玩转STM32CubeMX | 输入捕获

1.输入捕获简介
/ f& j% X3 a3 `9 R  @& K/ @& F
, S/ k* {: J9 {! B
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
+ S% w# S* S2 F& `' J& ?

2.硬件设计
$ J) d  ~0 k5 k: |  P+ w
1 {- e& B1 [9 x+ [6 Z) l: }3 _
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
) z1 w( E' ^1 J

* ~7 E$ t$ v5 X+ u* K4 c/ |& y指示灯D1
定时器TIM5
( b( C3 h; A. A  o7 p4 H3 e  B) uUSART1串口
1 L3 ^$ A/ D# b9 Q& m8 hK_UP按键

3.软件设计


3.1 STM32CubeMX设置


! `/ Z2 j& p8 S' Q➡️ 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
) Z3 N8 O8 {& _+ A$ o, Z

; s, G6 J. `; N8 S  u➡️ 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
$ Y# L4 o4 O* `5 y! g

) [/ b/ ~; X' B/ j0 |% C, n8 q➡️ 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
0 M* G7 l0 w9 J; r- Q

➡️输入工程名，选择路径（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
. d% Q4 U6 Y0 ~  n' j1 L

3.2 MDK-ARM软件编程
$ O0 F  K- |- Z+ z& c4 }9 O% O

➡️ 在tim.c文件中编写定时器更新中断处理回调函数

1. /* TIM5CH1_CAP_STA 各数据位说明
   1 G/ t- y% L8 x# |
2. ** bit7   捕获完成标志
   ; S: n/ @% n( y) R5 v0 k# X$ n
3. ** bit6          捕获到高电平标志
   
4. ** bit5~0 捕获高电平后定时器溢出的次数*/
   
5. uint8_t TIM5CH1_CAP_STA = 0;
   
6. uint16_t TIM5CH1_CAP_VAL;
   
7. void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim){
   , Q% W4 e. P2 z1 s, f. y
8.   if((TIM5CH1_CAP_STA&0X80)==0){        //还未成功捕获
   
9.     if(TIM5CH1_CAP_STA&0X40){        //已经捕获到高电平
   " T- o% g- L# r* v
10.       if((TIM5CH1_CAP_STA&0X3F)==0X3F){ //高电平时间太长了
    ' w" @# [/ U$ h3 @, h; N# \
11.         TIM5CH1_CAP_STA |= 0X80;//标记为完成一次捕获
    2 |% ?' ^1 [& _( `; `
12.         TIM5CH1_CAP_VAL = 0XFFFF;//计数器值
    ; d; k) U# O. a
13.       }else
    
14.         TIM5CH1_CAP_STA++;//溢出次数加1                        
    
15.     }        
    ' ^- J+ u( H0 h! |
16.   }
    
17. }

复制代码

➡️ 在tim.c文件中编写输入捕获中断处理回调函数

1. void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim){
   # T+ E' r6 \3 x5 K' @9 K
2.   if((TIM5CH1_CAP_STA & 0X80) == 0){        //还未成功捕获
   
3.     if(TIM5CH1_CAP_STA & 0X40){        //捕获到上升沿后条件为真
   ) ^6 a. m: g0 T; l* P- k4 {$ A- K
4.       TIM5CH1_CAP_STA |= 0X80;        //标记为完成一次高电平捕获
   
5.       TIM5CH1_CAP_VAL = HAL_TIM_ReadCapturedValue(&htim5,TIM_CHANNEL_1);//获取当前的计数器值
   
6.       TIM_RESET_CAPTUREPOLARITY(&htim5,TIM_CHANNEL_1);//清除原来的设置               
   
7.       TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(&htim5,TIM_CHANNEL_1,TIM_ICPOLARITY_RISING);//设置上升沿捕获
   
8.     }else{
   - C0 g$ M; P3 t6 j+ @
9.       TIM5CH1_CAP_STA = 0;
   ! O1 Z2 ?5 H0 _; Q( ?
10.       TIM5CH1_CAP_VAL = 0;
    
11.       TIM5CH1_CAP_STA |= 0X40;//标记捕获到上升沿
    2 e, a  Z6 S: Q2 k( c- l# [
12.       __HAL_TIM_DISABLE(&htim5);//关闭定时器
    
13.       __HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim5,0);//计数器值清零
    
14.       TIM_RESET_CAPTUREPOLARITY(&htim5,TIM_CHANNEL_1);//清除原来的设置                                
    9 n+ s) N  w2 i' q; {- O: N. t
15.       TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(&htim5,TIM_CHANNEL_1,TIM_ICPOLARITY_FALLING);//设置下降沿捕获
    3 Q- ]5 [. P' j# A: g. m
16.       __HAL_TIM_ENABLE(&htim5);//使能定时器               
    5 h2 N6 b& t% h
17.     }        
    
