STM32 输入捕获的脉冲宽度及频率计算

输入捕获模式可以用来测量脉冲宽度或者测量频率。STM32 的定时器，除了 TIM6 和 TIM7，其他定时器都有输入捕获功能。以下是对脉冲宽度及频率的计算。

1、脉冲宽度

如下图所示，采集该高电平脉冲的宽度，只需要进入输入捕获上升沿检测，记录当前的发生上升沿时的CNT值，再进行输入捕获下降沿检测，也记录当前发生下降沿时的CNT值，两次CNT值的差值再根据计数的频率就可以算出脉冲的宽度。

上升沿及下降沿捕获的程序具体实现如下：

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1. TIM8_Cap_Init(0XFFFF,72-1);          //以1Mhz的频率计数   
2.   
3. void TIM8_UP_IRQHandler(void)  
4. {   
5.     if((TIM8CH4_CAPTURE_STA&0X80)==0)     //还未成功捕获     
6.     {       
7.         if (TIM_GetITStatus(TIM8,TIM_IT_Update) != RESET)  
8.         {         
9.             if(TIM8CH4_CAPTURE_STA&0X40)             //已经捕获到高电平了  
10.             {  
11.                 if((TIM8CH4_CAPTURE_STA&0X3F)==0X3F) //高电平太长了  
12.                 {  
13.                     TIM8CH4_CAPTURE_STA|=0X80;   //标记成功捕获了一次  
14.                     TIM8CH4_CAPTURE_VAL=0XFFFF;  
15.                 }  
16.                 else   
17.                     TIM8CH4_CAPTURE_STA++;       //捕获高电平后定时器溢出的次数++  
18.             }      
19.         }  
20.                              
21.     }  
22.     TIM_ClearITPendingBit(TIM8,TIM_IT_Update);    //清除中断标志位  
23. }  
24. void TIM8_CC_IRQHandler(void)  
25. {  
26.    if((TIM8CH4_CAPTURE_STA&0X80)==0)  
27.    {  
28.        if(TIM_GetITStatus(TIM8,TIM_IT_CC4) != RESET)   //捕获1发生捕获事件  
29.         {     
30.                  if(TIM8CH4_CAPTURE_STA&0X40)          //捕获到一个下降沿         
31.                 {                 
32.                     TIM8CH4_CAPTURE_STA|=0X80;//标记成功捕获到一次高电平脉宽  
33.                     TIM8CH4_CAPTURE_VAL=TIM_GetCapture4(TIM8);  
34.                     TIM_OC4PolarityConfig(TIM8,TIM_ICPolarity_Rising); //CC1P=0 设置为上升沿捕获  
35.                 }  
36.                 else                  //还未开始,第一次捕获上升沿  
37.                 {  
38.                     TIM8CH4_CAPTURE_STA=0;    //清空  
39.                     TIM8CH4_CAPTURE_VAL=0;  
40.                     TIM_SetCounter(TIM8,0);   //计数器清零  
41.                     TIM8CH4_CAPTURE_STA|=0X40;//标记捕获到了上升沿  
42.                     TIM_OC4PolarityConfig(TIM8,TIM_ICPolarity_Falling);//CC1P=1 设置为下降沿捕获  
43.                 }                             
44.         }  
45.    }  
46.     TIM_ClearITPendingBit(TIM8, TIM_IT_CC4);      //清除中断标志位  

程序中定时器输入捕获配置的TIM8CH4通道，CNT计数的频率1MHZ,即计数1个就是1us。 TIM8_UP_IRQHandler 是一个定时中断函数，根据 TIM8_Cap_Init(0XFFFF,72-1) 可知65536us会中断一次，所以总的脉冲宽度时间如下：

temp=TIM8CH4_CAPTURE_STA&0X3F;      //从TIM8_UP_IRQHandler中断知中捕获上升沿及下降沿期间进行此中断的次数
temp*=65536;//溢出时间总和
temp+=TIM8CH4_CAPTURE_VAL;          //得到总的高电平时间  TIM8CH4_CAPTURE_VAL为CNT计数的值

