STM32F407输入捕获应用--PWM 输入模式测量脉冲频率与宽度

输入捕获一般应用在两个方面，一个方面是脉冲跳变沿时间测量，另一方面
是 PWM 输入测量。

一、测量脉宽或者频率

1.测量频率

当捕获通道 TIx 上出现上升沿时，发生第一次捕获，计数器 CNT 的值会被锁存到捕获寄存器 CCR 中，而且还会进入捕获中断，在中断服务程序中记录一次捕获（可以用一个标志变量来记录），并把捕获寄存器中的值读取到 value1 中。当出现第二次上升沿时，发生第二次捕获，计数器 CNT 的值会再次被锁存到捕获寄存器 CCR 中，并再次进入捕获中断，在捕获中断中，把捕获寄存器的值读取到 value3 中，并清除捕获记录标志。利用 value3 和 value1 的差值我们就可以算出信号的周期（频率）。

2.测量脉宽

当捕获通道 TIx 上出现上升沿时，发生第一次捕获，计数器 CNT 的值会被锁存到捕获寄存器 CCR 中，而且还会进入捕获中断，在中断服务程序中记录一次捕获（可以用一个标志变量来记录），并把捕获寄存器中的值读取到 value1 中。然后把捕获边沿改变为下降沿捕获，目的是捕获后面的下降沿。当下降沿到来的时候，发生第二次捕获，计数器 CNT 的值会再次被锁存到捕获寄存器 CCR 中，并再次进入捕获中断，在捕获中断中，把捕获寄存器的值读取到 value3 中，并清除捕获记录标志。然后把捕获边沿设置为上升沿捕获。在测量脉宽过程中需要来回的切换捕获边沿的极性，如果测量的脉宽时间比较长，定时器就会发生溢出，溢出的时候会产生更新中断，我们可以在中断里面对溢出进行记录处理。

二、PWM 输入模式

测量脉宽和频率还有一个更简便的方法就是使用 PWM 输入模式。与上面那种只使用一个捕获寄存器测量脉宽和频率的方法相比，PWM 输入模式需要占用两个捕获寄存器。

当使用 PWM 输入模式的时候，因为一个输入通道(TIx)会占用两个捕获通道(ICx)，所以一个定时器在使用 PWM 输入的时候最多只能使用两个输入通道(TIx)。我们以输入通道 TI1 工作在 PWM 输入模式为例来讲解下具体的工作原理，其他通道以此类推即可。

PWM 信号由输入通道 TI1 进入，因为是 PWM 输入模式的缘故，信号会被分为两路，一路是 TI1FP1，另外一路是 TI2FP2。其中一路是周期，另一路是占空比，具体哪一路信号对应周期还是占空比，得从程序上设置哪一路信号作为触发输入，作为触发输入的哪一路信号对应的就是周期，另一路就是对应占空比。作为触发输入的那一路信号还需要设置极性，是上升沿还是下降沿捕获，一旦设置好触发输入的极性，另外一路硬件就会自动配置为相反的极性捕获，无需软件配置。一句话概括就是：选定输入通道，确定触发信号，然后设置触发信号的极性即可，因为是 PWM 输入的缘故，另一路信号则由硬件配置，无需软件配置。当使用 PWM 输入模式的时候必须将从模式控制器配置为复位模式（配置寄存器 SMCR 的位 SMS[2:0]来实现），即当我们启动触发信号开始进行捕获的时候，同时把计数器 CNT 复位清零。

下面我们以一个更加具体的时序图来分析下 PWM 输入模式。

PWM 信号由输入通道 TI1 进入，配置 TI1FP1 为触发信号，上升沿捕获。当上升沿的时候 IC1 和 IC2 同时捕获，计数器 CNT 清零，到了下降沿的时候，IC2捕获，此时计数器 CNT 的值被锁存到捕获寄存器 CCR2 中，到了下一个上升沿的时候，IC1 捕获，计数器 CNT 的值被锁存到捕获寄存器 CCR1 中。其中 CCR2 测量的是脉宽，CCR1 测量的是周期。

从软件上来说，用 PWM 输入模式测量脉宽和周期更容易，付出的代价是需要占用两个捕获寄存器

三、软件实现

3.1、硬件准备

1、粤嵌开发板一套

2、迷你示波器一个

3.2代码

初始化代码

/*****************************************
引脚说明：
PB6

TIM4_CH1(TIM4 -- APB1 16位  84MHZ)

*****************************************/


void Pwm_PB6_InputInit(void)
{
	GPIO_InitTypeDef 			GPIO_InitStructure;
	TIM_TimeBaseInitTypeDef  	TIM_TimeBaseStructure;
	NVIC_InitTypeDef 			NVIC_InitStructure;
	TIM_ICInitTypeDef			TIM4_ICInitStructure;
	
	
	
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4,ENABLE);//时钟使能
	RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB,ENABLE);//使能GPIOB时钟
	
