STM32学习笔记（6_6）- TIM定时器的输入捕获模式测频率和PWMI模式测频率占空比代码

无人问津也好，技不如人也罢，都应静下心来，去做该做的事。

最近在学STM32，所以也开贴记录一下主要内容，省的过目即忘。视频教程为江科大（改名江协科技），网站jiangxiekeji.com

现在开始上难度，STM32功能最强大、结构最复杂的外设——定时器，分四期介绍。

第一期介绍最基础的定时功能理论、定时器中断和定时器内外时钟源选择的代码。

第二期介绍定时器输出比较功能的代码，输出比较功能常用产生PWM波驱动电机。

本期介绍定时器输入捕获功能代码，常用测量方波频率。

最后介绍定时器的编码器接口，更方便读取正交编码器的输出波形，常用编码电机测速。

输入捕获常用函数

照旧先介绍一些输入捕获常用函数

TIM_ICInit（选择哪个定时器，包含各个配置的结构体）：用结构体配置输入捕获单元的函数

和输出比较的初始化不同，TIM_ICInit的同一个定时器4个通道是共用一个函数的

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

和上个函数相似，都是用于初始化输入捕获单元的，但是TIM_ICInit函数只是单一地配置一个通道，而这个函数，可以快速配置两个通道。就是把外设电路配置成PWMI模式。

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

可以给输入捕获结构体赋一个初始值，

void TIM_ICStructInit(TIM_ICInitTypeDef* TIM_ICInitStruct);

选择输入触发源TRGI，对应从模式的触发源选择，比如用来选择TI1FP1

void TIM_SelectInputTrigger(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_InputTriggerSource);

选择输出触发源TRGO，对应主模式的触发源选择

void TIM_SelectOutputTrigger(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_TRGOSource);

选择从模式

void TIM_SelectSlaveMode(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_SlaveMode);

分别单独配置通道1、2、3、4的分频器，这个参数结构体里也可以配置，是一样的效果

void TIM_SetIC1Prescaler(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_ICPSC);
void TIM_SetIC2Prescaler(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_ICPSC);
void TIM_SetIC3Prescaler(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_ICPSC);
void TIM_SetIC4Prescaler(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_ICPSC);

分别读取4个通道的CCR，输入捕获模式下，CCR是只读的，要用GetCapture读出

uint16_t TIM_GetCapture1(TIM_TypeDef* TIMx);
uint16_t TIM_GetCapture2(TIM_TypeDef* TIMx);
uint16_t TIM_GetCapture3(TIM_TypeDef* TIMx);
uint16_t TIM_GetCapture4(TIM_TypeDef* TIMx);

两个程序现象

第一个是输入捕获模式测频率

在这里，为了测量外部信号的频率，我们先得有个信号源，产生一个频率和占空比可调的波形。这里借用上期的代码，先用PWM模块，在PA0端口输出一个频率和占空比可调的波形。然后我们测量波形的输入口是PA6，直接用杜邦线把PA0和PA6连起来，这样就能测量自己PWM模块产生波形的频率了

接线图

初始化操作步骤

借用的PWM模块需要做些修改，目前这个PWM代码的逻辑是，初始化TIM2的通道1，产生一个PWM波形，输出脚是PA0，然后通过下面这个SetCompare1的函数可以调节CCR1寄存器的值，从而控制PWM的占空比，但是目前PWM的频率。是在初始化里写好了的，是固定的。运行时不方便调节，所以我们在最后再加一个函数，用来便捷地调节PWM频率。

我们知道PWM频率=更新频率=72M/（PSC+1）/（ARR+1），所以PSC和ARR都可以调节频率。但是占空比=CCR/（ARR+1），实际通过ARR调节频率，还同时会影响到占空比，而通过PSC调节频率，不会影响占空比，显然比较方便。

所以我们的计划是，固定ARR为100-1，通过调节PSC来改变PWM频率，另外ARR为100-1，CCR的数值直接就是占空比，比较直观。

一般我们可以根据分辨率的要求，先确定好ARR。比如分辨率，1%就足够了，那ARR给100-1，这样PSC决定频率，CCR决定占空比，这样就i好算。如果我想要更高的分辨率，比如0,1%，那ARR就先固定1000-1，这样频率就是72M/预分频/1000，占空比就是CCR/1000。

