【江科大STM32】TIM輸入捕獲模式PWMI模式測頻率

一、輸入捕獲測頻率

?接線圖：

測信號的輸入引腳為PA6，信號從PA6進來，待測的PWM信號也是STM32自己生成的，輸出引腳是PA0，所以接線這里直接用一根線將PA0引到PA6就可以了。?如果有信號發生器的話，也可以設置成方波信號輸出，高電平設置成3.3v，低電平0v，然后直接接到PA6，另一個就是共地。

PWM初始化模塊：

目前這里我們要借用一下之前寫過的PWM模塊代碼，以便生成待測信號，所以這里程序直接復制，之前的PWM驅動LED呼吸燈工程，在這個工程基礎上寫。然后在這個PWM模塊代碼進行改進，目前這個代碼邏輯是，初始化TIM2的通道1，產生一個PWM的波形，輸出引腳是PA0，然后通過Set_Compare函數，可以調節CCR1的寄存器的值，從而控制PWM的占空比，但是目前這個PWM頻率是在初始化已經寫好的了，是固定的，操作起來不太方便。所以我們要在最后再加一個函數，用來便捷地調節PWM頻率。

那這里如何調節PWM頻率？?

通過公式，我們知道PWM頻率=更新頻率=72M/(PSC+1/(ARR+1)，所以PSC和ARR都可以調節頻率，但是占空比=CCR/(ARR+1)，所以通過ARR調節頻率，同時還會影響到占空比，而通過PSC調節頻率，不會影響占空比，顯然比較方便。所以這里我們直接固定ARR為100-1，通過調節PSC來改變PWM頻率，這里的ARR為100-1，CCR的數值直接就是占空比。

這里實際使用也是有技巧的，一般可以根據分辨率的要求，先確定好ARR值，比如分辨率[1/（ARR+1）]，1%就足夠了。那ARR就是給100-1，這樣PSC決定頻率，CCR決定占空比。如果想要更高的分辨率，比如0.1%，那ARR就先固定1000-1，這樣頻率就是72M/預分頻/1000，占空比就是CCR/1000，這樣也好算。

然后ARR我們固定給100-1，初始化操作的PSC就先不管，后面再寫一個函數，在初始化之后單獨修改PSC。?

void PWM_SetPrescaler(uint16_t Prescaler) //配置TIMx預調度器。
{TIM_PrescalerConfig(TIM2,Prescaler,TIM_PSCReloadMode_Immediate);//Prescaler立即被加載
}

代碼詳解：?

?void TIM_PrescalerConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t Prescaler, uint16_t TIM_PSCReloadMode)//配置TIMx預調度器

參數	說明
TIMx	其中x為1 ~ 17，選擇TIM外設
Prescaler	指定預Prescaler寄存器值
TIM_PSCReloadMode	指定TIM預分頻器的重裝模式。該參數可以是以下值之一：TIM_PSCReloadMode_Update：在更新事件中加載precaler；TIM_PSCReloadMode_Immediate：立即加載precaler

TIM_PSCReloadMode的兩個選擇參數說白了還是影子寄存器的預裝載問題，就是你寫入的值是立刻生效還是在更新事件中生效。

立刻生效：可能在值發生改變時產生切斷波形的現象，比如PWM一個周期剛過去一半，立刻生效了，那就立刻切斷當前波形，開始新的一個周期。在頻率變化時，這里會出現一個不完整的周期。
更新事件生效：就是會有一個緩存器，延遲參數的寫入時間，等一個周期結束了，在更新事件時，再統一改變參數，?保證每個周期的完整。

在這里我們選擇哪個參數都無所謂，我們要求不高，哪個都可以，那這里就選擇立刻生效吧。?

主函數這里調用之后就生成一個頻率為?1KHz，占空比為50%的信號了。

int main(void)
{OLED_Init();PWM_Init();PWM_SetPrescaler(720 - 1);  //頻率=72M/(PSC - 1)/(ARR - 1) 這里(ARR - 1)=100PWM_SetCompare1(50);		//Duty= CCR/(ARR - 1)while(1){}
}

輸入捕獲初始化：

這里因為是自己測自己，所以還要建一個輸入捕獲模塊代碼，測一下PA0口的頻率和占空比。

步驟：?

①RCC開啟時鐘（把要用的TIM外設和GPIO外設時鐘都打開）?

②GPIO初始化，把GPIO配置為輸入模式?，一般選擇上拉或者浮空輸入模式

③配置時基單元，讓CNT計數器在內部時鐘驅動下自增運行?

④配置輸入捕獲單元，包括濾波器、極性選擇、直連通道還是交叉通道、分頻器這些參數，用一個結構體就可以配置

⑤選擇從模式的觸發源觸發源為TF1FP1,這里調用一個庫函數給一個參數即可

⑥選擇觸發之后執行的操作

⑦開啟定時器?