2、频率测量

如下图所示，测量脉冲的频率，则分别采集两次输入捕获上升沿的CNT值，脉冲的频率=f/△CNT

两次上升沿捕获的程序具体实现如下：

[cpp]  view plain  copy

1. TIM8_Cap_Init(0XFFFF,72-1);    //以1Mhz的频率计数  
2.   
3. void TIM8_CC_IRQHandler(void)  
4. {  
5.    if(TIM_GetITStatus(TIM8,TIM_IT_CC4)!=RESET)  
6.    {  
7.        TIM_ClearITPendingBit(TIM8, TIM_IT_CC4);    //清除中断标志位  
8.        if(state==0)    //捕获第一个上升沿  
9.        {  
10.            state=1;  
11.            timecount=TIM_GetCapture4(TIM8);        //记录第一次上升沿的CNT值  
12.        }  
13.        else if(state==1)//捕获第二个上升沿  
14.        {  
15.            state=0;  
16.            timecount1=TIM_GetCapture4(TIM8);   //记录第二次上升沿的CNT值  
17.            if(timecount<timecount1)  
18.            {  
19.                  test=timecount1-timecount;           //两次上升沿的差值  
20.            }  
21.            else if(timecount>timecount1)  
22.            {  
23.                  test=(0xffff-timecount)+timecount1;  //两次上升沿的差值  
24.            }  
25.            else  
26.              test=0;  
27.   
28.              fq=1000000/test;                     //脉冲的频率  
29.        }  
30.    }  
31. }  

由程序可知配置的定时器的输入捕获的计数的频率为1MHZ，两次捕获上升沿的差值test为计数器CNT计的次数，所以总的周期即为T=1us*test,所以频率就fq=1000000/test HZ;

另外，测量频率除了还可以使用定时器的外部脉冲信号计数来进行。

3、定时器的外部计数模式测频率

因为STM32有外部时钟源模式，即可以根据外部脉冲信号进行计数，然后另外设定定时器定时中断去读取计数器的值，频率=CNT/定时中断时间。程序代码实现如下：

[cpp]  view plain  copy

1. TIM3_Int_Init(9999,7199);    //定时1s中断一次    
2. TIM2_Cap_Init();             //外部信号引脚脉冲检测 TIM2_CH1_ETR  
3. void TIM2_Cap_Init(void)                                        //配置 TIM2_CH1_ETR 为外部脉冲计数  
4. {      
5.     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;  
6.     TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;  
7.   
8.     RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);    //使能TIM2时钟  
9.     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);   //使能GPIOA时钟  
10.       
11.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin  = GPIO_Pin_0;              //PA0 清除之前设置    
12.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD;           //PA0 输入    
13.     GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);  
14.     GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0);                       //PA0 下拉  
15.       
16.     //初始化定时器2 TIM2     
17.     TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 0xFFFF;              //设定计数器自动重装值   
18.     TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =0;             //预分频器     
19.     TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim  
20.     TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上计数模式  
21.     TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);         //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位  
22.     TIM_ITRxExternalClockConfig(TIM2,TIM_TS_ETRF);          //配置外部触发，否则不会计数  
23.     TIM_ETRClockMode2Config(TIM2, TIM_ExtTRGPSC_OFF, TIM_ExtTRGPolarity_NonInverted, 0);  
24.     TIM_SetCounter(TIM2, 0);          
25.     TIM_Cmd(TIM2,ENABLE );                                  //使能定时器2  
26.   
27. }  
28. /******************************************************************************* 
29.  * 名称: TIM3_IRQHandler 
30.  * 功能: 通用定时器3中断服务函数 
31.  * 形参: 无 
32.  * 返回: 无 
33.  * 说明: 1S定时中断一次 
34.  ******************************************************************************/  
35. void TIM3_IRQHandler(void)  
36. {  
37.     if(TIM_GetITStatus(TIM3,TIM_IT_Update)!= RESET)      //检查TIM3更新中断发生与否  
38.     {  
39.         TIM_ClearITPendingBit(TIM3,TIM_IT_Update);  //清除TIMx更新中断标志   
40.            
41.         CNT=TIM_GetCounter(TIM2);                   //读取1s内计数器计的CNT值  
42.         fq=CNT;                                     //脉冲的频率  
43.         TIM_SetCounter(TIM2,0);  
44.     }  
45. }  

因为知道定时中断时间为1s,所以测量的频率fq=CNT/1(HZ)，频率的计算及脉冲宽度的测量有以上方法测试。