STM32-IC输入捕获测量频率

1.简介

IC（Input Capture）输入捕获 输入捕获模式下，当通道输入引脚出现指定电平跳变时，当前CNT的值将被锁存到CCR中，可用于测量PWM波形的频率、占空比、脉冲间隔、电平持续时间等参数

每个高级定时器和通用定时器都拥有4个输入捕获通道

可配置为PWMI模式，同时测量频率和占空比  

可配合主从触发模式，实现硬件全自动测量

2.频率测量的方法

测频法：在闸门时间T内，对上升沿计次，得到N，则频率 f_x=N / T，适合测量频率较高的信号

测周法：两个上升沿内，以标准频率fc计次，得到N ，则频率 f_x=f_c / N，适合测量频率较低的信号

中界频率：测频法与测周法误差相等的频率点 f_m=√f_c / T 

当频率大于中届频率时，使用测周法，小于时使用测频法合适。

3.主从触发模式

主模式：是STM32的内部信号可以发送到TRGO上，对片外进行操作

从模式：选择一个信号触发源，然后选择此信号源产生什么作用。例如选择TI1FP1上升沿为触发源，触发CNT清0。

4.输入捕获基本结构

 解释原理：当检测到TI1FP1上升沿，触发从模式，将CNT计数器清0，在此之前CNT的计数值传递给CCR1计数器。使用测周法，频率=FC/N。CCR1中的计数值为N，而FC频率=72Mhz/PSC+1，也就是计时器的频率，是我们可以调控的单位频率。由此可以计算出测量的信号的频率。

5.PWMI基本结构

解释原理：边沿检测极性选择，TI1FP1与上述相同，TI1FP2选择下降沿时将CNT的值传输到CCR2中，这里就可以计算出测量波形的PWM占空比，占空比=CCR/ARR。

6.输入捕获测量频率代码

代码思路，首先使用STM32-PWM从PA0口输出一个可控波形，传输到PA6口，然后使用IC输入捕获进行频率测量。

PWM模块代码

void PWM_Init(void)
{
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
	TIM_OCInitTypeDef TIM_InitStructure;
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	//第一步开启时钟，RCC内部时钟，GPIOA
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2,ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
//	GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0);
	
	//第二部选择时基单元的时钟，内部时钟模式
	TIM_InternalClockConfig(TIM2);
	
	//配置时基单元
//	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;//计数模式
	//公式：1hz=72mhz/(psc+1)/(arr+1) 72mhz=72 000 000hz
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period=100-1;//ARR自动重装器的值
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler=720-1;//PSC预分频器的值
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter=0;//重复计数器参数，高级计数器菜使用
	TIM_TimeBaseInit(TIM2,&TIM_TimeBaseInitStructure);
	
//PWM计算公式
//PWM频率：Freq=72mhz/(psc+1)/(arr+1)
//PWM占空比：Duty=CRR/(arr+1)
//PWM分辨率:Reso=1/(arr+1)
//例子；输出1khz的PWM波形 分辨率为1% 占空比为50%
//1%=1/(arr+1) arr=99 50%=CRR/100 CRR=50  PSC=720-1
//	TIM_OCInitTypeDef TIM_InitStructure;
	TIM_InitStructure.TIM_OCMode=TIM_OCMode_PWM1; //输出模式
	TIM_InitStructure.TIM_OCNPolarity=TIM_OCPolarity_High;//极性选择
	TIM_InitStructure.TIM_OutputState=TIM_OutputState_Enable;//输出使能
	TIM_InitStructure.TIM_Pulse=0;//CCR赋值
	TIM_OC1Init(TIM2,&TIM_InitStructure);
	
	//启动定时器
	TIM_Cmd(TIM2,ENABLE);
}

void PWM_SetCompare1(uint16_t Compare)
{
	TIM_SetCompare1(TIM2,Compare);
}

void PWM_SetPrescaler(int16_t Prescaler)
{
	TIM_PrescalerConfig(TIM2,Prescaler,TIM_PSCReloadMode_Immediate);
}

这里将ARR的值设置为100-1，通过公式占空比=CCR/ARR+1=CCR/100，则设置的CCR即为占空比值。

输入捕获代码

第一步开启时钟，开启PA6口接收PA0口发出的PWM波形，开启TIM3定时器，因为TIM2定时器用来发送波形了，所以选择TIM3定时器。

	//第一步开启时钟，RCC内部时钟，GPIOA
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
	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);