因此我们后面需要再写一个函数，在初始化PWM之后单独修改PSC，在这里面，我们就要调用库函数里单独写入PSC的函数了，在tim.h里找下

TIM_PrescalerConfig（TIM2，要写入PSC的值，重装模式）

重装模式：就是你写入的值，是立刻生效，还是在更新事件生效

void TIM_PrescalerConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t Prescaler, uint16_t TIM_PSCReloadMode);

具体的代码步骤按照下图的基本结构来配置

1、RCC开启时钟，把GPIO和TIM的时钟打开，这里用TIM3_CH1即PA6

	/*开启时钟*/
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);			//开启TIM3的时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);			//开启GPIOA的时钟

2、GPIO初始化，把GPIO配置成输入模式，一般选择上拉输入或者浮空输入模式

	/*GPIO初始化*/
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);							//将PA6引脚初始化为上拉输入

3、配置时基单元，让CNT计数器在内部时钟的驱动下自增运行。

ARR计数重装值，设置大一些，防止计数溢出，这里取最大65536-1

PSC预分频值暂时先给72-1，这样标准频率就是72M/72=1MHz

	/*时基单元初始化*/
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;				//定义结构体变量
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;     //时钟分频，选择不分频，此参数用于配置滤波器时钟，不影响时基单元功能
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //计数器模式，选择向上计数
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 65536 - 1;               //计数周期，即ARR的值
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1;               //预分频器，即PSC的值
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;            //重复计数器，高级定时器才会用到
	TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseInitStructure);             //将结构体变量交给TIM_TimeBaseInit，配置TIM3的时基单元

4、配置输入捕获功能，包括滤波器、极性、直连通道还是交叉通道、分频器这些参数，用一个结构体就可以统一进行配置了

	/*输入捕获初始化*/
	TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;							//定义结构体变量
	TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1;				//选择配置定时器通道1
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0xF;							//输入滤波器参数，可以过滤信号抖动
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;		//极性，选择为上升沿触发捕获
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;			//捕获预分频，选择不分频，每次信号都触发捕获
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;	//输入信号交叉，选择直通，不交叉
	TIM_ICInit(TIM3, &TIM_ICInitStructure);							//将结构体变量交给TIM_ICInit，配置TIM3的输入捕获通道

5、选择从模式的触发源，触发源选择为TI1FP1，这里调用一个库函数，给一个参数就行了

6、选择触发之后执行的操作，执行Reset操作，这里也是调用一个库函数就行了

	/*选择触发源及从模式*/
	TIM_SelectInputTrigger(TIM3, TIM_TS_TI1FP1);					//触发源选择TI1FP1
	TIM_SelectSlaveMode(TIM3, TIM_SlaveMode_Reset);					//从模式选择复位
																	//即TI1产生上升沿时，会触发CNT归零

7、最后，当这些电路都配置好之后，调用TIM_Cmd函数，开启定时器。

	/*TIM使能*/
	TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);			//使能TIM3，定时器开始运行

这样所有的电路就能配合起来，按照我们的要求工作了。当我们需要读取最新一个周期的频率时，直接读取CCR寄存器，然后按照fc/N。计算一下就行了，这就是整个程序的思路。

/**
  * 函    数：获取输入捕获的频率
  * 参    数：无
  * 返 回 值：捕获得到的频率
  */
uint32_t IC_GetFreq(void)
{
	return 1000000 / (TIM_GetCapture1(TIM3) + 1);		//测周法得到频率fx = fc / N，这里不执行+1的操作也可
}

完整代码展示

和之前一样，先在Hardware下新建输入捕获文件夹（IC），添加对应的.h、.c文件

main函数

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "PWM.h"
#include "IC.h"

int main(void)
{
	/*模块初始化*/
	OLED_Init();		//OLED初始化
	PWM_Init();			//PWM初始化
	IC_Init();			//输入捕获初始化
	
	/*显示静态字符串*/
	OLED_ShowString(1, 1, "Freq:00000Hz");		//1行1列显示字符串Freq:00000Hz
	
	/*使用PWM模块提供输入捕获的测试信号*/
	PWM_SetPrescaler(720 - 1);					//PWM频率Freq = 72M / (PSC + 1) / 100
	PWM_SetCompare1(50);						//PWM占空比Duty = CCR / 100
	
	while (1)
	{
		OLED_ShowNum(1, 6, IC_GetFreq(), 5);	//不断刷新显示输入捕获测得的频率
	}
}

IC.h文件

#ifndef __IC_H
#define __IC_H

void IC_Init(void);
uint32_t IC_GetFreq(void);

