有人使用STM32G4系列的通用型TIMER基于捕获功能对外来信号进行周期及占空比的测量。他用TIM3产生频率、占空比可调的PWM输出做为被测信号。TIM4用来进行频率测量，工作在复位从模式，被测信号接到其通道2的输入脚。然后经内部边沿检测和内部滤波电路后，兵分两路分别连接到IC1和IC2。显然IC2使用直接输入模式，IC1使用间接输入模式，如下图功能框图示意。

但他发现被测信号频率较高时，误差就明显变大了。当然，他也知道，任何测量肯定是有极限的。他现在就是想知道，能否基于现有方案将测量极限拉高点。比方说，他现在测量20KHz信号时就明显误差过大，导致测算结果难以采用。是否可以将可靠的测量结果提升到25KHz或更高呢。

我们不妨一起看看这个问题。依然保持相同的测量方案，TIM4工作在复位从模式，TIM3输出的被测信号连接到TIM4的CH2，然后兵分两路连接都TIM4的IC1与IC2。

显然，我们先要确定测量的计时起点。可以采用IC2的上沿捕获事件作为测量起点，即进入测试状态。也可以基于上沿触发信号产生定时器复位导致的更新事件加 触发事件作为测量起点，我在下面就是使用后者来进行测量并组织相应代码。

IC1的下降沿触发捕获，捕获到的计数器值存放于变量Value_1stCap【结合上图来看】。

IC2的上升沿作为TIM4的触发复位信号，且基于上升沿事件进行捕获， 捕获值存于Value_2ndCap。

从发生复位事件到发生第2次捕获期间，对TIM4的更新事件次数进行统计，总的更新事件次数计为Total_Num_OvEvent。

从发生复位事件到发生第1次捕获期间，对TIM4的更新事件次数进行统计后，计为Front_Num_OvEvent。

现在使用STM32CubeMx进行配置。重点关注TIM4的配置。TIM4的时基和捕获配置参数如下：

结合上面配置我们不难看出，TIM4的溢出周期为20ms，TI2FP2作为TIM4的复位触发信号，上沿触发，同时IC2针对输入信号的上沿进行捕获。IC1针对输入信号的下沿进行捕获。

至于TIM3的配置没啥特别的，就是产生PWM输出信号，在代码里将调整其PSC分频系数和ARR参数以及CCR参数，以改变其频率和占空比。选择其通道1做PWM输出。下面测试中，TIM3输出的PWM波形的占空比固定为40%。

另外，STM32G4的系统主频配置为170MHz,使用HSE 时钟源。开启TIM4的中断响应使能。完成配置后创建工程。添加必要的用户初始及启动代码。

__IO uint32_t            Vaule_2ndCap = 0u;__IO uint32_t            Vaule_1stCap = 0u;
__IO    float          Signal_Cycle= 0.0f;__IO    float          Signal_Duty = 0.0f;__IO    float          Signal_Freq = 0.0f;
__IO uint32_t Total_Num_OvEvent=0u;__IO uint32_t Front_Num_OvEvent=0u;
__IO uint32_t  Num_OvEvent =0u ;__IO uint32_t  Measure_State = 0u;
__IO uint32_t  Clk_Internal;

    __HAL_TIM_CLEAR_IT(&htim4, TIM_IT_UPDATE);    __HAL_TIM_ENABLE_IT(&htim4, TIM_IT_UPDATE);  
    HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim4, TIM_CHANNEL_2); //enable IC1 interrupt of TIM4    HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim4, TIM_CHANNEL_1); //enable IC2 interrupt of TIM4
  __HAL_TIM_CLEAR_IT(&htim4, TIM_IT_UPDATE);  __HAL_TIM_CLEAR_IT(&htim4, TIM_IT_TRIGGER);//enable Update interrupt of TIM4      Clk_Internal = HAL_RCC_GetHCLKFreq();  //170MHz for G4 Series
  Measure_State = 0x00;  //initial state of Measuring  Num_OvEvent = 0x00;    //initial value of update count of TIM4

  HAL_TIM_PWM_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_1);

TIM4事件的所有中断共用同一个中断矢量入口。为了尽可能地测得较高的信号频率，中断处理代码尽量要简洁些，避免过多、过深的函数调用。

有关TIM4的捕获中断及更新中断的处理代码如下，包括IC1、IC2的捕获中断处理和更新中断处理代码，以及相关计算处理代码。

void HAL_TIM4_PWM_Measure_IRQ(TIM_HandleTypeDef *htim){
if(__HAL_TIM_GET_FLAG(htim, TIM_FLAG_UPDATE) != RESET)  {      __HAL_TIM_CLEAR_IT(htim, TIM_IT_UPDATE);
if(__HAL_TIM_GET_FLAG(htim, TIM_FLAG_TRIGGER) != RESET)      {          __HAL_TIM_CLEAR_IT(htim, TIM_IT_TRIGGER);
if (Measure_State == 0)
          {             Num_OvEvent = 0;      // prepare count overflow events            Measure_State = 0x01;   //start measurement          }         }
else    {if(Measure_State != 0)        {       Num_OvEvent++;      }      }  }
/* Capture compare 1 event */if(__HAL_TIM_GET_FLAG(htim, TIM_FLAG_CC1) != RESET)  {
        __HAL_TIM_CLEAR_IT(htim, TIM_IT_CC1); 

