STM32处理器输入捕获分析

xiaoxiao2021-02-28  20

前言: 1.博文基于ARM Cortex-M3内核的STM32F103ZET6芯片和标准3.5.0库; 2.如有不足之处,还请多多指教;

** 一 基本知识 **

输入捕获的功能:用来测量脉宽或者测量信号频率;输了TIM6和TIM7外,其他定时器都有输入捕获功能;通用定时器输入捕获中断和定时器更新中断公用同一个中断函数;

二 侧脉宽工作原理 如何获取一个脉冲的宽度(比如高电平):

开启并设置好定时器的时钟源 ,频率为F;输入需要检测的脉冲;利用CNT计数器计算一个脉冲的上升沿和下降沿之间的脉宽

三 相关寄存器 TIMx_ARR,TIMx_PSC,TIMx_CCMRx,TIMx_CCERx,TIMx_DIER,TIMx_CRx,TIMx_CCR1,TIMx_SR,TIMx_EGR 哇~猛的一看,好多啊!将这个寄存器分成两拨 一拨:TIMx_ARR,TIMx_PSC,TIMx_DIER,TIMx_CRx,TIMx_SR,TIMx_EGR 两拨:TIMx_CCMRx,TIMx_CCERx,TIMx_CCR1,TIMx_DIER,TIMx_SR,TIMx_EGR 首先脑子要明白的是:定时器输入捕获需要配置定时器本身和输入捕获功能。第一拨里的寄存器就定时器配置本身所用到的,(为什么要配置自己?比如要测量一个外来脉宽的时候,定时器本身就是一个计时器,用来记录要测量要测量脉宽的长度);第二波里的寄存器配置的是输入捕获功能;(第一波寄存器是学定时器最基本的了,这个必须要懂,本博文讲第二个) (1)捕获/比较模式寄存器TIMx_CCMR1(当然还有CCMR2,两个寄存器配置CH1~4的输入输出) 捕获作为输入,因此我们只用图片中寄存器的后下部分; CC1S[1:0] : (1)决定定时为输出(比较)或输入(捕获)模式;(2)决定IC1信号源的选择(后边详细介绍); IC1PSC[1:0]:选择对IC1的分频模式(但是这个分频和定时器TIMx_PSC寄存器的分频并不太一样,但功能是一样的) IC1F[3:0]:输入捕获1滤波器(详细功能可以参考STM32手册,这里这个功能不作为细说,本博文也用不到)

(2)捕获/比较使能寄存器TIMx_CCER1 使能寄存器中除了对输入使能的控制之外,还有对输入输出极性的控制; (此时为输入模式下) CCxP :设置输入(捕获)x的极性;置1时ICx发生上升沿时捕获或触发,置0时发生下降沿的时候捕获或触发; CCxE:设置输入(捕获)x 的使能;置1时捕获使能,置0时不进行捕获;

(3)捕获/比较寄存器TIMx_CCRx 捕获:当满足捕获条件时,将TIMx_CNT的值送入相应的TIMx_CCRx寄存器中; 因此,在输入模式下,此寄存器就是用来存放TIMx_CNT的值的;

(4)DMA/中断使能寄存器 TIMx_DIER 这里多说一句:定时器所有的中断使能控制都在这一个寄存器中,但是他们的中断函数只有一个(只针对通用定时器); TDE:触发DMA使能 CCxDE:捕获/比较x的DMA请求; UDE:更新DMA使能; TIE:触发中断使能; CCxIE:捕获/比较中断使能;(这四位决定输入输出时四个通道的中断) UIE:更新中断使能;(就定时器CNT溢出啊什么的时候中断使能)

(5)状态寄存器TIMx_SR TIF:产生了触发中断; CCxOF:捕获x重复标志;由硬件置1,软件清0;这个重复的意思是当CCXIF已经被置1的情况下,再次发生捕获事件; CCxIF:捕获x中断标记; 当CNT的值拷贝到CCRx完成后由硬件置1,软件清0; UF:更新中断产生;