?代碼：

?這里的時鐘選擇，要選擇TIM3,也是APB1外設時鐘，因為PWM模塊還需要TIM2輸出PWM,所以要開啟TIM3時鐘。GPIO初始化需要查看引腳定義表，TIM3通道1對應的是PA6引腳，如果選擇其它定時器或者其它通道，那這個引腳就需要根據引腳定義表改變

這里的TIM_Prescaler值決定了測周法的標準頻率Fc，72M/預分頻就是就計數器自增的頻率，就是計數器標準頻率，這個需要根據你信號頻率的分布范圍來調整，這里暫時先給72-1，這樣標準頻率就是72M/72=1MHz，這樣方便計算。?

?void TIM_ICInit(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_ICInitTypeDef* TIM_ICInitStruct)//根據指定初始化TIM外設TIM_ICInitStruct中的參數

?輸入捕獲初始化結構定義

參數	說明
TIM_Channel	指定TIM通道（1~4通道）
TIM_ICPolarity	極性選擇，指定輸入信號的活動邊緣（上升、下降、雙邊沿觸發）
TIM_ICSelection	指定輸入（直連或者交叉輸入）
TIM_ICPrescaler	指定輸入捕獲預分頻（1、2、4、8分頻，1分頻就是不分頻）
TIM_ICFilter	指定輸入捕獲過濾器，取值范圍為0x0 ~ 0xF之間的數字，數值越大，濾波效果越好

濾波器和分頻器的區別：?

雖然兩個都是計次的東西，但是濾波器計次，并不會改變信號的原有頻率，一般濾波器的采樣頻率都會遠高于信號頻率，所以它只會濾除高頻噪聲，使信號更加平滑，1KHz濾波之后仍然是1KHz，信號頻率不會發生變化。而分頻器就是對信號本身進行計次，會改變頻率，1KHz，二分頻之后就是500Hz，四分頻之后就是250Hz。

對應步驟⑤ ：

void TIM_SelectInputTrigger(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_InputTriggerSource)//選擇輸入觸發器源?

參數	說明
TIMx	其中x可以是1、2、3、4、5、8、9、12或15來選擇TIM外設。
TIM_InputTriggerSource	輸入觸發器源。

?TIM_InputTriggerSource參數選擇：下面兩圖對應

對應步驟⑥?

?void TIM_SelectSlaveMode(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_SlaveMode)//選擇TIMx從模式

參數	說明
TIMx	其中x可以是1、2、3、4、5、8、9、12或15來選擇TIM外設。
TIM_SlaveMode	指定定時器從模式。

TIM_SlaveMode參數選擇：?

最后，啟動定時器后，CNT就會在內部時鐘的驅動下不斷自增，即使信號沒有過來它也會自增。一直自增也沒有關系，因為在有信號過來的時候，它就會在從模式下自動清零，不會影響測量。初始化完成后，整個電路就能實現全自動測量了。?

void IC_Init(void)
{/*開啟時鐘*/RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);			//開啟TIM3的時鐘RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);			//開啟GPIOA的時鐘/*GPIO初始化*/GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);							//將PA6引腳初始化為上拉輸入/*配置時鐘源*/TIM_InternalClockConfig(TIM3);		//選擇TIM3為內部時鐘，若不調用此函數，TIM默認也為內部時鐘/*時基單元初始化*/TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;				//定義結構體變量TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;     //時鐘分頻，選擇不分頻，此參數用于配置濾波器時鐘，不影響時基單元功能TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //計數器模式，選擇向上計數TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 65536 - 1;               //計數周期，即ARR的值TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1;               //預分頻器，即PSC的值TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;            //重復計數器，高級定時器才會用到TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseInitStructure);             //將結構體變量交給TIM_TimeBaseInit，配置TIM3的時基單元/*輸入捕獲初始化*/TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;							//定義結構體變量TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1;				//選擇配置定時器通道1TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0xF;							//輸入濾波器參數，可以過濾信號抖動TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;		//極性，選擇為上升沿觸發捕獲TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;			//捕獲預分頻，選擇不分頻，每次信號都觸發捕獲TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;	//輸入信號交叉，選擇直通，不交叉TIM_ICInit(TIM3, &TIM_ICInitStructure);							//將結構體變量交給TIM_ICInit，配置TIM3的輸入捕獲通道/*選擇觸發源及從模式*/TIM_SelectInputTrigger(TIM3, TIM_TS_TI1FP1);					//觸發源選擇TI1FP1TIM_SelectSlaveMode(TIM3, TIM_SlaveMode_Reset);					//從模式選擇復位//即TI1產生上升沿時，會觸發CNT歸零/*TIM使能*/TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);			//使能TIM3，定時器開始運行
}

注意：????

void TIM_OC1Init(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_OCInitTypeDef* TIM_OCInitStruct);
void TIM_OC2Init(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_OCInitTypeDef* TIM_OCInitStruct);
void TIM_OC3Init(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_OCInitTypeDef* TIM_OCInitStruct);
void TIM_OC4Init(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_OCInitTypeDef* TIM_OCInitStruct);
void TIM_ICInit(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_ICInitTypeDef* TIM_ICInitStruct);?

