STM32CubeMX系列|输入捕获

输入捕获

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，下图以测量脉宽为例来说明输入捕获的原理

假定定时器工作在向上计数模式，图中t1-t2的时间就是我们需要测量的低电平时间。测量方法为：首先设置定时器通道x为下降沿捕获，在t1时刻就会捕获到当前的CNT值，然后立即清零CNT，并设置通道x为上升沿捕获，到t2时刻又会发送捕获事件，得到此时的CNT值（记为CCRx2）。在t1-t2之间可能产生N次定时器溢出，因此需要对定时器溢出做处理，防止低电平太长导致数据不准确。
t1-t2之间计数的次数为：N * ARR + CCRx2，再乘以CNT计数周期即可得到低电平持续时间

2. 硬件设计

本实验通过TIM5的通道1输入捕获功能捕获KEY_UP按键的高电平持续时间，并通过printf函数打印捕获到的高电平时间，用D1指示灯提示系统正常运行

• D1指示灯
• K_UP按键
• USART1串口
• TIM5

3. 软件设计

3.1 STM32CubeMX设置

• RCC设置外接HSE，时钟设置为72M
• PC0设置为GPIO推挽输出模式、上拉、高速、默认输出电平为高电平
• USART1选择为异步通讯方式，波特率设置为115200Bits/s，传输数据长度为8Bit，无奇偶校验，1位停止位
• 选择TIM5，设置定时器时钟源为内部时钟源、设置通道1为输入捕获模式（PA0自动被选中），NVIC设置中激活定时器中断，在GPIO设置里将PA0下拉保证没有信号输入的时候电平稳定

• 预分频系数设置为72-1，向上计数，自动重装载值设为0xFFFF，则计时器时钟频率为1MHz，计时器周期为1us，定时器溢出周期为 65535 * 1 = 65535us

• 输入工程名，选择工程路径（不要有中文），选择MDK-ARM V5；勾选Generated periphera initialization as a pair of ‘.c/.h’ files per IP ；点击GENERATE CODE，生成工程代码

3.2 MDK-ARM编程

• 在tim.c文件中编写定时器更新中断处理回调函数

/* TIM5CH1_CAP_STA 各数据位说明
** bit7   捕获完成标志
** bit6	  捕获到高电平标志
** bit5~0 捕获高电平后定时器溢出的次数*/
uint8_t TIM5CH1_CAP_STA = 0;
uint16_t TIM5CH1_CAP_VAL;

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim){
    
    
	if((TIM5CH1_CAP_STA & 0X80) == 0){
    
    	//还未成功捕获
		if(TIM5CH1_CAP_STA & 0X40){
    
    		//已经捕获到高电平
			if((TIM5CH1_CAP_STA & 0X3F) == 0X3F){
    
    	//高电平时间太长了
				TIM5CH1_CAP_STA |= 0X80;			//标记为完成一次捕获
				TIM5CH1_CAP_VAL = 0XFFFF;			//计数器值
			}
			else
				TIM5CH1_CAP_STA++;		//溢出次数加1			
		}	
	}
}

• 在tim.c文件中编写输入捕获中断处理回调函数

void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim){
    
    
	if((TIM5CH1_CAP_STA & 0X80) == 0){
    
    	//还未成功捕获
		if(TIM5CH1_CAP_STA & 0X40){
    
    		//捕获到上升沿后条件为真
			TIM5CH1_CAP_STA |= 0X80;	//标记为完成一次高电平捕获
			TIM5CH1_CAP_VAL = HAL_TIM_ReadCapturedValue(&htim5,TIM_CHANNEL_1);	//获取当前的计数器值
			TIM_RESET_CAPTUREPOLARITY(&htim5,TIM_CHANNEL_1);	//清除原来的设置		
			TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(&htim5,TIM_CHANNEL_1,TIM_ICPOLARITY_RISING);	//设置上升沿捕获
		}
		else{
    
    
			TIM5CH1_CAP_STA = 0;
			TIM5CH1_CAP_VAL = 0;
			TIM5CH1_CAP_STA |= 0X40;	//标记捕获到上升沿
			__HAL_TIM_DISABLE(&htim5);	//关闭定时器
			__HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim5,0);	//计数器值清零
			TIM_RESET_CAPTUREPOLARITY(&htim5,TIM_CHANNEL_1);	//清除原来的设置				
			TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(&htim5,TIM_CHANNEL_1,TIM_ICPOLARITY_FALLING);	//设置下降沿捕获
			__HAL_TIM_ENABLE(&htim5);	//使能定时器		
		}	
	}
}	

此处的TIM_RESET_CAPTUREPOLARITY() 函数有一处HAL库函数错误，会导致编译该函数报错，解决办法是找到该函数在 stm32f1xx_hal_tim.h 文件中的定义，删除多余的一个反括号 ‘)’

stm32f1xx_hal_tim.h
//修改前
#define TIM_RESET_CAPTUREPOLARITY(__HANDLE__, __CHANNEL__) \
  (((__CHANNEL__) == TIM_CHANNEL_1) ? ((__HANDLE__)->Instance->CCER &= ~(TIM_CCER_CC1P | TIM_CCER_CC1NP))) :\
   ((__CHANNEL__) == TIM_CHANNEL_2) ? ((__HANDLE__)->Instance->CCER &= ~(TIM_CCER_CC2P | TIM_CCER_CC2NP)) :\
   ((__CHANNEL__) == TIM_CHANNEL_3) ? ((__HANDLE__)->Instance->CCER &= ~(TIM_CCER_CC3P)) :\
   ((__HANDLE__)->Instance->CCER &= ~(TIM_CCER_CC4P)))
//修改后
#define TIM_RESET_CAPTUREPOLARITY(__HANDLE__, __CHANNEL__) \
  (((__CHANNEL__) == TIM_CHANNEL_1) ? ((__HANDLE__)->Instance->CCER &= ~(TIM_CCER_CC1P | TIM_CCER_CC1NP)) :\
   ((__CHANNEL__) == TIM_CHANNEL_2) ? ((__HANDLE__)->Instance->CCER &= ~(TIM_CCER_CC2P | TIM_CCER_CC2NP)) :\
   ((__CHANNEL__) == TIM_CHANNEL_3) ? ((__HANDLE__)->Instance->CCER &= ~(TIM_CCER_CC3P)) :\
   ((__HANDLE__)->Instance->CCER &= ~(TIM_CCER_CC4P)))

• 在main.c文件中编写高电平持续时间处理代码

int main(void){
    
    
  long long temp = 0;
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  MX_GPIO_Init();
  MX_TIM5_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim5,TIM_CHANNEL_1);	//一定要开启TIM5通道1的捕获中断
  __HAL_TIM_ENABLE_IT(&htim5,TIM_IT_UPDATE);	//一定要开启TIM5的更新中断
  printf("This is TIM_CAP test...\n");
  /* USER CODE END 2 */
  while (1){
    
    
    HAL_Delay(500);
	if(TIM5CH1_CAP_STA & 0X80){
    
    		//完成一次高电平捕获
		temp = TIM5CH1_CAP_STA & 0X3F;
		temp *= 65536;				//溢出总时间
		temp += TIM5CH1_CAP_VAL;	//总的高电平时间
		printf("High level duration:%lld us\r\n",temp);
		TIM5CH1_CAP_STA = 0;		//准备下一次捕获
	}
	HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_0);
  }
}

4. 下载验证

编译无误后下载到开发板，可以看到D1指示灯每500ms闪烁一次，按下KEY_UP后，串口会打印出相应的高电平持续时间