输入捕获实验

news2024/10/6 20:32:01

实验内容

用TIM5 的通道 1（PA0）来做输入捕获，捕获 PA0 上高电平的脉宽（用 WK_UP 按键输入高电平），通过串口打印高电平脉宽时间。

输入捕获简介

输入捕获模式可以用来测量脉冲宽度或者测量频率。STM32 的定时器，除了TIM6 和TIM7，其他定时器都有输入捕获功能。STM32 的输入捕获，简单的说就是通过检测 TIMx_CHx 上的边沿信号，在边沿信号发生跳变（比如上升沿/下降沿）的时候，将当前定时器的值（TIMx_CNT）存放到对应的通道的捕获/比较寄存器（TIMx_CCRx）里面，完成一次捕获。同时还可以配置捕获时是否触发中断/DMA 等。
本章我们用到TIM5_CH1 来捕获高电平脉宽，也就是要先设置输入捕获为上升沿检测，记录发生上升沿的时候 TIM5_CNT 的值。然后配置捕获信号为下降沿捕获，当下降沿到来时，发生捕获，并记录此时的 TIM5_CNT 值。这样，前后两次TIM5_CNT 之差，就是高电平的脉宽，同时TIM5 的计数频率我们是知道的，从而可以计算出高电平脉宽的准确时间。

寄存器介绍

捕获/比较模式寄存器 1：TIMx_CCMR1

在这里插入图片描述

当在输入捕获模式下使用的时候， TIMx_CCMR1 明显是针对 2 个通道的配置，低八位[7：0]用于捕获/比较通道 1 的控制，而高八位[15：8]则用于捕获/比较通道2 的控制，因为TIMx 还有CCMR2 这个寄存器，所以可以知道CCMR2 是用来控制通道 3 和通道4。

重点介绍 TIMx_CMMR1 的[7:0]位（其实高8 位配置类似），TIMx_CMMR1 的[7:0]位详细描述见图 15.1.2 所示：

在这里插入图片描述

CC1S[1:0]：这两个位用于CCR1 的通道配置，这里我们设置IC1S[1:0]=01，也就是配置 IC1 映射在 TI1 上，即 CC1 对应TIMx_CH1。

输入捕获1 预分频器 IC1PSC[1:0]：我们是1 次边沿就触发1 次捕获，所以选择00。

输入捕获1 滤波器 IC1F[3:0]：设置输入采样频率和数字滤波器长度。其中，fCK_INT是定时器的输入频率（TIMxCLK），一般为 72Mhz，而 fDTS 则是根据 TIMx_CR1 的 CKD[1:0]的设置来确定的，如果CKD[1:0]设置为00，那么fDTS = fCK_INT，N 值就是滤波长度。当N*fCK_INT的时间里持续触发则是一个有效触发。
举个简单的例子：假设 IC1F[3:0]=0011，并设置 IC1 映射到通道 1 上，且为上升沿触发，那么在捕获到上升沿的时候，再以 fCK_INT 的频率，连续采样到 8 次通道1 的电平，如果都是高电平，则说明却是一个有效的触发，就会触发输入捕获中断（如果开启了的话）。这样可以滤除那些高电平脉宽低于8 个采样周期的脉冲信号，从而达到滤波的效果。这里，我们不做滤波处理，所以设置IC1F[3:0]=0000，只要采集到上升沿，就触发捕获。

捕获/比较使能寄存器 TIMx_CCER

我们要用到这个寄存器的最低 2 位，CC1E 和 CC1P 位。要使能输入捕获，必须设置CC1E=0，而CC1P 则根据自己的需要来配置。
在这里插入图片描述

DMA/中断使能寄存器 TIMx_DIER

我们需要用到中断来处理捕获数据，所以必须开启通道 1 的捕获比较中断，即CC1IE 设置为 1。

控制寄存器 TIMx_CR1

我们只用到了它的最低位，也就是用来使能定时器的。

捕获/比较寄存器1 TIMx_CCR1

该寄存器用来存储捕获发生时，TIMx_CNT的值，我们从TIMx_CCR1 就可以读出通道1 捕获发生时刻的TIMx_CNT 值，通过两次捕获（一次上升沿捕获，一次下降沿捕获）的差值，就可以计算出高电平脉冲的宽度。

