原创 【连载】【ALIENTEK 战舰STM32开发板】STM32开发指南--第十五章 输入捕获实验

第十五章 输入捕获实验

        上一章，我们介绍了STM32的通用定时器作为PWM输出的使用方法，这一章，我们将向大家介绍通用定时器作为输入捕获的使用。在本章中，我们将用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，从本章分为如下几个部分：

15.1 输入捕获简介

15.2 硬件设计

15.3 软件设计

15.4 下载验证

15.1 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。

接下来，我们介绍我们本章需要用到的一些寄存器配置，需要用到的寄存器有：TIMx_ARR、TIMx_PSC、TIMx_CCMR1、TIMx_CCER、TIMx_DIER、TIMx_CR1、TIMx_CCR1这些寄存器在前面2章全部都有提到(这里的x=5)，我们这里就不再全部罗列了，我们这里针对性的介绍这几个寄存器的配置。

首先TIMx_ARR和TIMx_PSC，这两个寄存器用来设自动重装载值和TIMx的时钟分频，用法同前面介绍的，我们这里不再介绍。

再来看看捕获/比较模式寄存器1：TIMx_CCMR1，这个寄存器在输入捕获的时候，非常有用，有必要重新介绍，该寄存器的各位描述如图15.1.1所示：

 

图15.1.1 TIMx_CCMR1寄存器各位描述

       当在输入捕获模式下使用的时候，对应图15.1.1的第二行描述，从图中可以看出，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（详见《STM32参考手册》290页，14.4.8节）。

       这里我们用到的是TIM5的捕获/比较通道1，我们重点介绍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：

 

图15.1.2 TIMx_CMMR1 [7:0]位详细描述

其中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（关于IC1，TI1不明白的，可以看《STM32参考手册》14.2节的图98-通用定时器框图），即CC1对应TIMx_CH1。

输入捕获1预分频器IC1PSC[1:0]，这个比较好理解。我们是1次边沿就触发1次捕获，所以选择00就是了。

输入捕获1滤波器IC1F[3:0]，这个用来设置输入采样频率和数字滤波器长度。其中，是定时器的输入频率（TIMxCLK），一般为72Mhz，而则是根据TIMx_CR1的CKD[1:0]的设置来确定的，如果CKD[1:0]设置为00，那么=。N值就是滤波长度，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 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。

再来看看捕获/比较使能寄存器：TIMx_CCER，该寄存器的各位描述见图14.1.2（在第14章）。本章我们要用到这个寄存器的最低2位，CC1E和CC1P位。这两个位的描述如图15.1.3所示：

 
 

图15.1.3 TIMx_CCER最低2位描述

       所以，要使能输入捕获，必须设置CC1E=1，而CC1P则根据自己的需要来配置。

接下来我们再看看DMA/中断使能寄存器：TIMx_DIER，该寄存器的各位描述见图13.1.2（在第13章），本章，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，这里前面两章都有介绍，请大家参考前面的章节。

最后再来看看捕获/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。

至此，我们把本章要用的几个相关寄存器都介绍完了，本章要实现通过输入捕获，来获取TIM5_CH1(PA0)上面的高电平脉冲宽度，并从串口打印捕获结果。下面我们介绍输入捕获的配置步骤：

1）开启TIM5时钟，配置PA0为下拉输入。

要使用TIM5，我们必须先开启TIM5的时钟(通过APB1ENR设置)。这里我们还要配置PA0为下拉输入，因为我们要捕获TIM5_CH1上面的高电平脉宽，而TIM5_CH1是连接在PA0上面的。

2）设置TIM5的ARR和PSC。

在开启了TIM5的时钟之后，我们要设置ARR和PSC两个寄存器的值来设置输入捕获的自动重装载值和计数频率。

3）设置TIM5的CCMR1

TIM5_CCMR1寄存器控制着输入捕获1和2的模式，包括映射关系，滤波和分频等。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。

4）设置TIM5的CCER，开启输入捕获，并设置为上升沿捕获。

TIM5_CCER寄存器是定时器的开关，并且可以设置输入捕获的边沿。只有TIM5_CCER寄存器使能了输入捕获，我们的外部信号，才能被TIM5捕获到，否则一切白搭。同时要设置好捕获边沿，才能得到正确的结果。

5）设置TIM5的DIER，使能捕获和更新中断，并编写中断服务函数

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，第二次捕获时下降沿，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。

设置了中断必须编写中断函数，否则可能导致死机。我们需要在中断函数里面完成数据处理和捕获设置等关键操作，从而实现高电平脉宽统计。

6）设置TIM5的CR1，使能定时器

最后，必须打开定时器的计数器开关，通过设置TIM5_CR1的最低位为1，启动TIM5的计数器，开始输入捕获。

通过以上6步设置，定时器5的通道1就可以开始输入捕获了，同时因为还用到了串口输出结果，所以还需要配置一下串口。

15.2 硬件设计

本实验用到的硬件资源有：

指示灯DS0

WK_UP按键

串口

定时器TIM3

定时器TIM5

        前面4个，在之前的章节均有介绍。本节，我们将捕获TIM5_CH1（PA0）上的高电平脉宽，通过WK_UP按键输入高电平，并从串口打印高电平脉宽。同时我们保留上节的PWM输出，大家也可以通过用杜邦线连接PB5和PA0，来测量PWM输出的高电平脉宽。

详细内容和源码，见附件！