(6)事件发生寄存器TIMx_EGR 这个时间产生寄存器并不是说,当有事件产生了就去设置相应的位,这是状态寄存器的活,此寄存器的活是软件置位,使其相应的功能完成一个相应的操作;比如最低位的UG(更新事件),当执行UG = 1操作时,将会产生一个更新事件,如果开启了更新中断,将会进入中断函数;其它位功能也是类似; TG:产生触发事件;由软件置1,硬件清0; CCxG:捕获/比较x事件;该位由软件置1,由硬件清0;功能如下图: 值得一提的是,当CCxIF和CCxOF位确实有一种很特别的关系;

四 寄存器的位配置与结合电路图分析 这张图是定时器总体电路框图比较复杂,但是本博文的重点是用几个红箭头所表示的输入信号的信号链(图中CH1为例),这个图只需要看个大概,下面这个图输入电路的分解图: 图片均来自于STM32使用手册,两张图片中,梯形是需要寄存器配置的地方,而且每个需要配置的地方都有寄存器位的标注,表示在相应的寄存器位中均可以找到配置方式; 而且从图片中可以看出来:关于定时器输入功能的配置,配置TIMx_CCERx和TIMx_CCMRx就好了;

五 编程步骤 步骤例程来自原子教程的库函数开发模式;假设用TIM5_CH1来完成输入捕获实验;TIM5_CH1默认输入捕获IO口为PA0;如果想用其他端口输入 (1)开启时钟; RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM5,ENABLE); //使能定时器时钟 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE); //使能定时器输出通道所对应的IO口; (2)配置定时器自身TIM5 TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;

TIM_TimebaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //设置TIMx_CR1的CKD[2:0]位,将定时器的时钟源分频提供给输入捕获数字滤波器,此位为不分频; TIM_TimebaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //设置TIMx_CR1的CMS[1:0]位,设置定时器的计数模式:向上计数; TIM_TimebaseInitStructure.TIM_Period = arr; //设置TIMx_ARR TIM_TimebaseInitStructure.TIM_Prescaler = psc; //设置TIMx_PSC TIM_TimeBaseInit(TIM5,&TIM_TimebaseInitStructure);

(3)定时器输出配置 结合着图理解效果会更好;

TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1; //设置TIMx_CCER的CCxE位,开启要输入的通道(CHx); TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x0000; //设置TIMx_CCMRx的[3:0]配置输入滤波器,配置为0x0000则不进行滤波 TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising; //设置CCERx_CCxP捕获上升沿 TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1; //设置TIMx_CCMRx的ICxPSC[1:0],设置ICx上的分频为不分频; TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI; //设置TIMx_CCMRx的CCxS[1:0]位,设置ICx的输入源;所谓“Direct”也即是直接的意思,即ICx映射到TIx上; TIM_ICInit(TIM5,&TIM_ICInitStructure);

(4)相应的中断配置(通用定时器内部所有触发的中断只有一个对应的中断函数)

NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM5_IRQn; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

开启相应的中断: TIM_ITConfig(TIM5,TIM_IT_CC1 | TIM_IT_Update , ENABLE);

(5)开启定时器x TIM_Cmd(TIM5 , ENABLE);

对原子提供的一个侧脉宽程序理解 图片中为一个输入脉冲:我们要测量高电平的脉冲时间,很好理解的是,高电平在一个上升沿和下降沿的中间,所以总体解题思路应该是从计数器开始计数开始,到这个脉冲的下降沿时时钟的时间减去上升沿时的时间; 图片中的内容为配置好定时器和输入捕获后,在中断函数内完成的程序;程序的步骤可以根据图中标号: ① 此时设置好上升沿为触发中断,以及其他定时器配置; ② 此时产生了上升沿,进行捕获操作,CNT内的值捕获到CCR内,此时使CNT=0,CNT继续开始计数;当完成捕获,并且修改捕捉极性为下降沿捕获,当下降沿来到时,将会再次触发此中断函数; ③ 此时产生了下降沿,触发了中断函数; ④ 清0 TIMx_SR寄存器中CCxOF和CCxIF位。 ⑤ 将测量的脉冲宽度结果取出来,然后处理(液晶屏显示),并且再次修改输入捕获极性为上升沿捕获;

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