【经验分享】STM32Cube HAL 输入捕获——PWM测量

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STMCU小助手发布时间：2022-4-7 11:17

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文章简介:	STM32Cube HAL 输入捕获——PWM测量

对于PWM的捕获，我这里一共使用两种方法实现：第一种是PWM输入模式，采用一个定时器的两个通道（通道一和通道二），配置从模式为复位模式，没有进行溢出处理，所以需要考虑捕获的最低频率；第二种是普通的输入捕获模式，采用一个定时器一个通道，有进行溢出处理，所以没有最低频率的限制。

实验内容：使用高级定时器输入捕获测量PWM的周期和占空比。

一、原理图

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—— —— —— —— —— —— —— ——PWM输入模式—— —— —— —— —— —— —— ——

二、 CubeMX配置

Step1.打开 STM32CubeMX，点击“New Project”，选择芯片型号，STM32F103VETx。

${`R__9]OPC@S~9YN`V}WM{R.png$

Step2.选择时钟源，并配置时钟树。选择Crystal/Ceramic Resonator，并配置系统时钟为72M。

BP~6}2PK@A[$@C(BMEXKU.png

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Step3.配置SYS，我们这里选择的是Serial Wire。（正常情况配置不配置不影响，debug可以使用。但是你不可以把这两个引脚用于其他复用功能，如果用于其他复用功能，debug就不起作用了。）

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Step4.串口配置（主要为了在串口调试助手显示测试的时间），因为没有用到中断和DMA所以我们就不过多讲解。

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Step5.接下来进行最主要的定时器配置。首先我们先配置PWM信号，用于等会捕获实验。我这边选用的定时器3通道4（PB1引脚），如原理图所示也就是我们蓝灯的控制IO口，我们更直观的观察到PWM信号的情况。

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Step6.定时器输入捕获参数的配置，因为我们使用的PWM捕获模式，我选用的定时器8通道1和通道2.（更改一下：直接模式和间接模式应该叫直连模式和非直连模式）

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到这里关于相关参数配置基本已经完成，只需要根据之前文章《STM32Cube HAL:GPIO输入/输出（一）》Step4-Step8，设置相关工程参数和生成代码。

三、添加功能代码

1、我们等会会向串口调试助手发送数据，进行实验结果的验证。发送数据我们采用printf函数，所有需要重定向c库函数printf到串口。注意使用时需要在keil设置中勾选微库(use mircolib)，同时需要添加头文件#include <stdio.h>。重定向代码如下（usart.c）

//重定向c库函数printf到串口DEBUG_USART，重定向后可使用printf函数
int fputc(int ch, FILE *f)
{
/* 发送一个字节数据到串口DEBUG_USART */
HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 1000);
return (ch);
}
//重定向c库函数scanf到串口DEBUG_USART，重写向后可使用scanf、getchar等函数
int fgetc(FILE *f)
{
int ch;
HAL_UART_Receive(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 1000);
return (ch);
}

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2、定义相关变量，以及使能相关定时器和计数处理代码（main.c）

宏定义、全局变量
#define cnt_clk 72000000/(71+1)//计数器频率
#define arr 65535//自定重装载值
uint32_t CCR1,CCR2,end_flag;//存捕获寄存器获取的值的变量
float duty_cycle,frequency;//频率，占空比

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//使能相关定时器以及计数结果处理代码
HAL_TIM_PWM_Start(&htim3,TIM_CHANNEL_4);//开启PWM输出，不需要中断
HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim8,TIM_CHANNEL_1);
HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim8,TIM_CHANNEL_2);

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//处理代码
while (1)
{
if(end_flag==1)
{
printf("\r\n频率=%.2fHZ,占空比=%.2f%%\r\n",frequency,duty_cycle);
end_flag=0;
}
HAL_Delay(1000);
}

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3、中断回调函数（捕获中断）（main.c）

void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
/*PWM 信号的第一个上升沿时，定时器产生中断，计数器，CCR寄存器被复位。
当下降沿到来时，IC2 会捕获，对应的是脉冲宽度测量，但不会产生中断。当第
二个上升沿时，IC1会捕获，对应的是周期宽度测量，而且会再次进入中断*/
//printf("0");
CCR1=HAL_TIM_ReadCapturedValue(&htim8, TIM_CHANNEL_1);
if(CCR1!=0)
{
CCR2=HAL_TIM_ReadCapturedValue(&htim8, TIM_CHANNEL_2);
frequency=(float)cnt_clk/(CCR1+1);
duty_cycle=(float)(CCR2+1)*100/(CCR1+1);
end_flag=1;
}
else
{
frequency=0;
duty_cycle=0;
}
}

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关于PWM模式主要需要的注意有两点：

一、PWM模式只能使用通道1和通道2，PWM输入模式工作原理如下图:

二、用于捕获的定时器时基设置，需要考虑到能捕获的最低频率。

公式：能捕获的最低频率f=(时钟频率/(分频系数PSC+1))/(重装载值ARR+1)

结合这次配置的时基,可得：f=(72000000/(71+1))/(65535+1）=15.2HZ

—— —— —— —— —— —— —— 普通的输入捕获模式—— —— —— —— —— —— ——

二、 CubeMX配置

step1-step4与上面PWM输入模式一致

step5.同样是配置PWM信号，用于等会捕获实验。我这边选用的同样是定时器3通道4（PB1引脚）。唯一不同的是，为了验证溢出处理的功能，我做了一点小改动。配置为频率20HZ，占空比为60%的PWM。

