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[教程] 计算STM32 输入捕获的脉冲宽度及频率

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    [LV.2]偶尔看看I

    发表于 2017-7-31 14:30:14 |显示全部楼层
    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。以下是对脉冲宽度及频率的计算。
    1、脉冲宽度
    如下图所示,采集该高电平脉冲的宽度,只需要进入输入捕获上升沿检测,记录当前的发生上升沿时的CNT值,再进行输入捕获下降沿检测,也记录当前发生下降沿时的CNT值,两次CNT值的差值再根据计数的频率就可以算出脉冲的宽度。
    TIM截图20170731142203.png


    上升沿及下降沿捕获的程序具体实现如下:
    1. TIM8_Cap_Init(0XFFFF,72-1);                                          //以1Mhz的频率计数

    2. void TIM8_UP_IRQHandler(void)
    3. {
    4.     if((TIM8CH4_CAPTURE_STA&0X80)==0)                            //还未成功捕获   
    5.     {     
    6.         if (TIM_GetITStatus(TIM8,TIM_IT_Update) != RESET)
    7.         {      
    8.             if(TIM8CH4_CAPTURE_STA&0X40)                 //已经捕获到高电平了
    9.             {
    10.                 if((TIM8CH4_CAPTURE_STA&0X3F)==0X3F) //高电平太长了
    11.                 {
    12.                     TIM8CH4_CAPTURE_STA|=0X80;   //标记成功捕获了一次
    13.                     TIM8CH4_CAPTURE_VAL=0XFFFF;
    14.                 }
    15.                 else
    16.                     TIM8CH4_CAPTURE_STA++;       //捕获高电平后定时器溢出的次数++
    17.             }   
    18.         }
    19.                            
    20.     }
    21.     TIM_ClearITPendingBit(TIM8,TIM_IT_Update);                  //清除中断标志位
    22. }
    23. void TIM8_CC_IRQHandler(void)
    24. {
    25.    if((TIM8CH4_CAPTURE_STA&0X80)==0)
    26.    {
    27.        if(TIM_GetITStatus(TIM8,TIM_IT_CC4) != RESET)           //捕获1发生捕获事件
    28.         {   
    29.                  if(TIM8CH4_CAPTURE_STA&0X40)          //捕获到一个下降沿      
    30.                 {               
    31.                     TIM8CH4_CAPTURE_STA|=0X80;//标记成功捕获到一次高电平脉宽
    32.                     TIM8CH4_CAPTURE_VAL=TIM_GetCapture4(TIM8);
    33.                     TIM_OC4PolarityConfig(TIM8,TIM_ICPolarity_Rising); //CC1P=0 设置为上升沿捕获
    34.                 }
    35.                 else                  //还未开始,第一次捕获上升沿
    36.                 {
    37.                     TIM8CH4_CAPTURE_STA=0;    //清空
    38.                     TIM8CH4_CAPTURE_VAL=0;
    39.                     TIM_SetCounter(TIM8,0);   //计数器清零
    40.                     TIM8CH4_CAPTURE_STA|=0X40;//标记捕获到了上升沿
    41.                     TIM_OC4PolarityConfig(TIM8,TIM_ICPolarity_Falling);//CC1P=1 设置为下降沿捕获
    42.                 }                           
    43.         }
    44.    }
    45.     TIM_ClearITPendingBit(TIM8, TIM_IT_CC4);                      //清除中断标志位
    复制代码
    程序中定时器输入捕获配置的TIM8CH4通道,CNT计数的频率1MHZ,即计数1个就是1us。TIM8_UP_IRQHandler是一个定时中断函数,根据TIM8_Cap_Init(0XFFFF,72-1)可知65536us会中断一次,所以总的脉冲宽度时间如下:
    1. temp=TIM8CH4_CAPTURE_STA&0X3F;      //从TIM8_UP_IRQHandler中断知中捕获上升沿及下降沿期间进行此中断的次数
    2. temp*=65536;//溢出时间总和
    3. temp+=TIM8CH4_CAPTURE_VAL;          //得到总的高电平时间  TIM8CH4_CAPTURE_VAL为CNT计数的值
    复制代码
    2、频率测量
    如下图所示,测量脉冲的频率,则分别采集两次输入捕获上升沿的CNT值,脉冲的频率=f/△CNT
    TIM截图20170731142218.png