#endif

IC.c文件

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

/**
  * 函    数：输入捕获初始化
  * 参    数：无
  * 返 回 值：无
  */
void IC_Init(void)
{
	/*开启时钟*/
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);			//开启TIM3的时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);			//开启GPIOA的时钟
	
	/*GPIO初始化*/
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);							//将PA6引脚初始化为上拉输入
	
	/*配置时钟源*/
	TIM_InternalClockConfig(TIM3);		//选择TIM3为内部时钟，若不调用此函数，TIM默认也为内部时钟
	
	/*时基单元初始化*/
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;				//定义结构体变量
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;     //时钟分频，选择不分频，此参数用于配置滤波器时钟，不影响时基单元功能
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //计数器模式，选择向上计数
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 65536 - 1;               //计数周期，即ARR的值
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1;               //预分频器，即PSC的值
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;            //重复计数器，高级定时器才会用到
	TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseInitStructure);             //将结构体变量交给TIM_TimeBaseInit，配置TIM3的时基单元
	
	/*输入捕获初始化*/
	TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;							//定义结构体变量
	TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1;				//选择配置定时器通道1
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0xF;							//输入滤波器参数，可以过滤信号抖动
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;		//极性，选择为上升沿触发捕获
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;			//捕获预分频，选择不分频，每次信号都触发捕获
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;	//输入信号交叉，选择直通，不交叉
	TIM_ICInit(TIM3, &TIM_ICInitStructure);							//将结构体变量交给TIM_ICInit，配置TIM3的输入捕获通道
	
	/*选择触发源及从模式*/
	TIM_SelectInputTrigger(TIM3, TIM_TS_TI1FP1);					//触发源选择TI1FP1
	TIM_SelectSlaveMode(TIM3, TIM_SlaveMode_Reset);					//从模式选择复位
																	//即TI1产生上升沿时，会触发CNT归零
	
	/*TIM使能*/
	TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);			//使能TIM3，定时器开始运行
}

/**
  * 函    数：获取输入捕获的频率
  * 参    数：无
  * 返 回 值：捕获得到的频率
  */
uint32_t IC_GetFreq(void)
{
	return 1000000 / (TIM_GetCapture1(TIM3) + 1);		//测周法得到频率fx = fc / N，这里不执行+1的操作也可
}

第二个是PWMI模式测频率和占空比

STM32的输入捕获还设计了一个PWMI模式，即PWM输入模式，

OLED第一行显示频率，当前是1000Hz；第二行显示占空比，当前是50%

接线图

这两个程序的接线图是一样的

初始化操作步骤

首先，开启时钟、GPIO和时基单元，都不需要更改，和测频率一样。然后输入捕获初始化的部分，需要升级，配置成两个通道同时捕获同一个引脚的模式。

怎么配置？

方法一：把这个通道初始化的部分，复制一份，这个结构体定义的不要复制了，通道1改为通道2、直连输入改为交叉输入、上升沿触发改为下降沿触发。

方法二：方法一太繁琐，所以可用之前说的TIM_PWMIConfig函数，

	/*PWMI模式初始化*/
	TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;							//定义结构体变量
	TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1;				//选择配置定时器通道1
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0xF;							//输入滤波器参数，可以过滤信号抖动
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;		//极性，选择为上升沿触发捕获
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;			//捕获预分频，选择不分频，每次信号都触发捕获
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;	//输入信号交叉，选择直通，不交叉
	TIM_PWMIConfig(TIM3, &TIM_ICInitStructure);						//将结构体变量交给TIM_PWMIConfig，配置TIM3的输入捕获通道
																	//此函数同时会把另一个通道配置为相反的配置，实现PWMI模式

然后再新加一个获取占空比的函数即可，高电平的计数值存在CCR2里，整个周期的数值存在CCR1里，我们用CCR2/CCR1，就能得到占空比了

/**
  * 函    数：获取输入捕获的占空比
  * 参    数：无
  * 返 回 值：捕获得到的占空比
  */
uint32_t IC_GetDuty(void)
{
	return (TIM_GetCapture2(TIM3) + 1) * 100 / (TIM_GetCapture1(TIM3) + 1);	//占空比Duty = CCR2 / CCR1 * 100，这里不执行+1的操作也可
}

完整代码就不展示了，就在main函数中加了显示占空比的函数，和显示频率的函数没什么区别。