValue(htim,TIM_CHANNEL_2);
			/*计算两次计数值之值 */
			if(ICValue2 > ICValue1)
				DiffICValue =(ICValue2 - ICValue1);
			else if(ICValue2 < ICValue1)
				DiffICValue = ((0xFFFF -ICValue1) + ICValue2) +1;
			printf("Time =%d ms\r\n",DiffICValue/10);
			CaptureIndex = 0;
		}
	}
}

int __io_putchar(int ch)
{
	HAL_UART_Transmit(&huart2,(uint8_t *)&ch,1,0xFFFF);
	return ch;
}
/* USER CODE END 4 */

用了一条用于串口发送的printf语句：

printf("Time =%d ms\r\n",DiffICValue/10);

DiffICValue是两次计数值之差为50ms。

4、输出到串口

由于用到了printf函数，所以需要添加相关代码。对main.c做如下几处修改：

首先，将stdio.h包含进来。可以将它放到main.c前面的一个注释对中，其次，给出putchar函数的定义。可以将它与回调函数HAL_TIM_IC_CaptureCallback放到同一注释对中：

int __io_putchar(int ch)
{
	HAL_UART_Transmit(&huart2,(uint8_t *)&ch,1,0xFFFF);
	return ch;
}

四、查看结果

把开发板上的PB4和PC1用杜邦线连接起来，PB4是信号源，PC1开始边沿捕捉。

图为示波器检测到的PB4信号，频率20Hz、周期50ms，占空比50%。

串口助手收到的信号周期数值=相邻两个上升沿的数值差。

五、测量脉冲宽度

如果要测量脉冲宽度或者观察占空比的变化，可以在输入捕捉通道(Input Capute Chan-

nel 2)的参数配置中将边沿极性选择(Polarity Selection)参数修改为上升/下降沿(Both Edges)。保存文件、重新生成代码。编译下载并运行。

此时串口接收到的数据就是脉冲宽度了。