STM32 输入捕获的脉冲宽度及频率计算

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。以下是对脉冲宽度及频率的计算。

1、脉冲宽度

如下图所示，采集该高电平脉冲的宽度，只需要进入输入捕获上升沿检测，记录当前的发生上升沿时的CNT值，再进行输入捕获下降沿检测，也记录当前发生下降沿时的CNT值，两次CNT值的差值再根据计数的频率就可以算出脉冲的宽度。



上升沿及下降沿捕获的程序具体实现如下：

TIM8_Cap_Init(0XFFFF,72-1);                                          //以1Mhz的频率计数 

void TIM8_UP_IRQHandler(void)
{
 	if((TIM8CH4_CAPTURE_STA&0X80)==0)                            //还未成功捕获
	{
		if (TIM_GetITStatus(TIM8,TIM_IT_Update) != RESET)
		{
			if(TIM8CH4_CAPTURE_STA&0X40)                 //已经捕获到高电平了
			{
				if((TIM8CH4_CAPTURE_STA&0X3F)==0X3F) //高电平太长了
				{
					TIM8CH4_CAPTURE_STA|=0X80;   //标记成功捕获了一次
					TIM8CH4_CAPTURE_VAL=0XFFFF;
				}
				else
					TIM8CH4_CAPTURE_STA++;       //捕获高电平后定时器溢出的次数++
			}
		}

 	}
	TIM_ClearITPendingBit(TIM8,TIM_IT_Update);                  //清除中断标志位
}
void TIM8_CC_IRQHandler(void)
{
   if((TIM8CH4_CAPTURE_STA&0X80)==0)
   {
	   if(TIM_GetITStatus(TIM8,TIM_IT_CC4) != RESET)           //捕获1发生捕获事件
		{
			     if(TIM8CH4_CAPTURE_STA&0X40)          //捕获到一个下降沿
				{
					TIM8CH4_CAPTURE_STA|=0X80;//标记成功捕获到一次高电平脉宽
					TIM8CH4_CAPTURE_VAL=TIM_GetCapture4(TIM8);
			   		TIM_OC4PolarityConfig(TIM8,TIM_ICPolarity_Rising); //CC1P=0 设置为上升沿捕获
				}
				else  				  //还未开始,第一次捕获上升沿
				{
					TIM8CH4_CAPTURE_STA=0;	  //清空
					TIM8CH4_CAPTURE_VAL=0;
		 			TIM_SetCounter(TIM8,0);   //计数器清零
					TIM8CH4_CAPTURE_STA|=0X40;//标记捕获到了上升沿
			   		TIM_OC4PolarityConfig(TIM8,TIM_ICPolarity_Falling);//CC1P=1 设置为下降沿捕获
				}
		}
   }
    TIM_ClearITPendingBit(TIM8, TIM_IT_CC4);                      //清除中断标志位

程序中定时器输入捕获配置的TIM8CH4通道，CNT计数的频率1MHZ,即计数1个就是1us。TIM8_UP_IRQHandler是一个定时中断函数，根据TIM8_Cap_Init(0XFFFF,72-1)可知65536us会中断一次，所以总的脉冲宽度时间如下：

temp=TIM8CH4_CAPTURE_STA&0X3F;      //从TIM8_UP_IRQHandler中断知中捕获上升沿及下降沿期间进行此中断的次数
temp*=65536;//溢出时间总和
temp+=TIM8CH4_CAPTURE_VAL;          //得到总的高电平时间  TIM8CH4_CAPTURE_VAL为CNT计数的值

2、频率测量

如下图所示，测量脉冲的频率，则分别采集两次输入捕获上升沿的CNT值，脉冲的频率=f/△CNT



两次上升沿捕获的程序具体实现如下：

TIM8_Cap_Init(0XFFFF,72-1);    //以1Mhz的频率计数

void TIM8_CC_IRQHandler(void)
{
   if(TIM_GetITStatus(TIM8,TIM_IT_CC4)!=RESET)
   {
	   TIM_ClearITPendingBit(TIM8, TIM_IT_CC4);    //清除中断标志位
           if(state==0)    //捕获第一个上升沿
           {
               state=1;
	       timecount=TIM_GetCapture4(TIM8);        //记录第一次上升沿的CNT值
	   }
	   else if(state==1)//捕获第二个上升沿
	   {
                  state=0;
		  timecount1=TIM_GetCapture4(TIM8);   //记录第二次上升沿的CNT值
               if(timecount<timecount1)
               {
                 test=timecount1-timecount;           //两次上升沿的差值
	       }
	       else if(timecount>timecount1)
	       {
                 test=(0xffff-timecount)+timecount1;  //两次上升沿的差值
	       }
	       else
	         test=0;

	         fq=1000000/test;                     //脉冲的频率
	   }
   }
}

由程序可知配置的定时器的输入捕获的计数的频率为1MHZ，两次捕获上升沿的差值test为计数器CNT计的次数，所以总的周期即为T=1us*test,所以频率就fq=1000000/test HZ;

另外，测量频率除了还可以使用定时器的外部脉冲信号计数来进行。

3、定时器的外部计数模式测频率

因为STM32有外部时钟源模式，即可以根据外部脉冲信号进行计数，然后另外设定定时器定时中断去读取计数器的值，频率=CNT/定时中断时间。程序代码实现如下：

TIM3_Int_Init(9999,7199);    //定时1s中断一次
TIM2_Cap_Init();             //外部信号引脚脉冲检测 TIM2_CH1_ETR
void TIM2_Cap_Init(void)                                        //配置 TIM2_CH1_ETR 为外部脉冲计数
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;

	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);	//使能TIM2时钟
 	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);   //使能GPIOA时钟

	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin  = GPIO_Pin_0;              //PA0 清除之前设置
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD;           //PA0 输入
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0);                       //PA0 下拉

	//初始化定时器2 TIM2
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 0xFFFF;              //设定计数器自动重装值
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =0; 	        //预分频器
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上计数模式
	TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);         //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位
  	TIM_ITRxExternalClockConfig(TIM2,TIM_TS_ETRF);          //配置外部触发，否则不会计数
	TIM_ETRClockMode2Config(TIM2, TIM_ExtTRGPSC_OFF, TIM_ExtTRGPolarity_NonInverted, 0);
	TIM_SetCounter(TIM2, 0);
  	TIM_Cmd(TIM2,ENABLE ); 	                                //使能定时器2

}
/*******************************************************************************
 * 名称: TIM3_IRQHandler
 * 功能: 通用定时器3中断服务函数
 * 形参: 无
 * 返回: 无
 * 说明: 1S定时中断一次
 ******************************************************************************/
void TIM3_IRQHandler(void)
{
	if(TIM_GetITStatus(TIM3,TIM_IT_Update)!= RESET)      //检查TIM3更新中断发生与否
	{
	        TIM_ClearITPendingBit(TIM3,TIM_IT_Update);  //清除TIMx更新中断标志 

		CNT=TIM_GetCounter(TIM2);                   //读取1s内计数器计的CNT值
                fq=CNT;                                     //脉冲的频率
		TIM_SetCounter(TIM2,0);
        }
}

因为知道定时中断时间为1s,所以测量的频率fq=CNT/1(HZ)，频率的计算及脉冲宽度的测量有以上方法测试。

by 羊羊得亿

2017-02-24 ShenZhen