這里輸出比較和輸入捕獲都有四個通道，OCInit四個通道，每個通道占用一個函數，而ICInit是四個通道共用一個函數的，在結構體會有額外一個參數選擇哪個通道。

void TIM_SetCompare1(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t Compare1);
void TIM_SetCompare2(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t Compare2);
void TIM_SetCompare3(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t Compare3);
void TIM_SetCompare4(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t Compare4);?
uint16_t TIM_GetCapture1(TIM_TypeDef* TIMx);//獲取TIMx輸入捕獲1值。
uint16_t TIM_GetCapture2(TIM_TypeDef* TIMx);//獲取TIMx輸入捕獲2值。
uint16_t TIM_GetCapture3(TIM_TypeDef* TIMx);//獲取TIMx輸入捕獲3值。
uint16_t TIM_GetCapture4(TIM_TypeDef* TIMx); //獲取TIMx輸入捕獲4值。

?這8個函數都是讀取各個通道的CCR值，是相對應的，輸出比較模式下，CCR是只寫的，用TIM_SetCompare寫入；輸入捕獲模式下，CCR是只讀的，用TIM_GetCapture讀出。

返回值：各Capture Compare 寄存器值。

查看頻率讀取CCR（頻率）

?這里需要執行公式Fx=Fc/N,之前說Fc=72M/(PSC+1),PSC=72-1，所以72M/72=1MHz，然后除以N，N就是讀取CCR的值，用uint16_t TIM_GetCapture1(TIM_TypeDef* TIMx)函數讀取

uint32_t IC_GetFreq(void)
{return 1000000 / (TIM_GetCapture1(TIM3) + 1);		//測周法得到頻率fx = fc / N，這里不執行+1的操作也可
}

主函數：?

int main(void)
{OLED_Init();PWM_Init();IC_Init();OLED_ShowString(1,1,"Freq:00000Hz");/*使用PWM模塊提供輸入捕獲的測試信號:將待測信號傳給PA0,PA0又通過導線輸入到PA6,PA6是TIM3的通道1，通道1通過輸入捕獲模塊，測得頻率*/PWM_SetPrescaler(720 - 1);  //頻率=72M/(PSC - 1)/(ARR - 1) 這里(ARR - 1)=100PWM_SetCompare1(50);		//Duty= CCR/(ARR - 1)while(1){OLED_ShowNum(1,6,IC_GetFreq(),5);//不斷刷新顯示輸入捕獲測得的頻率}
}

二、PWMI模式測頻率&占空比

這里輸入捕獲代碼部分直接對上一個代碼進行升級就可以了。配置成兩個通道同時捕獲一個引腳

這里輸入捕獲有兩種配置方法：效果一樣?

1、直接復制多一份通道初始化

2、使用ST公司封裝好的函數

void TIM_PWMIConfig(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_ICInitTypeDef* TIM_ICInitStruct)//根據指定配置TIM外設TIM_ICInitStruct中的參數來測量外部PWM信號

?作用：這個函數你只要傳入一個通道的參數，在函數里它會自動把剩下一個通道初始化成相反的配置，比如這里傳入通道1，直連，上升沿，函數就會順帶配置通道2，交叉，下降；傳入通道2，直連，上升沿，函數就會順帶配置通道1，交叉，下降沿。這個函數只能傳入通道1和通道2，不能傳通道3和通道4。

?獲取占空比函數：

?根據上節課PWMI分析【STM32】TIM輸入捕獲-學習筆記-CSDN博客，高電平的計數值存在CCR2里，整個周期的計數值存在CCR1里，用CCR2/CCR1就可以得到占空比了。

/*** 函    數：獲取輸入捕獲的占空比* 參    數：無* 返 回 值：捕獲得到的占空比*/
uint32_t IC_GetDuty(void)
{return (TIM_GetCapture2(TIM3) + 1) * 100 / (TIM_GetCapture1(TIM3) + 1);	//占空比Duty = CCR2 / CCR1 * 100，這里不執行+1的操作也可
}

主函數：

int main(void)
{/*模塊初始化*/OLED_Init();		//OLED初始化PWM_Init();			//PWM初始化IC_Init();			//輸入捕獲初始化/*顯示靜態字符串*/OLED_ShowString(1, 1, "Freq:00000Hz");		//1行1列顯示字符串Freq:00000HzOLED_ShowString(2, 1, "Duty:00%");			//2行1列顯示字符串Duty:00%/*使用PWM模塊提供輸入捕獲的測試信號*/PWM_SetPrescaler(720 - 1);					//PWM頻率Freq = 72M / (PSC + 1) / 100PWM_SetCompare1(50);						//PWM占空比Duty = CCR / 100while (1){OLED_ShowNum(1, 6, IC_GetFreq(), 5);	//不斷刷新顯示輸入捕獲測得的頻率OLED_ShowNum(2, 6, IC_GetDuty(), 2);	//不斷刷新顯示輸入捕獲測得的占空比}
}

?測頻率性能：32:43

誤差分析：34:45?