1. 前言

在上篇文章中，我们详细介绍了STM32输入捕获模式的基本原理和应用方法，包括测频法和测周法。本文将重点探讨如何通过STM32的PWI（PWM Input）模式实现对PWM信号的频率和占空比测量。我们将结合具体的硬件电路，解释定时器的两个通道（如CH1和CH2）如何连接到同一引脚并实现输入捕获，同时分析数据在寄存器和内部电路中的传输过程。

2. PWI模式概述

PWI模式是专为捕获PWM信号设计的输入捕获模式。在该模式下，定时器的两个输入捕获通道（通常为CH1和CH2）协同工作，通过捕获PWM信号的两个不同特征（通常是上升沿和下降沿）来实现对信号频率和占空比的测量。

• CH1通常用于捕获PWM信号的上升沿，以此来测量信号的周期。
• CH2则用于捕获PWM信号的下降沿，用于计算占空比。

3. 定时器内部电路与工作原理

3.1 定时器两个通道的协作

在PWM输入捕获模式中，定时器的两个输入通道（CH1 和 CH2）连接到同一个GPIO引脚（如PA6）。输入信号经过GPIO后，通过内部的**输入选择电路（TIx）**进入定时器。定时器的内部捕获逻辑会将CH1设置为检测上升沿，而CH2设置为检测下降沿。

这种模式下，两个通道共用一个引脚，通过寄存器配置使得两个通道的输入源保持同步。CH1通道负责捕获PWM周期，CH2负责捕获低电平持续时间，通过这两个时间的差值，可以计算信号的占空比。

3.2 数据传输过程

当PWM信号进入GPIO引脚时：

1. 上升沿触发CH1捕获，定时器的CCR1寄存器保存当前计数器（CNT）值。这个值用于计算信号的周期。
2. 下降沿触发CH2捕获，CCR2寄存器保存计数器值，用于计算信号的低电平持续时间。
3. 通过读取CCR1和CCR2的值，软件可以计算出PWM信号的频率和占空比。

4. PWI模式的寄存器配置

PWI模式依赖于STM32的输入捕获寄存器配置。以下几个关键寄存器需要配置：

• TIMx_CCR1: 用于存储CH1捕获到的计数器值（上升沿）。
• TIMx_CCR2: 用于存储CH2捕获到的计数器值（下降沿）。
• TIMx_SMCR: 用于配置定时器的触发输入和从模式。
• TIMx_CR1: 用于启动定时器。

为了使两个通道共用同一个引脚，通常需要将TIMx_CH1设置为输入触发源，并启用从模式控制寄存器（SMCR），将定时器设置为复位模式（Reset Mode）。这样可以确保在检测到上升沿时，定时器会重新开始计数，从而确保两个捕获值的差值能够精确反映信号特性。

5. PWI模式的代码实现

以下代码展示了如何使用STM32定时器的PWI模式来捕获PWM信号，并计算信号的频率和占空比。代码基于你提供的初始化函数，并进行了标准库配置。

5.1 PWI模式初始化

void IC_Init(void)
{
    // 使能GPIOA和TIM3时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);

    // 配置PA6为输入模式
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;  // 上拉输入
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;      // PA6引脚
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    // 配置TIM3基本参数
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructre;
    TIM_TimeBaseInitStructre.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
    TIM_TimeBaseInitStructre.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInitStructre.TIM_Period = 65536 - 1;      // 自动重装载值 (ARR)
    TIM_TimeBaseInitStructre.TIM_Prescaler = 72 - 1;      // 预分频值 (PSC)
    TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseInitStructre);

    // 配置TIM3输入捕获通道1（上升沿捕获）
    TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;
    TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1;
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;   // 上升沿捕获
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI; // 直接TI输入
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;         // 输入分频
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0xf;                       // 滤波
    TIM_PWMIConfig(TIM3, &TIM_ICInitStructure);

    // 配置从模式为复位模式
    TIM_SelectInputTrigger(TIM3, TIM_TS_TI1FP1);  // 选择TI1作为触发输入
    TIM_SelectSlaveMode(TIM3, TIM_SlaveMode_Reset);  // 从模式为复位模式

    // 启动定时器
    TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);
}

5.2 读取频率和占空比

// 获取PWM信号的频率
uint32_t IC_GetFreq(void)
{
    return 1000000 / (TIM_GetCapture1(TIM3) + 1);  // 单位为Hz
}

// 获取PWM信号的占空比
uint32_t IC_GetDuty(void)
{
    return (TIM_GetCapture2(TIM3) + 1) * 100 / (TIM_GetCapture1(TIM3) + 1);
}

6. 测频法与测周法的应用

在PWI模式下，测频法和测周法都可以应用于捕获信号特性。通过测量上升沿和下降沿的捕获值，频率和占空比计算如下：

• 测频法：利用CH1通道捕获的上升沿之间的时间差（周期），并根据定时器的时钟频率计算信号频率。

  公式：

  

• 测周法：通过捕获的上升沿和下降沿之间的时间差，计算信号的周期。

  公式：

  

然后，通过周期的倒数得到信号频率。对于占空比，公式如下：

7. 小结

通过本文的讲解，您应该对STM32的PWI模式有了较为深入的理解。我们介绍了定时器的两个通道如何协同工作，通过CH1捕获上升沿，CH2捕获下降沿，实现对PWM信号频率和占空比的测量。结合具体的电路和内部数据传输过程，PWI模式为信号的精确捕获提供了高效的解决方案。在实际应用中，您是否使用过PWI模式？该模式在处理复杂PWM信号时表现如何？欢迎在评论区分享您的经验和看法！