步骤

1）开启TIM5 时钟和GPIOA 时钟，配置PA0 为下拉输入。

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM5, ENABLE); //使能TIM5 时钟 
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);  //使能GPIOA 时钟

2）初始化TIM5,设置TIM5 的ARR 和PSC。

TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure; 
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设定计数器自动重装值 
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //设置预分频值 
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; // TDTS = Tck_tim 
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM 向上计数模式 
TIM_TimeBaseInit(TIM5, &TIM_TimeBaseStructure); //根据指定的参数初始化Tim5

3）设置TIM5 的输入比较参数，开启输入捕获
输入比较参数的设置包括映射关系，滤波,分频以及捕获方式等。这里我们需要设置通道 1为输入模式，且IC1 映射到 TI1(通道1)上面，并且不使用滤波（提高响应速度）器，上升沿捕获。

void TIM_ICInit(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_ICInitTypeDef* TIM_ICInitStruct);

 typedef struct 
 {
     uint16_t TIM_Channel;   //设置通道
     uint16_t TIM_ICPolarity;//设置输入信号的有效捕获极性
     uint16_t TIM_ICSelection; //设置映射关系  
     uint16_t TIM_ICPrescaler; //输入捕获分频系数  
     uint16_t TIM_ICFilter;//设置滤波器长度 
 }TIM_ICInitTypeDef; 



TIM_OC1PolarityConfig(TIM5,TIM_ICPolarity_Falling);

TIM_ICInitTypeDef  TIM5_ICInitStructure; 
TIM5_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1; //选择输入端 IC1 映射到TI1 上 
TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;//上升沿捕获   
TIM5_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI; //映射到TI1 上
TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;  //配置输入分频,不分频  
TIM5_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x00;//IC1F=0000 配置输入滤波器 不滤波
TIM_ICInit(TIM5, &TIM5_ICInitStructure);

4）使能捕获和更新中断（设置TIM5 的DIER 寄存器）

因为我们要捕获的是高电平信号的脉宽，所以，第一次捕获是上升沿，第二次捕获时下降，必须在捕获上升沿之后，设置捕获边沿为下降沿，同时，如果脉宽比较长，那么定时器就会溢出，对溢出必须做处理，否则结果就不准了。这两件事，我们都在中断里面做，所以必须开启捕获中断和更新中断。

TIM_ITConfig( TIM5,TIM_IT_Update|TIM_IT_CC1,ENABLE);//允许更新中断和捕获中断

5）设置中断分组，编写中断服务函数

if (TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_Update) != RESET){}//判断是否为更新中断 
if (TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_CC1) != RESET){}//判断是否发生捕获事件 
TIM_ClearITPendingBit(TIM5, TIM_IT_CC1|TIM_IT_Update);//清除中断和捕获标志位

6）使能定时器（设置TIM5 的CR1 寄存器）

TIM_Cmd(TIM5,ENABLE );  //使能定时器 5

time.c

#include "time.h"
#include "usart.h"
//定时器5通道1输入捕获配置

TIM_ICInitTypeDef  TIM5_ICInitStructure;

void TIM5_Cap_Init(u16 arr,u16 psc)
{	 
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
   	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM5, ENABLE);	//使能TIM5时钟
 	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);  //使能GPIOA时钟
	
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin  = GPIO_Pin_0;  //PA0 清除之前设置  
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD; //PA0 输入  
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0);						 //PA0 下拉
	
	//初始化定时器5 TIM5	 
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设定计数器自动重装值 
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; 	//预分频器   
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上计数模式
	TIM_TimeBaseInit(TIM5, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位
  