18.   }
    6 Z- g/ h# E" L7 d1 l# c- z% E
19. }        

复制代码

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 ‘)’
8 G. O" l' H' b8 ?  W3 e9 H

1. stm32f1xx_hal_tim.h
     x0 Z3 n! w6 q' Y2 x: m- b1 M
2. //修改前
   
3. #define TIM_RESET_CAPTUREPOLARITY(__HANDLE__, __CHANNEL__) \
   7 @- s$ L9 ~) D  o0 i3 y
4.   (((__CHANNEL__) == TIM_CHANNEL_1) ? ((__HANDLE__)->Instance->CCER &= ~(TIM_CCER_CC1P | TIM_CCER_CC1NP))) :\
   ! f  W2 W# q/ H- |' E' J7 g+ @) _: i$ W
5.    ((__CHANNEL__) == TIM_CHANNEL_2) ? ((__HANDLE__)->Instance->CCER &= ~(TIM_CCER_CC2P | TIM_CCER_CC2NP)) :\
   
6.    ((__CHANNEL__) == TIM_CHANNEL_3) ? ((__HANDLE__)->Instance->CCER &= ~(TIM_CCER_CC3P)) :\
   
7.    ((__HANDLE__)->Instance->CCER &= ~(TIM_CCER_CC4P)))
   # Y) a, E+ H# A0 l9 y2 X& `
8. //修改后
   
9. #define TIM_RESET_CAPTUREPOLARITY(__HANDLE__, __CHANNEL__) \
   
10.   (((__CHANNEL__) == TIM_CHANNEL_1) ? ((__HANDLE__)->Instance->CCER &= ~(TIM_CCER_CC1P | TIM_CCER_CC1NP)) :\
    ) r, \8 R  P6 o: V
11.    ((__CHANNEL__) == TIM_CHANNEL_2) ? ((__HANDLE__)->Instance->CCER &= ~(TIM_CCER_CC2P | TIM_CCER_CC2NP)) :\
    
12.    ((__CHANNEL__) == TIM_CHANNEL_3) ? ((__HANDLE__)->Instance->CCER &= ~(TIM_CCER_CC3P)) :\
    
13.    ((__HANDLE__)->Instance->CCER &= ~(TIM_CCER_CC4P)))

复制代码

➡️ 在main.c文件中编写高电平持续时间处理代码
+ H4 P2 n1 l3 U" w; d1 ~7 y

1. int main(void){
   0 {4 A  \0 J9 J. ]. o
2.   long long temp = 0;
   . Z: s( l- @9 }- D& {$ z; U; _% G
3.   HAL_Init();
   9 Q) \# K3 Z! Q2 Z
4.   SystemClock_Config();
   ' n2 Z6 b9 C4 p. _0 R1 D$ p
5.   MX_GPIO_Init();
   6 F+ G( g4 R% y7 S
6.   MX_TIM5_Init();
   
7.   MX_USART1_UART_Init();
   
8.   /* USER CODE BEGIN 2 */
   
9.   //一定要开启TIM5通道1的捕获中断
   
10.   HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim5,TIM_CHANNEL_1);
    
11.   //一定要开启TIM5的更新中断        
    1 N0 B/ S5 a/ M: m: ?
12.   __HAL_TIM_ENABLE_IT(&htim5,TIM_IT_UPDATE);        
    - T& F5 n  Y& c5 q. V
13.   printf("This is TIM_CAP test...\n");
    
14.   /* USER CODE END 2 */
    
15.   while (1){
    
16.     HAL_Delay(500);
    
17.     if(TIM5CH1_CAP_STA & 0X80){        //完成一次高电平捕获
    
18.       temp = TIM5CH1_CAP_STA & 0X3F;
    ( Y! X4 l6 y% K. _1 k9 m
19.       temp *= 65536;                //溢出总时间
    6 n3 T% X! I& p3 E; W
20.       temp += TIM5CH1_CAP_VAL;        //总的高电平时间
    
21.       printf("High level duration:%lld us\r\n",temp);
    3 J/ c/ y5 z! G' ?% \; ?0 `& [
22.       TIM5CH1_CAP_STA = 0;        //准备下一次捕获
    ; `4 _* |0 m, K- N) U
23.     }
    2 X2 M# l  q7 G# d/ Y9 }6 E9 K
24.     HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_0);
    : x0 K; [4 m5 `2 @) Z
25.   }
    
26. }

复制代码

4.下载验证
) r7 S& E7 z. Z4 n% B+ }7 |
$ A% e. D' D# l* b9 w$ W
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
# z, t9 x0 J6 S% O/ d, `% g

# M  R6 M% @# y( e* c& H8 M

实用，感谢分享！