【江科大】STM32：TIM输入捕获（理论部分）

文章目录

- IC（Input Capture）输入捕获
- PWM频率
知识点补充
- 1. 滤波器的工作原理：
- 2. 边沿检测器：
- 自动化清零CNT
- 输入捕获的基本结构
- PWMI基本结构
- - 滤波器和分频器的区别
  - 误差分析
  - pwm.c
  - main.c
  - IC.c
- PWM模式测频率和占空比

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（上升沿或者下降沿）时，（控制）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（input）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

（输入捕获，接收到输入信号，执行CNT锁存到CCR的动作）
（输出比较，是根据CNT和CCR的比较关系执行输出动作）
在这里插入图片描述
测频法：在闸门时间T内，对上升沿计次，得到N，则频率（适合测量高频信号）
$f_x=N / T$ N越大，误差和越小，因为容易计数遗漏（记录的次数多了，一次记错也影响不大）
测周法：两个上升沿内，以标准频率fc计次，得到N ，则频率 f = 1/t （通过计时器记录一个上升加一个下降沿的时间）（适合测量低频信号）
$f_x=f_c / N$ N越大，误差和越小多计算一些数
在这里插入图片描述
那多高算高频率，多低算低频率。就涉及到中界频率：
中界频率：测频法与测周法误差相等的频率点
$f_m=√f_c / T$
测量的是数字信号。

因此测频法适用于频率大于中界频率，测周法适合小于中界频率。
红外射频，上升沿计次+1，结合定时器，在中断里每隔1S取一下计次值，同时清零，为下一次做准备。
CNT计数器是由内部的标准时钟驱动的，所以CNT的数值，可以用来计算两个上升沿之间的时间间隔，这就是一个周期，取个倒数就是测周法测量的频率
每来一个上升沿，取CNT的值自动存到CCR里面，CCR捕获到的值就是就是计数值N，CNT的驱动时钟就是fc ，fc/N就得到了待测信号的频率。
计数器计时频率：提高标准频率fc，频率就会越大
fc = CK_CNT =CK_PSC/(PSC+1) CK_PSC = 72MHZ
捕获后清零的操作，用的是主从触发模式。

PWM频率

Freq = CK_PSC / (PSC + 1) / (ARR + 1)
在这里插入图片描述

知识点补充

1. 滤波器的工作原理：

以采样频率对输入信号进行采样，当连续N个值都为高电平，输出才为高电平，反之亦然，如果信号出现高频抖动，导致连续采样N个值不全都一样。那输出不会变化。达到滤波的效果。
特点：
采样频率越低，采样个数N越大，滤波器效果就越好。
如果噪声比较大，就将采样频率从的值调大一点，就可以过滤噪声

2. 边沿检测器：

用来捕获上升沿或者下降沿。

CC1P：用来选择极性
最终到达Tl1FP1触发信号，选择数据选择器。
通过数据选择器进入捕获电路
到达Tl1FP2触发信号，连接到通道2的后续电路，
同样通道2还有Tl2FP1，连接通道1的后续电路
还有TI2FP2，连接通道2的后续电路。共有4种连接方式
CC1S：配置数据选择器
ICPS：配置分频器系数
CC1E控制输出使能或失能，如果使能输出，输出的产生指定边沿信号，经过层层电路，到达捕获电路，就可以让CNT的值转运到CCR里面。
每捕获一次CNT，都要将CNT清零，方便下一次捕获，硬件电路自动完成清零CNT，也就是图中Tl1FP1连接的从模式来处理（自动化）。

自动化清零CNT

在这里插入图片描述

输入捕获的基本结构

在这里插入图片描述
只有一个通道只能用来测频率。

PWMI基本结构

fx=fc/N N=CNT
因为CNT在清零后一直++
CCR1是一整个周期的计数值
CCR2是高电平期间的计数值
占空比：CCR2/CCR1
在这里插入图片描述

这里可以看出来 N = CCR1

uint32_t IC_GetFreq(void)
{                     // fx =fc/n   fc  = CK_PSC / (PSC + 1)  -> 72000000Hz/72 = 1MHZ
	return 1000000/(TIM_GetCapture1(TIM3)+1); // 占空比= fc/N   N就是读取CCR的值
}
uint32_t IC_GetDuty(void)   //获得PWM的占空比
{
	return TIM_GetCapture2(TIM3)/TIM_GetCapture1(TIM3);  //CRR2/CRR1
}

滤波器和分频器的区别

滤波器不会改变信号的原有频率，只会滤除高频噪音。
分频器是对信号进行分频。改变了原有的频率

误差分析

除了由±1误差，还有晶振误差

通过直接在PWM.c文件中修改 PSC和ARR不方便，因此创建一个函数

据PWM频率:
Freq = CK_PSC / (PSC + 1) / (ARR + 1) :
72MHZ/(PSC+1)/(ARR+1) = 1000 PSC+1 =72000000/1000000=720HZ
PWM占空比：
Duty = CCR / (ARR + 1)
因此修改ARR会同时影响频率和占空比，所以修改PSC调节频率最合适
固定ARR = 100-1；
CCR的值直接就是占空比

#include “stm32f10x.h” // Device header
//1.配置GPIO
//2.选择内部时钟
//3.配置时基单元
//4.配置输入捕获单元
//5.选择从模式触发源
//6.选择触发之后执行的操作
//7.开启定时器

pwm.c

在这里插入图片描述

main.c

在这里插入图片描述

IC.c

void IC_Init(void)
{
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE);//给TIM2使能
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);//给GPIO使能
	