	//初始化TIM5输入捕获参数
	TIM5_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1; //CC1S=01 	选择输入端 IC1映射到TI1上
  	TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;	//上升沿捕获
  	TIM5_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI; //映射到TI1上
  	TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;	 //配置输入分频,不分频 
  	TIM5_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x00;//IC1F=0000 配置输入滤波器 不滤波
  	TIM_ICInit(TIM5, &TIM5_ICInitStructure);
	
	//中断分组初始化
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM5_IRQn;  //TIM5中断
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;  //先占优先级2级
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;  //从优先级0级
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道被使能
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  //根据NVIC_InitStruct中指定的参数初始化外设NVIC寄存器 
	
	TIM_ITConfig(TIM5,TIM_IT_Update|TIM_IT_CC1,ENABLE);//允许更新中断 ,允许CC1IE捕获中断	
	
   	TIM_Cmd(TIM5,ENABLE ); 	//使能定时器5
   


}

u8  TIM5CH1_CAPTURE_STA=0;	//输入捕获状态		    				
u16	TIM5CH1_CAPTURE_VAL;	//输入捕获值
 
//定时器5中断服务程序	 
void TIM5_IRQHandler(void)
{ 

 	if((TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X80)==0)//还未成功捕获	
	{	  
		if (TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_Update) != RESET)
		 
		{	    
			if(TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X40)//已经捕获到高电平了，但还未捕获到低电平
			{
				if((TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X3F)==0X3F)//高电平太长了
				{
					TIM5CH1_CAPTURE_STA|=0X80;//标记成功捕获了一次
					TIM5CH1_CAPTURE_VAL=0XFFFF;
				}else TIM5CH1_CAPTURE_STA++;
			}	 
		}
	if (TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_CC1) != RESET)//捕获1发生捕获事件
		{	
			if(TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X40)		//看看有没有捕获到上升沿	
			{	  			
				TIM5CH1_CAPTURE_STA|=0X80;		//标记成功捕获到一次上升沿，这是一次下降沿，按键结束
				TIM5CH1_CAPTURE_VAL=TIM_GetCapture1(TIM5);
		   		TIM_OC1PolarityConfig(TIM5,TIM_ICPolarity_Rising); //CC1P=0 设置为上升沿捕获
			}else  								//还未开始,第一次捕获上升沿
			{
				TIM5CH1_CAPTURE_STA=0;			//清空
				TIM5CH1_CAPTURE_VAL=0;
	 			TIM_SetCounter(TIM5,0);
				TIM5CH1_CAPTURE_STA|=0X40;		//标记捕获到了上升沿
		   		TIM_OC1PolarityConfig(TIM5,TIM_ICPolarity_Falling);		//CC1P=1 设置为下降沿捕获
			}		    
		}			     	    					   
 	}
 
    TIM_ClearITPendingBit(TIM5, TIM_IT_CC1|TIM_IT_Update); //清除中断标志位
 
}

main.c

#include "delay.h"
#include "key.h"
#include "sys.h"
#include "usart.h"
#include "timer.h"

 


extern u8  TIM5CH1_CAPTURE_STA;		//输入捕获状态		    				
extern u16	TIM5CH1_CAPTURE_VAL;	//输入捕获值	
 int main(void)
 {		
 	u32 temp=0; 
	delay_init();	    	 //延时函数初始化	  
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);	 //设置NVIC中断分组2:2位抢占优先级，2位响应优先级
	uart_init(115200);	 //串口初始化为115200
 	LED_Init();			     //LED端口初始化
 	TIM5_Cap_Init(0XFFFF,72-1);	//以1Mhz的频率计数 
   	while(1)
	{
 		delay_ms(10);
		 		 
 		if(TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X80)//成功捕获到了一次下降沿
		{
			temp=TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X3F;
			temp*=65536;//溢出时间总和
			temp+=TIM5CH1_CAPTURE_VAL;//得到总的高电平时间
			printf("HIGH:%d us\r\n",temp);//打印总的高点平时间
			TIM5CH1_CAPTURE_STA=0;//开启下一次捕获
		}
	}
 }

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