将PA6口设置为上拉输入。

第二步选择时钟源，为TIM3内部时钟源

//第二部选择时基单元的时钟，内部时钟模式
	TIM_InternalClockConfig(TIM3);

第三步配置时基单元

//配置时基单元
//	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;//计数模式
	//公式：1hz=72mhz/(psc+1)/(arr+1) 72mhz=72 000 000hz
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period=65536-1;//ARR自动重装器的值
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler=72-1;//PSC预分频器的值
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter=0;//重复计数器参数，高级计数器菜使用
	TIM_TimeBaseInit(TIM3,&TIM_TimeBaseInitStructure);

将ARR设置为65536-1为最大值，避免测量波形频率太低溢出。 f_x=f_c / N，由公式，fc=72MHZ/psc+1,则此时f_x=1MHZ。

第四步，配置IC输入比较单元

//配置输入捕获单元
//	TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStrucutre;
	TIM_ICInitStrucutre.TIM_Channel=TIM_Channel_1;
	TIM_ICInitStrucutre.TIM_ICFilter=0xf;//滤波器
	TIM_ICInitStrucutre.TIM_ICPolarity=TIM_ICPolarity_Rising;//上升沿有效
	TIM_ICInitStrucutre.TIM_ICPrescaler=TIM_ICPSC_DIV1;//分频器
	TIM_ICInitStrucutre.TIM_ICSelection=TIM_ICSelection_DirectTI;//直连通道
	TIM_ICInit(TIM3,&TIM_ICInitStrucutre);

第五步，选择触发源，以及从模式选择

//触发源选择
	TIM_SelectInputTrigger(TIM3,TIM_TS_TI1FP1);
	//从模式选择
	TIM_SelectSlaveMode(TIM3,TIM_SlaveMode_Reset);

第六步，启动定时器

	TIM_Cmd(TIM3,ENABLE);

第七步，包装测量频率的函数

//测量频率=单位频率/计数值  FX=FC/CCR=72m/(PSC-1)/CCR 
uint32_t IC_GetFreq(void)
{
	return 1000000 / (TIM_GetCapture1(TIM3)+1);//此处+1是为了弥补误差
}

主函数

int main(void)
{
	PWM_Init();
	OLED_Init();
	IC_Init();
	PWM_SetCompare1(50);//crr
	PWM_SetPrescaler(720-1);//PSC
	OLED_ShowString(1,1,"Freq:00000hz");
	while(1)
	{
		OLED_ShowNum(1,6,IC_GetFreq(),5);
	}
}

7.PWMI测量频率以及占空比

此处只需要修改IC输入捕获部分，只展示修改了的部分代码

	//配置输入捕获单元
//	TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStrucutre;
	TIM_ICInitStrucutre.TIM_Channel=TIM_Channel_1;
	TIM_ICInitStrucutre.TIM_ICFilter=0xf;//滤波器
	TIM_ICInitStrucutre.TIM_ICPolarity=TIM_ICPolarity_Rising;//上升沿有效
	TIM_ICInitStrucutre.TIM_ICPrescaler=TIM_ICPSC_DIV1;//分频器，不分频
	TIM_ICInitStrucutre.TIM_ICSelection=TIM_ICSelection_DirectTI;//通道1直连
	TIM_ICInit(TIM3,&TIM_ICInitStrucutre);
	TIM_PWMIConfig(TIM3,&TIM_ICInitStrucutre);//此代码等效于下列代码
//	TIM_ICInitStrucutre.TIM_Channel=TIM_Channel_2;
//	TIM_ICInitStrucutre.TIM_ICFilter=0xf;//滤波器
//	TIM_ICInitStrucutre.TIM_ICPolarity=TIM_ICPolarity_Falling;//下降沿有效
//	TIM_ICInitStrucutre.TIM_ICPrescaler=TIM_ICPSC_DIV1;//分频器，不分频
//	TIM_ICInitStrucutre.TIM_ICSelection=TIM_ICSelection_IndirectTI;//通道2间接联机
//	TIM_ICInit(TIM3,&TIM_ICInitStrucutre);

封装计算占空比函数 

uint32_t IC_GetDuty(void)
{
	return (TIM_GetCapture2(TIM3)+1)*100/(TIM_GetCapture1(TIM3)+1);
}

占空比=CCR/ARR+1  此时的CCR=TIM3通道2测量出的CCR2，ARR+1为TIM3通道1测量出的CCR1

作者：wmkswd