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode =  GPIO_Mode_IPU;  //上拉输入，
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;   //根据引脚表的出CH_1所在引脚时PA0
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);
	
	
	TIM_InternalClockConfig(TIM3); //选择内部时钟                           
	
	//时基单元
	 TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStruct;
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;  //每一个时钟后面都会加一个滤波器，作用就是为是信号更加稳定，使用的采样的方式，在输入的脉冲中采样，按照n/f，因此采样系数越大，延迟越大
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Period = 65536-1;  //ARR =100
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Prescaler = 72-1;  // psc = 720//预分频器，72MHZ进行7200分频 ，72000/7200 = 10KHZ  1ms = 1KHZ  10KHZ下记10000个数 10000/10 =1000kHZ = 1S
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_RepetitionCounter = 0;
    TIM_TimeBaseInit(TIM3,&TIM_TimeBaseInitStruct);
    
	//初始化输入捕获单元
	TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStruct;
	TIM_ICInitStruct.TIM_Channel =  TIM_Channel_1 ;
	TIM_ICInitStruct.TIM_ICFilter = 0xF;  //数值越大，采样效果越好（以采样频率对输入信号进行采样，当连续N个值都为高电平，输出才为高电平，反之亦然，如果信号出现高频抖动，导致连续 采样N个值不全都一样。那输出不会变化。达到滤波的效果。）
	TIM_ICInitStruct.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising; //极性选择    上升沿，下降沿 双沿
	TIM_ICInitStruct.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;//设置分频值
	TIM_ICInitStruct.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI; ///通道选择 。直连，交叉
	TIM_ICInit(TIM3,&TIM_ICInitStruct);
    
	//配置触发源
	TIM_SelectInputTrigger(TIM3, TIM_TS_TI1FP1);
	

	//选择从模式 自动清理CNT
	 TIM_SelectSlaveMode(TIM3,TIM_SlaveMode_Reset);
	 
	 //启动时基单元
	 TIM_Cmd(TIM3,ENABLE);
}
uint32_t IC_GetFreq(void)
{                     // fx =fc/n   fc  = CK_PSC / (PSC + 1)  -> 72000000Hz/72 = 1MHZ
	return 1000000/(TIM_GetCapture1(TIM3)+1); // freq= fc/N   N就是读取CCR的值
}

在这里插入图片描述

PWM模式测频率和占空比

uint32_t IC_GetFreq(void)
{                     // fx =fc/n   fc  = CK_PSC / (PSC + 1)  -> 72000000Hz/72 = 1MHZ
	return 1000000/(TIM_GetCapture1(TIM3)+1); // 占空比= fc/N   N就是读取CCR的值
}
uint32_t IC_GetDuty(void)
{
	return (TIM_GetCapture2(TIM3)+1)*100/(TIM_GetCapture1(TIM3)+1);  //*100可以变为整数
}

在这里插入图片描述

//配置成两个通道同时捕获一个引脚
//初始化输入捕获单元
TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStruct;
TIM_ICInitStruct.TIM_Channel =  TIM_Channel_1 ;
TIM_ICInitStruct.TIM_ICFilter = 0xF;  //数值越大，采样效果越好（以采样频率对输入信号进行采样，当连续N个值都为高电平，输出才为高电平，反之亦然，如果信号出现高频抖动，导致连续 采样N个值不全都一样。那输出不会变化。达到滤波的效果。）
TIM_ICInitStruct.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising; //极性选择    上升沿，下降沿 双沿
TIM_ICInitStruct.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;//设置分频值
TIM_ICInitStruct.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI; ///通道选择 。直连，交叉
TIM_ICInit(TIM3,&TIM_ICInitStruct);

//如何配置成两个通道同时捕获一个引脚，采用下面的函数
//只支持通道1和通道2
TIM_PWMIConfig(TIM3,&TIM_ICInitStruct);  //这个函数会自动将配置呈相反的，上升沿变下降沿，直连变交叉

//配置触发源
TIM_SelectInputTrigger(TIM3, TIM_TS_TI1FP1);


//选择从模式 自动清理CNT
 TIM_SelectSlaveMode(TIM3,TIM_SlaveMode_Reset

);

在这里插入图片描述
定时器输入捕获库函数

//也有四个通道，初始化输入捕获单元
void TIM_ICInit(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_ICInitTypeDef* TIM_ICInitStruct);
//给初始化PWMI
void TIM_PWMIConfig(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_ICInitTypeDef* TIM_ICInitStruct);
//给结构体初始化值
void TIM_ICStructInit(TIM_ICInitTypeDef* TIM_ICInitStruct);


//选择输入触发源 （从模式） 
void TIM_SelectInputTrigger(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_InputTriggerSource);
//选择输出触发源
void TIM_SelectOutputTrigger(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_TRGOSource);
//选择从模式
void TIM_SelectSlaveMode(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_SlaveMode);

//分别单独配置通道1，2，3，4的分频器
void TIM_SetIC1Prescaler(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_ICPSC);
void TIM_SetIC2Prescaler(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_ICPSC);
void TIM_SetIC3Prescaler(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_ICPSC);
void TIM_SetIC4Prescaler(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_ICPSC);
void TIM_SetClockDivision(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_CKD);


//分别读取4个通道的CCR
uint16_t TIM_GetCapture1(TIM_TypeDef* TIMx);
uint16_t TIM_GetCapture2(TIM_TypeDef* TIMx);
uint16_t TIM_GetCapture3(TIM_TypeDef* TIMx);
uint16_t TIM_GetCapture4(TIM_TypeDef* TIMx);