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在嵌入式系统的开发过程中#xff0c;常常需要对外部信号进行精确的时间测量#xff0c;如测量脉冲信号的周期、频率以及占空比等。STM32系列微控制器提供了丰富的定时器资源#xff0c;其中的输入捕获#xff08;Input Capture, IC#xff09;模式能实现对信号的…1. 前言
在嵌入式系统的开发过程中常常需要对外部信号进行精确的时间测量如测量脉冲信号的周期、频率以及占空比等。STM32系列微控制器提供了丰富的定时器资源其中的输入捕获Input Capture, IC模式能实现对信号的上升沿或下降沿的捕获为测量这些信号提供了强大的工具。
本文将详细讲解STM32输入捕获模式的基本原理特别是测频法和测周法并结合STM32定时器内部电路的运行流程解释数据是如何传输和处理的。代码部分参考标准库函数以及你给出的初始化代码。
2. 输入捕获模式的基本概念
输入捕获模式用于测量外部信号的特征例如脉冲信号的频率、周期以及占空比。在STM32中输入捕获是通过定时器Timer硬件资源完成的。定时器的一个或多个通道被配置为输入捕获模式捕捉信号的特定边沿上升沿或下降沿。每次信号沿触发时定时器会将当前计数器值存储到捕获寄存器中。然后可以通过软件读取这些寄存器的值进行时间计算。
3. STM32输入捕获模式的工作原理
STM32的输入捕获功能通过定时器的通道Channel来实现定时器内部的输入捕获寄存器Capture Register, CCRx用于记录信号触发时的计数器值CNT。STM32定时器每个通道都可以设置为输入捕获模式。
输入捕获的基本步骤
定时器开始计数并根据配置以一定频率递增。当外部信号到来时捕获触发发生如上升沿或下降沿此时将定时器的当前值捕获到相应的捕获寄存器中。软件读取捕获值并计算信号的周期、频率或占空比。
4. 定时器和寄存器的运行流程
在输入捕获模式下STM32的定时器通过以下几个关键硬件模块协同工作
定时器计数器CNT 定时器的核心部分持续递增记录经过的时间。捕获寄存器CCRx 定时器在检测到输入信号的触发边沿时将当前CNT值保存到对应的捕获寄存器。输入选择电路TIx 外部信号经过输入通道选择电路定时器可以根据配置决定捕获上升沿或下降沿。触发控制逻辑 控制信号沿的检测逻辑根据输入选择的边沿触发事件执行捕获操作。
内部电路工作流程
外部信号通过GPIO引脚进入GPIO被配置为输入模式并通过内部电路连接到定时器的捕获输入通道如CH1。当GPIO引脚检测到信号的上升沿或下降沿时捕获逻辑触发将当前定时器计数器值保存到相应的捕获寄存器。软件从捕获寄存器读取值并计算信号特性。 5. 测频法与测周法
在输入捕获模式中常用的测量方法包括测频法和测周法它们各有特点并适用于不同的应用场景。
5.1 测频法Frequency Measurement
测频法是一种通过测量输入信号周期来计算其频率的方法。具体步骤如下
配置定时器以捕获输入信号的两个连续上升沿的时间或下降沿。记录定时器的捕获寄存器CCR1的两个值计算这两个值的差值。根据定时器的时钟频率F_TIM以及预分频值PSC计算信号的频率。
公式 5.2 测周法Period Measurement
测周法通过测量输入信号的单个周期长度来计算信号的频率。其原理是通过定时器捕获信号的上升沿和下降沿并计算上升沿到上升沿的时间差从而得到周期。
步骤
配置定时器捕获信号的上升沿与下一次上升沿。捕获到的定时器计数值差即为信号的周期。使用公式计算周期 然后反向计算频率 6. STM32输入捕获模式的代码实现
以下代码展示了如何在STM32中实现输入捕获模式测量外部信号的频率。代码基于你提供的代码示例使用标准库函数进行定时器和GPIO的初始化。
输入捕获初始化函数
void IC_Init(void)
{// 使能GPIOA和TIM3时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);// 配置PA6为输入模式GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode GPIO_Mode_IPU; // 上拉输入GPIO_InitStructure.GPIO_Pin GPIO_Pin_6; // PA6引脚GPIO_InitStructure.GPIO_Speed GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, GPIO_InitStructure);// 配置TIM3内部时钟TIM_InternalClockConfig(TIM3);// 配置定时器基本参数TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructre;TIM_TimeBaseInitStructre.TIM_ClockDivision TIM_CKD_DIV1;TIM_TimeBaseInitStructre.TIM_CounterMode TIM_CounterMode_Up;TIM_TimeBaseInitStructre.TIM_Period 65536 - 1; // 自动重装载值 (ARR)TIM_TimeBaseInitStructre.TIM_Prescaler 72 - 1; // 预分频值 (PSC)TIM_TimeBaseInitStructre.TIM_RepetitionCounter 0; // 重复计数器TIM_TimeBaseInit(TIM3, TIM_TimeBaseInitStructre);// 配置TIM3输入捕获通道1上升沿捕获TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;TIM_ICInitStructure.TIM_Channel TIM_Channel_1;TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter 0xf; // 滤波TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity TIM_ICPolarity_Rising; // 上升沿捕获TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler TIM_ICPSC_DIV1; // 输入分频TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection TIM_ICSelection_DirectTI; // 直接TI输入TIM_ICInit(TIM3, TIM_ICInitStructure);// 启动TIM3TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);
}计算信号频率和占空比
// 获取PWM信号的频率
uint32_t IC_GetFreq(void)
{return 1000000 / (TIM_GetCapture1(TIM3) 1); // 单位为Hz
}// 获取PWM信号的占空比
uint32_t IC_GetDuty(void)
{return (TIM_GetCapture2(TIM3) 1) * 100 / (TIM_GetCapture1(TIM3) 1);
}7. 小结
在本文中我们详细讲解了STM32的输入捕获模式介绍了测频法与测周法的概念并结合代码实现了基本的输入捕获功能。通过配置定时器的捕获寄存器和GPIO我们可以精确测量输入信号的频率和占空比。在实际项目中您是更倾向于使用测频法还是测周法是否遇到过捕获不准确的问题如何解决欢迎在评论区分享您的经验和见解
下篇预告在下一篇文章中我们将进一步探讨如何通过STM32的PWI模式来实现对PWM信号的频率和占空比的测量深入讲解定时器的两个通道如何协同工作。
