STM32定时器输入捕获功能

news2024/9/22 13:30:06

用于测频率测占空比

IC(Input Capture)输入捕获

输入捕获模式下，当通道输入引脚出现指定电平跳变（上升沿/下降沿）时，会让当前CNT的值将被锁存到CCR中，可用于测量PWM波形的频率、占空比、脉冲间隔、电平持续时间等参数
每个高级定时器和通用定时器都拥有4个输入捕获通道，基本定时器没有输入捕获功能
可配置为PWMI模式，同时测量频率和占空比
- PWMI是PWM输入模式，专门为测量PWM频率和占空比设计的
可配合主从触发模式，实现硬件全自动测量

如上图，左下角的三个输入连接在一个异或门，当3个输入引脚有任何一个有电平翻转时，输出引脚就产生一次电平反转，输出通过数据选择器，到达输入捕获通道1，数据选择器可以选择上面或者下面一个（不通过异或门），设计这个异或门是为三相无刷电机服务的

无刷电机有3个霍尔传感器检测转子位置，可以根据转子的位置进行换相，有了这个异或门，3个通道就可以连接上无刷电机的霍尔传感器。

输入滤波、边沿检测（可以选择高电平触发、低电平触发，当出现指定的电压时，边沿检测电路就会触发后续电路执行动作）

有两套输入滤波、边沿检测电路，通道一可以输出TI1FP1和TI1FP2（去了IC2），通道二也可以输出TI2FP1（去了IC1）和TI2FP2。可以灵活切换输入，可以把一个引脚的输入映射到两个捕获单元，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，捕获占空比，两通道同时对一个引脚进行捕获，就可以同时测量频率和占空比。

通道3、4也是一样，可以选择各自独立连接或者进行交叉。

TRC信号，在图上部分连接

预分频器：对输入的信号分频，分频后的信号触发捕获电路进行工作

每来一个触发信号，CNT的值就会向CCR转运一次，转运的同时发生一个捕获事件，该事件会在状态寄存器置标志位，同时也可以产生中断，CCR捕获到的置就是公式里的N

CNT清零可以使用主从触发模式来自动完成。

CCMR1寄存器里的ICF位可以控制滤波器的参数

滤波器工作原理在CCMR1寄存器一节

频率测量

上图是一个频率逐渐降低的方波波形，左边频率最高，右边最低，只有高低电平的数字信号，STM32只能测量数字信号，如果要测量正弦波，那则还需要搭建一个信号预处理电路（最简单的就是用运放搭建一个比较器）将正弦波转换为数字信号，再输入给STM32即可。如果测量的电压信号非常高，还要考虑隔离问题，比如隔离放大器，电压互感等元件，隔离高压端和低压端，保证电路安全。

频率测量方法

测周法：用已知的标准频率fc的计次时钟来驱动计数器，计算连续的两个上升沿之间的间隔时间，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，时间是N/fc，N/fc是周期，fc/N则为周期。

测频法适合测量高频信号，测量结果更新慢，数值相对稳定
测周法适合测量低频信号，测量结果更新快，数值跳变快波动大
存在正负1误差
- 测频法，在闸门时间内，可能有的周期信号不完整，比如在最后的时间，周期才出现一半，闸门时间就到了
- 测周法，在最后时刻，一个数计到一半，周期就结束了
- 要减小误差，就要增大N的值

结合两个公式将N消掉，得到两个方法误差相同时的频率

中界频率：当待测信号小于中界频率时，测周法误差更小，当待测信号大于中界频率时，测频法误差更小。