STM32单定时器四通道捕获功能实现

SandFoam

输入捕获作为定时器的一个功能，在工业测速上有很大的应用。STM32的一些定时器具有四个外部通道，可利用一个定时器采集外部四路脉冲频率，节约硬件资源和软件代码
如需要测量一个或多个外部方波脉冲频率，频率低于单片机运行频率，可如下操作：（以TIM4为例）
初始化：(省略GPIO配置，将TIM4的四个通道引脚配置为上拉或浮空输入，省略定时器RCC配置，省略中断NVIC配置)

• void TIM_Configuration(void)
• {
• TIM_ICInitTypeDef
• TIM_ICInitStructure;
• TIM_TimeBaseInitTypeDef
• TIM_TimeBaseStructure; // TIM4 时基
• TIM_DeInit(TIM4);
•     TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period =
• 0xffff;
• //自动重装值
•     TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =
• 719;
• //预分频值, 使TIMx_CLK=1MHz
• TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision =
• TIM_CKD_DIV1;
• //输入时钟不分频
•     TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode =
• TIM_CounterMode_Up;
• //向上计数
•     TIM_TimeBaseInit(TIM4,
• &TIM_TimeBaseStructure);
• //TIM4_TimeBase
• //  TIM_ICInitStructure.TIM_ICMode =
• TIM_ICMode_ICAP;
• //输入捕捉方式
•   TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1;//|
• TIM_Channel_2;        //输入通道
• TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity =
• TIM_ICPolarity_Rising;     //捕捉上升沿
• TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection =
• TIM_ICSelection_DirectTI;    //捕捉中断
• TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler =
• TIM_ICPSC_DIV1;       //捕捉不分频
• TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter =
• 0x0;          //捕捉输入不滤波
•   TIM_ICInit(TIM4, &TIM_ICInitStructure);
•   TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_2 ;//|
• TIM_Channel_2;        //输入通道
• TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity =
• TIM_ICPolarity_Rising;     //捕捉上升沿
• TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection =
• TIM_ICSelection_DirectTI;    //捕捉中断
• TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler =
• TIM_ICPSC_DIV1;       //捕捉不分频
• TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter =
• 0x0;          //捕捉输入不滤波
•   TIM_ICInit(TIM4, &TIM_ICInitStructure);
•   TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_3 ;//|
• TIM_Channel_2;        //输入通道
• TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity =
• TIM_ICPolarity_Rising;     //捕捉上升沿
• TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection =
• TIM_ICSelection_DirectTI;    //捕捉中断
• TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler =
• TIM_ICPSC_DIV1;       //捕捉不分频
• TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter =
• 0x0;          //捕捉输入不滤波
•   TIM_ICInit(TIM4, &TIM_ICInitStructure);
•   TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_4 ;//|
• TIM_Channel_2;        //输入通道
• TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity =
• TIM_ICPolarity_Rising;     //捕捉上升沿
• TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection =
• TIM_ICSelection_DirectTI;    //捕捉中断
• TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler =
• TIM_ICPSC_DIV1;       //捕捉不分频
• TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter =
• 0x0;          //捕捉输入不滤波
•   TIM_ICInit(TIM4, &TIM_ICInitStructure);
•   /* TIM enable counter */
•   TIM_Cmd(TIM4, ENABLE);
•   /* Enable the CC2 Interrupt Request */
•   TIM_ITConfig(TIM4,
• TIM_IT_CC1, ENABLE);
•   TIM_ITConfig(TIM4, TIM_IT_CC2, ENABLE);
• TIM_ITConfig(TIM4, TIM_IT_CC3, ENABLE);
•   TIM_ITConfig(TIM4, TIM_IT_CC4,
• ENABLE);
• }
  
  

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其中：
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 0xffff;为自动重装值，与普通单片机一样
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 719; 预分频值, 使TIMx_CLK=100KHz ，系统时钟运行于72M时720分频，定时器运行于100KHZ，即10us每分度
TIM_ICInitStructure.TIM_ICMode = TIM_ICMode_ICAP; 此句选择定时器为输入捕获模式，但在我的库函数下未定义，所以注释掉，未影响程序执行
TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1;配置通道1
TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;上升沿捕获
TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;捕获中断
TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x0;不滤波
TIM_ICInit(TIM4, &TIM_ICInitStructure);将配置应用
以上每个通道都需要将整个配置再写一遍，使用与'|'是无效的。
TIM_Cmd(TIM4, ENABLE);使能定时器4
  TIM_ITConfig(TIM4, TIM_IT_CC1, ENABLE);
  TIM_ITConfig(TIM4, TIM_IT_CC2, ENABLE);
  TIM_ITConfig(TIM4, TIM_IT_CC3, ENABLE);
  TIM_ITConfig(TIM4, TIM_IT_CC4, ENABLE);打开四个通道的捕获中断
以上将TIM配置完成，下面是中断内代码：

