《STM32中文參考手冊V10》-第14章  通用定時器

通用定時器輸入捕獲概述

輸入捕獲的工作原理

在通用定時器框圖中，主要涉及到最頂上的一部分（計數時鐘的選擇）、中間部分（時基單元）、左下部分（輸入捕獲

輸入捕獲模式可以用來測量脈衝寬度或者測量頻率。STM32的定時器，除了TIM6、TIM7，其他的定時器都有輸入捕獲的功能。下面以一個簡單的脈衝輸入為例，簡單地講述一下輸入捕獲用於測量脈衝寬度的工作原理：

先設定輸入捕獲為上升沿檢測，記錄發生上升沿時TIMx_CNT的值。然後配置捕獲訊號為下降沿捕獲，當下降沿到來的時候發生捕獲，並記錄此時的TIMx_CNT的值。這樣，前後兩次TIMx_CNT的值之差就是高電平的脈寬。同時根據TIM的計數頻率，我們就能知道高電平脈寬的準確時間。

輸入捕獲的通道概覽

每一個捕獲/比較通道都是圍繞著一個捕獲/比較暫存器（包含影子暫存器），包括捕獲的輸入部分（數字濾波、多路複用和預分頻器），和輸出部分（比較器和輸出控制）。

捕獲/比較模組由一個預裝載暫存器和一個影子暫存器組成。讀寫過程僅操作預裝載暫存器。

• 在捕獲模式下，捕獲發生在影子暫存器上，然後再複製到預裝載暫存器中。 
• 在比較模式下，預裝載暫存器的內容被複制到影子暫存器中，然後影子暫存器的內容和計數器進行比較。

輸入部分對相應的TIx輸入訊號取樣，併產生一個濾波後的訊號TIxF。然後，一個帶極性選擇的邊緣檢測器產生一個訊號（TIxFPx），它可以作為從模式控制器的輸入觸發或者作為捕獲控制。該訊號通過預分頻進入捕獲暫存器（ICxPS）。

一句話總結工作過程：通過檢測TIMx_CHx通道上的邊沿訊號，在邊沿訊號發生跳變（比如上升沿/下降沿）的時候，將當前定時器的值（TIMx_CNT）存放到對應的捕獲/比較暫存器（TIMx_CCRx）裡面，完成一次捕獲。同時，還可以配置捕獲時是否觸發中斷/DMA等。

輸入捕獲的工作過程

將輸入捕獲的通道圖進行分解，分解成四個部分，下面對這四個部分進行分析來了解輸入捕獲的工作過程：

設定輸入捕獲濾波器

輸入捕獲濾波器IC1F[3:0]，這個用於設定取樣頻率和數字濾波器長度。其中：fCK_INT是定時器的輸入頻率，fDTS是根據TIMx_CR1的CKD[1:0]的設定來確定的。

這裡濾波器的作用是什麼意思呢？數字濾波器由一個事件計數器組成，它記錄到N個事件後會產生一個輸出的跳變。也就是說連續N次取樣，如果都是高電平，則說明這是一個有效的觸發，就會進入輸入捕捉中斷（如果設定了的話）。這樣就可以濾除那些高電平脈寬低於8個取樣週期的脈衝訊號，從而達到濾波的作用。

設定輸入捕捉極性

這裡是設定捕捉事件是發生在上升沿還是下降沿。

設定輸入捕獲對映關係

由於我們只顯示了一路通道的通道圖，如果在幾條通路的情況下：

在TIMx_CH1和TIMx_CH2兩條通道的情況下，我們可以看出除了TIMx_CH1捕捉到的訊號可以連線到IC1，TIMx_CH2捕捉到的訊號可以連線到IC2之外，TIMx_CH1捕捉到的訊號也可以連線到IC2，TIMx_CH2捕捉到的訊號也可以連線到IC1。