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~O5_6JHF~JUHVO0JFPB9MH3.png

Step6.定时器输入捕获参数的配置，因为我们使用的普通的输入捕获模式，我选用的定时器8通道1。这里没有用到从模式，所以不进行配置。捕获频率最低频率设置为33.3HZ，增加使能更新中断，对溢出进行处理，解决了最小捕获频率的限制。因此我们可以捕获小于33.3HZ的频率。

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到这里关于串口参数配置基本已经完成，只需要根据之前文章《STM32Cube HAL:GPIO输入/输出（一）》Step4-Step8，设置相关工程参数和生成代码。

三、添加功能代码

1、我们等会会向串口调试助手发送数据，进行实验结果的验证。发送数据我们采用printf函数，所有需要重定向c库函数printf到串口。注意使用时需要在keil设置中勾选微库(use mircolib)，同时需要添加头文件#include <stdio.h>。（代码同上）

2、定义相关变量，以及使能相关定时器和处理代码（main.c）

//宏定义，及全局变量
#define cnt_clk 72000000/(71+1)//计时器时钟
#define arr 30000 //重装载寄存器的值，根据实际情况设置。
uint32_t ccr_cnt1,ccr_cnt2;//存捕获寄存器获取的值的变量
uint32_t Period_cnt,Period_cnt1,Period_cnt2;//更新中断次数以及存放更新中断次数的变量
uint32_t ic_flag,end_flag;//触发标志位，捕获完成标志
float duty_cycle,frequency;//频率，占空比

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//使能相关定时器功能
HAL_TIM_PWM_Start(&htim3,TIM_CHANNEL_4);//开启PWM输出，不需要中断
__HAL_TIM_CLEAR_IT(&htim8,TIM_CHANNEL_1);//清除更新中断标志位，防止一使能就进入更新中断
HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim8);//使能定时器，更新中断
HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim8,TIM_CHANNEL_1);//使能定时器，使能捕获输入以及捕获中断

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//捕获数据处理
while (1)
{
if(end_flag==1)//捕获完成标志位
{
duty_cycle=(float)(Period_cnt1*(arr+1)+ccr_cnt1+1)*100/(Period_cnt2*(arr+1)+ccr_cnt2+1);
frequency=(float)cnt_clk/(Period_cnt2*(arr+1)+ccr_cnt2+1);
printf("\r\n频率=%.2fHZ,占空比=%.2f%%\r\n",frequency,duty_cycle);
end_flag=0;//复位捕获完成标志
}
}

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3、中断回调函数（更新中断、捕获中断）（main.c）

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
Period_cnt++;
}

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void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
switch(ic_flag)//触发标志位判断
{
case 0://第一个上升沿捕获
{
__HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim8,0);//清除计数器的计数
ccr_cnt1=0;//初始化相关变量
ccr_cnt2=0;
Period_cnt=0;
Period_cnt1=0;
Period_cnt2=0;
__HAL_TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(&htim8,TIM_CHANNEL_1,TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_FALLING); //设置成下降沿触发
ic_flag=1;//更改捕获标志位，进入case1进行相关变量的处理。
break;
}
case 1://第一个下降沿捕获
{
ccr_cnt1=__HAL_TIM_GET_COMPARE(&htim8,TIM_CHANNEL_1);//获取存放在CCR寄存器的值（捕获值）
Period_cnt1=Period_cnt;//获取第一个下降沿到来时的进入更新中断的次数
__HAL_TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(&htim8,TIM_CHANNEL_1,TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_RISING); //设置成上升沿触发
ic_flag=2; //更改捕获标志位，进入case2进行相关变量的处理
break;
}
case 2://第二个上沿捕获
{
ccr_cnt2=__HAL_TIM_GET_COMPARE(&htim8,TIM_CHANNEL_1);//获取存放在CCR寄存器的值（捕获值）
Period_cnt2=Period_cnt;//获取第二个上升沿到来时的进入更新中断的次数
ic_flag=0; //更改捕获标志位，进入case0进行相关变量的处理。
end_flag=1;//捕获完成标志
break;
}
default:
break;
}
}

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关于普通的输入模式捕获PWM。主要工作流程：

1、第一次捕获到上升沿，计数器清零，存捕获寄存器值的变量清零，存中断次数的变量清零。改变触发边沿为下降沿触发，并将触发标志位为设置为1，使下次下降沿触发时，能进行相对应的处理。

2、第一次捕获到下降沿，将捕获寄存器（CCR寄存器）的值，中断次数存入相应的变量。同时更改触发边沿为上升沿触发，并将触发标志位为设置为2，使下次上升沿触发时，能进行相对应的处理。

3、第二次捕获到上升沿，再次将捕获寄存器（CCR寄存器）的值，中断次数存入相应的变量。将触发标志设置为0，目的为能够循环捕获。同时捕获完成标志为置1。

4、在main函数中，使用在while循环，使用if语句进行捕获标志的轮询，从而在捕获完成后进行相应的数据处理。

虽然目前代码的配置以及实验结果是没有问题的。但是在调试时候，碰到一个比较疑惑的问题，ARR的设置影响了捕获的准确性，比如在设置为999和1000的时候，同样是存在溢出的，也进行了溢出处理。但是AAR=999时候频率不稳定，AAR=1000频率正常。暂时还是没法找到合理的解释。