    两次上升沿捕获的程序具体实现如下:
    1. TIM8_Cap_Init(0XFFFF,72-1);    //以1Mhz的频率计数

    2. void TIM8_CC_IRQHandler(void)
    3. {
    4.    if(TIM_GetITStatus(TIM8,TIM_IT_CC4)!=RESET)
    5.    {
    6.        TIM_ClearITPendingBit(TIM8, TIM_IT_CC4);    //清除中断标志位
    7.            if(state==0)    //捕获第一个上升沿
    8.            {
    9.                state=1;
    10.            timecount=TIM_GetCapture4(TIM8);        //记录第一次上升沿的CNT值
    11.        }
    12.        else if(state==1)//捕获第二个上升沿
    13.        {
    14.                   state=0;
    15.           timecount1=TIM_GetCapture4(TIM8);   //记录第二次上升沿的CNT值
    16.                if(timecount<timecount1)
    17.                {
    18.                  test=timecount1-timecount;           //两次上升沿的差值
    19.            }
    20.            else if(timecount>timecount1)
    21.            {
    22.                  test=(0xffff-timecount)+timecount1;  //两次上升沿的差值
    23.            }
    24.            else
    25.              test=0;

    26.              fq=1000000/test;                     //脉冲的频率
    27.        }
    28.    }
    29. }
    复制代码
    由程序可知配置的定时器的输入捕获的计数的频率为1MHZ,两次捕获上升沿的差值test为计数器CNT计的次数,所以总的周期即为T=1us*test,所以频率就fq=1000000/test HZ;
    另外,测量频率除了还可以使用定时器的外部脉冲信号计数来进行。
    3、定时器的外部计数模式测频率
    因为STM32有外部时钟源模式,即可以根据外部脉冲信号进行计数,然后另外设定定时器定时中断去读取计数器的值,频率=CNT/定时中断时间。程序代码实现如下:
    1. TIM3_Int_Init(9999,7199);    //定时1s中断一次  
    2. TIM2_Cap_Init();             //外部信号引脚脉冲检测 TIM2_CH1_ETR
    3. void TIM2_Cap_Init(void)                                        //配置 TIM2_CH1_ETR 为外部脉冲计数
    4. {   
    5.     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    6.     TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;

    7.     RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);    //使能TIM2时钟
    8.     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);   //使能GPIOA时钟
    9.    
    10.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin  = GPIO_Pin_0;              //PA0 清除之前设置  
    11.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD;           //PA0 输入  
    12.     GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    13.     GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0);                       //PA0 下拉
    14.    
    15.     //初始化定时器2 TIM2   
    16.     TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 0xFFFF;              //设定计数器自动重装值
    17.     TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =0;             //预分频器   
    18.     TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
    19.     TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上计数模式
    20.     TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);         //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位
    21.     TIM_ITRxExternalClockConfig(TIM2,TIM_TS_ETRF);          //配置外部触发,否则不会计数
    22.     TIM_ETRClockMode2Config(TIM2, TIM_ExtTRGPSC_OFF, TIM_ExtTRGPolarity_NonInverted, 0);
    23.     TIM_SetCounter(TIM2, 0);        
    24.     TIM_Cmd(TIM2,ENABLE );                                  //使能定时器2

    25. }
    26. /*******************************************************************************
    27. * 名称: TIM3_IRQHandler
    28. * 功能: 通用定时器3中断服务函数
    29. * 形参: 无
    30. * 返回: 无
    31. * 说明: 1S定时中断一次
    32. ******************************************************************************/
    33. void TIM3_IRQHandler(void)
    34. {
    35.     if(TIM_GetITStatus(TIM3,TIM_IT_Update)!= RESET)      //检查TIM3更新中断发生与否
    36.     {
    37.             TIM_ClearITPendingBit(TIM3,TIM_IT_Update);  //清除TIMx更新中断标志
    38.          
    39.         CNT=TIM_GetCounter(TIM2);                   //读取1s内计数器计的CNT值
    40.                 fq=CNT;                                     //脉冲的频率
    41.         TIM_SetCounter(TIM2,0);
    42.         }
    43. }
    复制代码
    因为知道定时中断时间为1s,所以测量的频率fq=CNT/1(HZ),频率的计算及脉冲宽度的测量有以上方法测试。
    by 羊羊得亿
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