一般情況下，我們設定成TIMx_CH1捕捉到的訊號可以連線到IC1，TIMx_CH2捕捉到的訊號可以連線到IC2。

設定輸入捕獲分頻器

這裡設定的是每N個事件觸發一次捕捉。也就是說，我們可以設定成，每2次上升沿事件觸發一次捕捉。

輸入捕獲相關配置暫存器

捕獲/比較模式暫存器1（TIMx_CCMR1）

作用：在輸入捕獲模式下，確定數字濾波器、通道對映、預分頻係數。

捕獲/比較使能暫存器（TIMx_CCER）

作用：在輸入捕獲模式下，確定捕捉極性和捕捉使能。

捕獲/比較暫存器1（TIMx_CCR1）

作用：在輸入捕獲模式下，確定上一次輸入捕捉事件傳輸的計數值。

輸入捕獲相關配置庫函式

• 1個輸入初始化函式

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

作用：初始化捕獲通道、濾波器、捕獲極性、對映關係、分頻係數等引數。

注意：由於輸出初始化函式將所有的4個通道的函式分開各自定義了一個函式，而輸入初始化函式並沒有這麼做。所以在輸入初始化函式中，需要指定捕獲通道。

• 1個引數獲取函式

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);

作用：在四個通道中選擇一個，確定上一次輸入捕捉事件傳輸的計數值。

• 1個引數設定函式

void TIM_OC1PolarityConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCPolarity);
void TIM_OC2PolarityConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCPolarity);
void TIM_OC3PolarityConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCPolarity);
void TIM_OC4PolarityConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCPolarity);

作用：在四個通道中選擇一個，設定通道極性。通常在初始化函式中已經設定了通道極性，此函式用於除初始化之外的修改。

輸入捕獲的一般步驟

例項要求：使用TIM5的通道1（PA0）來作為輸入捕獲，捕獲PA0上高電平的脈寬（用WK_UP按鍵輸入高電平），通過串列埠列印高電平脈衝時間。

• 初始化定時器和通道對應IO的時鐘；
• 初始化IO口，模式為輸入。呼叫函式：GPIO_Init()；
• 初始化定時器ARR，PSC。呼叫函式：TIM_TimeBaseInit()；
• 初始化輸入捕獲通道。呼叫函式：TIM_ICInit()；
• 如果要開啟捕獲中斷。呼叫函式：TIM_ITConfig()；NVIC_Init()；
• 使能定時器。呼叫函式：TIM_Cmd()；
• 編寫中斷服務函式。呼叫函式：TIMx_IRQHandler()。

下面按照這個一般步驟來進行一個簡單的輸入捕獲程式：

//定時器5通道1輸入捕獲配置

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時鐘
 	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);  //使能GPIOA時鐘
	
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin  = GPIO_Pin_0;  //PA0 清除之前設定  
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD; //PA0 輸入  
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0);						 //PA0 下拉
	
	//初始化定時器5 TIM5	 
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //設定計數器自動重灌值 
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; 	//預分頻器   
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //設定時鐘分割:TDTS = Tck_tim
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上計數模式
	TIM_TimeBaseInit(TIM5, &TIM_TimeBaseStructure); //根據TIM_TimeBaseInitStruct中指定的引數初始化TIMx的時間基數單位
  
	//初始化TIM5輸入捕獲引數
	TIM5_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1; //CC1S=01 	選擇輸入端 IC1對映到TI1上
  	TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;	//上升沿捕獲
  	TIM5_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI; //對映到TI1上
  	TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;	 //配置輸入分頻,不分頻 
  	TIM5_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x00;//IC1F=0000 配置輸入濾波器 不濾波
  	TIM_ICInit(TIM5, &TIM5_ICInitStructure);
	
	//中斷分組初始化
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM5_IRQn;  //TIM3中斷
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;  //先佔優先順序2級
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;  //從優先順序0級
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道被使能
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  //根據NVIC_InitStruct中指定的引數初始化外設NVIC暫存器 
	
	TIM_ITConfig(TIM5,TIM_IT_Update|TIM_IT_CC1,ENABLE);//允許更新中斷 ,允許CC1IE捕獲中斷	
	
   	TIM_Cmd(TIM5,ENABLE ); 	//使能定時器5

}

u8  TIM5CH1_CAPTURE_STA=0;	//輸入捕獲狀態		    				
u16	TIM5CH1_CAPTURE_VAL;	//輸入捕獲值
 
//定時器5中斷服務程式	 
void TIM5_IRQHandler(void)
{ 

 	if((TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X80)==0)//還未成功捕獲	
	{	  
		if (TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_Update) != RESET)
		 