• void
• TIM4_IRQHandler(void)
• {
• //频率缓冲区计数
• static u16 this_time_CH1 = 0;
• static u16
• last_time_CH1 = 0;
• static u8 capture_number_CH1 = 0;
• vu16
• tmp16_CH1;
• static u16 this_time_CH2 = 0;
• static u16 last_time_CH2 = 0;
• static u8 capture_number_CH2 = 0;
• vu16 tmp16_CH2;
• static u16 this_time_CH3 = 0;
• static u16 last_time_CH3 = 0;
• static u8 capture_number_CH3 = 0;
• vu16 tmp16_CH3;
• static u16 this_time_CH4 = 0;
• static u16 last_time_CH4 = 0;
• static u8 capture_number_CH4 = 0;
• vu16 tmp16_CH4;
•   if(TIM_GetITStatus(TIM4, TIM_IT_CC1) == SET)
•     {
• TIM_ClearITPendingBit(TIM4, TIM_IT_CC1);
•         if(capture_number_CH1 == 0)
•         {
• capture_number_CH1 = 1;
• last_time_CH1 = TIM_GetCapture1(TIM4);
•         }
•         else if(capture_number_CH1 == 1)
•         {
• capture_number_CH1 = 0;
• this_time_CH1 = TIM_GetCapture1(TIM4);
• if(this_time_CH1 > last_time_CH1)
•             {
• tmp16_CH1 = (this_time_CH1 - last_time_CH1);
•             }
•             else
•             {
• tmp16_CH1 = ((0xFFFF - last_time_CH1) + this_time_CH1);
•             }
•             //TIM2
• counter clock = 1MHz
• //
• FreqBuf[cnt] = (1000000L * 100) /
• tmp16;
• //*100为扩大显示量程
•    Freq_Value[0]=tmp16_CH1;
•         }
•   }
•     if(TIM_GetITStatus(TIM4, TIM_IT_CC2) == SET)
•     {
• TIM_ClearITPendingBit(TIM4, TIM_IT_CC2);
•         if(capture_number_CH2 == 0)
•         {
• capture_number_CH2 = 1;
• last_time_CH2 = TIM_GetCapture2(TIM4);
•         }
•         else if(capture_number_CH2 == 1)
•         {
• capture_number_CH2 = 0;
• this_time_CH2 = TIM_GetCapture2(TIM4);
• if(this_time_CH2 > last_time_CH2)
•             {
• tmp16_CH2 = (this_time_CH2 - last_time_CH2);
•             }
•             else
•             {
• tmp16_CH2 = ((0xFFFF - last_time_CH2) + this_time_CH2);
•             }
•             //TIM2
• counter clock = 1MHz
• //
• FreqBuf[cnt] = (1000000L * 100) /
• tmp16;
• //*100为扩大显示量程
•    Freq_Value[1]=tmp16_CH2;
• }
• }
• if(TIM_GetITStatus(TIM4, TIM_IT_CC3) == SET)
•     {
• TIM_ClearITPendingBit(TIM4, TIM_IT_CC3);
•         if(capture_number_CH3 == 0)
•         {
• capture_number_CH3 = 1;
• last_time_CH3 = TIM_GetCapture3(TIM4);
•         }
•         else if(capture_number_CH3 == 1)
•         {
• capture_number_CH3 = 0;
• this_time_CH3 = TIM_GetCapture3(TIM4);
• if(this_time_CH3 > last_time_CH3)
•             {
• tmp16_CH3 = (this_time_CH3 - last_time_CH3);
•             }
•             else
•             {
• tmp16_CH3 = ((0xFFFF - last_time_CH3) + this_time_CH3);
•             }
•             //TIM2
• counter clock = 1MHz
• //
• FreqBuf[cnt] = (1000000L * 100) /
• tmp16;
• //*100为扩大显示量程
•    Freq_Value[2]=tmp16_CH3;
•         }
• }
• if(TIM_GetITStatus(TIM4, TIM_IT_CC4) == SET)
•     {
• TIM_ClearITPendingBit(TIM4, TIM_IT_CC4);
•         if(capture_number_CH4 == 0)
•         {
• capture_number_CH4 = 1;
• last_time_CH4 = TIM_GetCapture4(TIM4);
•         }
•         else if(capture_number_CH4 == 1)
•         {
• capture_number_CH4 = 0;
• this_time_CH4 = TIM_GetCapture4(TIM4);
• if(this_time_CH4 > last_time_CH4)
•             {
• tmp16_CH4 = (this_time_CH4 - last_time_CH4);
•             }
•             else
•             {
• tmp16_CH4 = ((0xFFFF - last_time_CH4) + this_time_CH4);
•             }
•             //TIM2
• counter clock = 1MHz
• //
• FreqBuf[cnt] = (1000000L * 100) /
• tmp16;
• //*100为扩大显示量程
•    Freq_Value[3]=tmp16_CH4;
•         }
• }
• //
• GPIO_WriteBit(GPIOC, GPIO_Pin_13,
• (BitAction)((1-GPIO_ReadOutputDataBit(GPIOC, GPIO_Pin_13))));
• }
  
  

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中断内四部分代码完全一样，只分析其中一段
输入捕获的原理是，定时器正常计数运行，当外部脉冲到来时，将定时器计数值存起来，当下次脉冲到来时，求出这两次计数值差值，即为这两段脉冲的周期。
例如，定时器计数到10，外部脉冲到来，使用last_time_CH1存储10，下次脉冲到来，此时定时器计数值运行到110，使用this_time_CH1存储110，之后做差，tmp16_CH1存储差值100，由于定时器运行于100KHZ，10us计数值增加一次，所以脉冲周期为100*10=1000us=1ms，即为1KHZ。
当然，定时器会溢出重装，此时需要将差值补偿运算，tmp16_CH1 = ((0xFFFF - last_time_CH1) + this_time_CH1);
可测量的范围取决于定时器运行的频率，如果外部频率慢到当定时器整个计数一周后也没有触发两次，会发生溢出，此时计数值已不准确。所以定时器时钟配置取决于外部脉冲频率，应配置得当使得脉冲频率范围不致溢出。
由于每次外部脉冲都会触发中断，尤其是四通道时，所以使用中断方式会略微占用CPU资源，使用DMA可以解决这一问题。
得到脉冲周期后，即可通过运算获得外部频率，进而测速。

heaven

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