	
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin 	= GPIO_Pin_6; 			//GPIOB6
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode 	= GPIO_Mode_AF;			//复用功能
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed 	= GPIO_Speed_100MHz;	//速度100MHz
	GPIO_InitStructure.GPIO_OType 	= GPIO_OType_PP; 		//推挽复用输出
	GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd 	= GPIO_PuPd_NOPULL; 		//下拉
	GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure); 					//初始化
	
	// 定时器复用引脚
	GPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource6,GPIO_AF_TIM4);

	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler		= 83;  					//定时器分频
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode	= TIM_CounterMode_Up; 	//向上计数模式
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period		= 49999;   				//自动重装载值
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; 		//分频因子 配置死区时会用到
	
	TIM_TimeBaseInit(TIM4,&TIM_TimeBaseStructure);


	//初始化TIM2输入捕获参数
	TIM4_ICInitStructure.TIM_Channel 	= TIM_Channel_1;   			//通道1
	TIM4_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;	//上升沿捕获
	TIM4_ICInitStructure.TIM_ICSelection= TIM_ICSelection_DirectTI; //映射到TI1上
	TIM4_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler= TIM_ICPSC_DIV1;	 		//配置输入分频,不分频 
	TIM4_ICInitStructure.TIM_ICFilter   = 0x05;						//IC3F=0000 配置输入滤波器 不滤波
	// 初始化 PWM 输入模式
	TIM_PWMIConfig(TIM4, &TIM4_ICInitStructure);
		
	

	// 当工作做 PWM 输入模式时,只需要设置触发信号的那一路即可（用于测量周期）
	// 另外一路（用于测量占空比）会由硬件自带设置，不需要再配置
	
	// 选择输入捕获的触发信号
	TIM_SelectInputTrigger(TIM4, TIM_TS_TI1FP1);

	// 选择从模式: 复位模式
	// PWM 输入模式时,从模式必须工作在复位模式，当捕获开始时,计数器 CNT 会被复位
	TIM_SelectSlaveMode(TIM4, TIM_SlaveMode_Reset);
	TIM_SelectMasterSlaveMode(TIM4,TIM_MasterSlaveMode_Enable);

	// 使能捕获中断,这个中断针对的是主捕获通道（测量周期那个）
	TIM_ITConfig(TIM4, TIM_IT_CC1, ENABLE);
	TIM_ClearITPendingBit(TIM4, TIM_IT_CC1);
	
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM4_IRQn;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=2;//抢占优先级2
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority =0;		//子优先级0
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;			//IRQ通道使能
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);	//根据指定的参数初始化VIC寄存器、
	
	//TIM_ITConfig(TIM4,TIM_IT_Update|TIM_IT_CC2,ENABLE);				//允许更新中断 ,允许CC2IE捕获中断	
	
	TIM_Cmd(TIM4,ENABLE ); 	//使能定时器4
	
}


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主函数代码

u32 IC1Value, IC2Value;
float DutyCycle,Frequency;


//定时器4中断服务程序	 
void TIM4_IRQHandler(void)
{ 		    

	/* 清除定时器捕获/比较 1 中断 */
	TIM_ClearITPendingBit(TIM4, TIM_IT_CC1);

	/* 获取输入捕获值 */
	IC1Value = TIM_GetCapture1(TIM4);
	IC2Value = TIM_GetCapture2(TIM4);
	//printf("IC1Value = %d IC2Value = %d ",IC1Value,IC2Value);
	// 注意：捕获寄存器 CCR1 和 CCR2 的值在计算占空比和频率的时候必须加 1
	if (IC1Value != 0) 
	{
		flag = 1;
	} 

}


int main(void)
{
	
	unsigned int count = 0;
	
	
	//设置NVIC分组 第二分组 抢占优先级范围:0~3  响应优先级范围：0~3
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
	
	Delay_Init();
	//对LED初始化
	Led_Init();

	Usart1_Init(115200);
	Pwm_PB6_InputInit();
	
	while(1)
	{

		//每隔500ms计算一次占空比与频率。
		if(flag == 1)
		{
			
			/* 占空比计算 */
			DutyCycle = (float)((IC2Value+1) * 100) / (IC1Value+1);

			/* 频率计算 */
			Frequency = 84000000/(83+1)/(float)(IC1Value+1);			
			
			
			printf("占空比：%0.2f%% 频率：%0.2fHz\r\n",DutyCycle,Frequency);
			
			DutyCycle = 0;
			Frequency = 0;
			flag = 0;
		}
			
		delay_ms(500);
			
	}
	return 0;
}

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3.4 验证

最后发现有一定的误差，未知是不是这几百块的示波器产生的问题，还是软件的问题。还待验证，到时再找台高精度的脉冲发生器看看了。有了解的码农可以互相讨论下。

程序链接：https://download.csdn.net/download/wwwqqq2014/87148727