		{	    
			if(TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X40)//已經捕獲到高電平了
			{
				if((TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X3F)==0X3F)//高電平太長了
				{
					TIM5CH1_CAPTURE_STA|=0X80;//標記成功捕獲了一次
					TIM5CH1_CAPTURE_VAL=0XFFFF;
				}else TIM5CH1_CAPTURE_STA++;
			}	 
		}
	if (TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_CC1) != RESET)//捕獲1發生捕獲事件
		{	
			if(TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X40)		//捕獲到一個下降沿 		
			{	  			
				TIM5CH1_CAPTURE_STA|=0X80;		//標記成功捕獲到一次高電平脈寬
				TIM5CH1_CAPTURE_VAL=TIM_GetCapture1(TIM5);
		   		TIM_OC1PolarityConfig(TIM5,TIM_ICPolarity_Rising); //CC1P=0 設定為上升沿捕獲
			}else  								//還未開始,第一次捕獲上升沿
			{
				TIM5CH1_CAPTURE_STA=0;			//清空
				TIM5CH1_CAPTURE_VAL=0;
	 			TIM_SetCounter(TIM5,0);
				TIM5CH1_CAPTURE_STA|=0X40;		//標記捕獲到了上升沿
		   		TIM_OC1PolarityConfig(TIM5,TIM_ICPolarity_Falling);		//CC1P=1 設定為下降沿捕獲
			}		    
		}			     	    					   
 	}
 
    TIM_ClearITPendingBit(TIM5, TIM_IT_CC1|TIM_IT_Update); //清除中斷標誌位
 
}

extern u8  TIM5CH1_CAPTURE_STA;		//輸入捕獲狀態		    				
extern u16	TIM5CH1_CAPTURE_VAL;	//輸入捕獲值	
 int main(void)
 {		
 	u32 temp=0; 
	delay_init();	    	 //延時函式初始化	  
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);	 //設定NVIC中斷分組2:2位搶佔優先順序，2位響應優先順序
	uart_init(115200);	 //串列埠初始化為115200
 
 	TIM5_Cap_Init(0XFFFF,72-1);	//以1Mhz的頻率計數 
   	while(1)
	{
 		delay_ms(10);
		 		 
 		if(TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X80)//成功捕獲到了一次上升沿
		{
			temp=TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X3F;
			temp*=65536;//溢位時間總和
			temp+=TIM5CH1_CAPTURE_VAL;//得到總的高電平時間
			printf("HIGH:%d us\r\n",temp);//列印總的高點平時間
			TIM5CH1_CAPTURE_STA=0;//開啟下一次捕獲
		}
	}
 }

程式碼邏輯

這裡關於輸入捕獲的初始化部分比較簡單，對照著一般步驟來就行了。但是在中斷處理函式TIM5_IRQHandler()部分就有所難度了，為什麼會比較複雜呢？

由於我們進行輸入捕獲，一旦捕捉到了上升沿，就設定計數器當前值為0，讓它從0開始重新計數：

	 		TIM_SetCounter(TIM5,0);

但是如果脈衝的長度過於寬了，也就是說，從0開始計數到自動重載入值一個迴圈結束了，脈衝還是沒有結束。這個情況下，顯而易見不能只記錄一下最後的計數器當前值。

解決這個問題的辦法：

設定一個變數TIM5CH1_CAPTURE_STA，bit5-0為捕捉高電平後定時器溢位的次數，bit6為捕捉到高電平標誌，bit7為捕獲完場標誌。

同時設定兩個中斷（更新中斷和捕獲中斷）：

	TIM_ITConfig(TIM5,TIM_IT_Update|TIM_IT_CC1,ENABLE);//允許更新中斷 ,允許CC1IE捕獲中斷	

在中斷處理函式中，先判斷是否捕獲成功，如果捕獲成功了，說明是在脈衝低電平的階段，什麼都不需要做；如果捕獲沒有成功，說明是在脈衝高電平的階段，就需要繼續判斷中斷型別，然後再分別進行處理。在更新中斷中，表示此時脈衝長度過長，TIM5CH1_CAPTURE_STA加1。在捕獲中斷中，判斷捕捉到的是否為上升沿，如果是，計數器當前值清零，TIM5CH1_CAPTURE_STA清零，同時標記標誌，設定極性下降沿捕捉；如果不是，標記捕獲完成，儲存當前計數器的值，設定極性上升沿捕獲。

extern關鍵字

C語言中，extern可以置於變數或者函式前，以表示變數或者函式的定義在別的檔案中，提示編譯器遇到此類變數和函式時在其他模組中尋找其定義。

注意：對於extern申明變數可以多次，但是定義只有一次。