if (Measure_State == 0x01)          {                Front_Num_OvEvent = Num_OvEvent;            Measure_State =0x02;           }  
  }
/* Capture compare 2 event */if(__HAL_TIM_GET_FLAG(htim, TIM_FLAG_CC2) != RESET){      __HAL_TIM_CLEAR_IT(htim, TIM_IT_CC2);

if(Measure_State == 0x02)        {          Measure_State =0x03;          Total_Num_OvEvent = Num_OvEvent;           HAL_TIM4_IC_CaptureCallback(htim);      //go to calculate pulse width and duty
        }    
 } 

}
void HAL_TIM4_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim){
/* Get the Input Capture value */    Vaule_1stCap = TIM4->CCR1;//HAL_TIM_ReadCapturedValue(htim, TIM_CHANNEL_1);    Vaule_2ndCap = TIM4->CCR2;//HAL_TIM_ReadCapturedValue(htim, TIM_CHANNEL_2);

    Signal_Duty =(float)((Vaule_1stCap+(Front_Num_OvEvent*(TIM4_PERIOD+1)))*100u)/ \      (float)(Vaule_2ndCap+(Total_Num_OvEvent*(TIM4_PERIOD+1)));  
//  Clk_Internal = HAL_RCC_GetHCLKFreq();
    Signal_Freq =(float)(Clk_Internal/(TIM4_PSC+1))/(float)((Vaule_2ndCap+(Total_Num_OvEvent*(TIM4_PERIOD+1))));  Signal_Cycle = (float) (1.000f/Signal_Freq) ;

      Measure_State = 0x00;      Num_OvEvent = 0x00;    __HAL_TIM_CLEAR_IT(htim, TIM_IT_CC1);     __HAL_TIM_CLEAR_IT(htim, TIM_IT_CC2);     __HAL_TIM_CLEAR_IT(htim, TIM_IT_UPDATE);    __HAL_TIM_CLEAR_IT(htim, TIM_IT_TRIGGER);    }

现在基于上面的配置及用户代码进行测量验证。我们发现当TIM3输出的待测信号频率达到25KHz时，测得的频率及占空比就发生了明显的偏差。见下图标注问号的第4栏信息。

即当被测频率为25KHz,占空比为40%时，测得结果是下面的样子，明显偏差过大。

如果说被测信号频率进一步提升的话，误差会变得更大。那么，这种情形是否有改善机会呢？即在当前的测试方案下，可准确测量的被测信号频率是否可以提高。

目前的中断处理代码应该说比较精简，没有什么可以优化的余地了。

聊到这里，有人可能发现了，我前面配置TIM4时，它是用来完成测量任务的，它的分频系数PSC为169。即TIM4的计数器计数时钟为1MHz，其计数分辨率为1us。不难理解，这个PSC系数应该会直接影响TIM4的计数精度，按理会影响到测量结果，尤其被测信号频率较高时。

既然这样，我们将TIM4的PSC系数改为0，并适当调整其ARR值再来实施测量，看看结果会怎么样。见下图，TIM3输出的信号频率仍然是占空比为40% 、频率为25KHz的PWM信号。测量结果显著地明显改善，应该说此时结果是可以接受的，毕竟浮点运算也会带来些偏差。

我们不妨在保持TIM3的PSC为0的条件下，将输出频率提升到50KHz、100KHz。继续看看测量结果，见下图：

从测试结果来看，当被测信号频率提升到50KHz,测量结果仍然很好，完全可以采用。即使当被测信号频率提升到100KHz时，测量结果虽发生了一些偏差，但此时的偏差相比PSC=169、被测信号为25KHz时的测试结果还要好得多。我把二者单列出来一起比较，见下图：

经过上面的讨论和验证，我们知道，在使用TIMER做信号的频率及占空比的测量时，当确定好测试方案后，为了尽可能地提升可以准确测试信号的频率，一方面代码要尽可能精简、优化，另一方面，因测试TIMER的分频系数会影响测试结果的精度及准确性，此时测试TIMER的分频系数要尽可能设置小、或不做分频，这点结合具体应用场景来定。

关于上面的的话题，其实还可以有很多继续延伸的空间，因时间和篇幅问题，就先聊到这里。有兴趣的话，可以基于上面配置和分享的参考源码做些快速测试验证，也欢迎进一步地讨论交流。

文章出处：来自茶话MCU