如何利用STM32F103中断来处理输入捕获的数据呢

实验目的

用TIM5的通道1（PA0）来做输入捕获，捕获PA0上高电平的脉宽（用WK_UP）按键来输入高电平，通过串口打印高电平脉宽时间。

简介

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。STM32 的输入捕获，简单的说就是通过检测 TIMx_CHx 上的 边沿信号，在边沿信号发生跳变（比如上升沿/下降沿）的时候，将当前定时器的值（TIMx_CNT） 存放到对应的通道的捕获/比较寄存器（TIMx_CCRx）里面，完成一次捕获。同时还可以配置 捕获时是否触发中断/DMA 等。
我们用到 TIM5_CH1 来捕获高电平脉宽，也就是要先设置输入捕获为上升沿检测，记 录发生上升沿的时候 TIM5_CNT 的值。然后配置捕获信号为下降沿捕获，当下降沿到来时，发 生捕获，并记录此时的 TIM5_CNT 值。这样，前后两次 TIM5_CNT 之差，就是高电平的脉宽， 同时 TIM5 的计数频率我们是知道的，从而可以计算出高电平脉宽的准确时间。

相关寄存器

自动重装载寄存器（TIMx_ARR）

该寄存器在物理上实际对应着 2 个寄存器。 一个是程序员可以直接操作的，另外一个是程序员看不到的，这个看不到的寄存器叫做影子寄存器。事实上真正起作用的是影子寄存器。根据 TIMx_CR1 寄存 器中 APRE 位的设置：APRE=0 时，预装载寄存器的内容可以随时传送到影子寄存器，此时 2 者是连通的；而 APRE=1 时，在每一次更新事件（UEV）时，才把预装在寄存器的内容传送到 影子寄存器。






预分频寄存器（TIMx_PSC）

该寄存器主要用于对时钟进行分频，然后提供给计数器，作为计数器的时钟。





这里，定时器的时钟来源有 4 个：
1）内部时钟（CK_INT）
2）外部时钟模式 1：外部输入脚（TIx）
3）外部时钟模式 2：外部触发输入（ETR）
4）内部触发输入（ITRx）：使用 A 定时器作为 B 定时器的预分频器（A 为 B 提供时钟）
这里的 CK_INT 时钟是从 APB1 倍频的来的，除非 APB1 的时钟分频数设置为 1，否则通用定时器 TIMx 的时钟 是 APB1 时钟的 2 倍，当 APB1 的时钟不分频的时候，通用定时器 TIMx 的时钟就等于 APB1 的时钟。

捕获/比较模式寄存器（TIMx_CCMR1/2）






低八位[7：0]用于捕获/比较通道 1 的控制，而高八 位[15：8]则用于捕获/比较通道 2 的控制。
重点介绍 TIMx_CCMR1/2 的低8位。









其中 CC1S[1:0]，这两个位用于 CCR1 的通道配置，这里我们设置 IC1S[1:0]=01，也就是配 置 IC1 映射在 TI1 上。
输入捕获 1 预分频器 IC1PSC[1:0]，这个比较好理解。我们是 1 次边沿就触发 1 次捕获，所 以选择 00 就是了。
输入捕获 1 滤波器 IC1F[3:0]，这个用来设置输入采样频率和数字滤波器长度。其中， fCK_INT
是定时器的输入频率（TIMxCLK），一般为 72Mhz，而 fDTS 则是根据 TIMx_CR1 的 CKD[1:0] 的设置来确定的，如果 CKD[1:0]设置为 00，那么fDTS = fCK_INT。N 值就是滤波长度，举个简单的例子：假设 IC1F[3:0]=0011，并设置 IC1 映射到通道 1 上，且为上升沿触发，那么在捕获到上升沿的时候，再以 fCK_INT 的频率，连续采样到 8 次通道 1 的电平，如果都是高电平，则说明却是一个有效的触发，就会触发输入捕获中断（如果开启了的话）。这样可以滤除那些高电平 脉宽低于 8 个采样周期的脉冲信号，从而达到滤波的效果。
这里，我们不做滤波处理，所以设置 IC1F[3:0]=0000，只要采集到上升沿，就触发捕获。

捕获/比较使能寄存器：TIMx_CCER






本章，我们只用到该寄存器的低两位，CC1E和CC1P。





所以，要使能输入捕获，必须设置 CC1E=1，而 CC1P 则根据自己的需要来配置。

DMA/中断使能寄存器：TIMx_DIER

本章，我们需要用到中断来处理捕获数据，所以必须开启通道 1 的捕获比较中断，即 CC1IE 设置为 1。

控制寄存器：TIMx_CR1

该寄存器用来存储捕获发生时，TIMx_CNT 的值，我们从 TIMx_CCR1 就可以读出通道 1 捕获发生时刻的 TIMx_CNT 值，通过两次捕获（一 次上升沿捕获，一次下降沿捕获）的差值，就可以计算出高电平脉冲的宽度。

  
相关步骤

1）开启 TIM5 时钟和 GPIOA 时钟，配置 PA0 为下拉输入
         RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM5, ENABLE); //使能 TIM5 时钟          RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);  //使能 GPIOA 时钟  
2）初始化 TIM5,设置 TIM5 的 ARR 和 PSC

        TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
        TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设定计数器自动重装值  
        TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc;  //设置预分频值      
        TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; // TDTS = Tck_tim
        TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM 向上计数模式
        TIM_TimeBaseInit(TIM5, &TIM_TimeBaseStructure); //根据指定的参数初始化 Tim5


3）设置 TIM5 的输入比较参数，开启输入捕获
输入比较参数的设置包括映射关系，滤波,分频以及捕获方式等。这里我们需要设置通道 1 为输入模式，且 IC1 映射到 TI1(通道 1)上面，并且不使用滤波（提高响应速度）器，上升沿捕 获。

        void TIM_ICInit(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_ICInitTypeDef* TIM_ICInitStruct);
        typedef struct {   
                uint16_t TIM_Channel;     //来设置通道。我们设置为通道 1，为 TIM_Channel_1
                uint16_t TIM_ICPolarity;     
                // 设 置 输 入 信 号 的 有效捕获极性， 这 里 我 们 设 置 为 TIM_ICPolarity_Rising，上升沿捕获。
                //库函数设置,TIM_OC1PolarityConfig(TIM5,TIM_ICPolarity_Rising)，
                uint16_t TIM_ICSelection;   
                uint16_t TIM_ICPrescaler;    //设置输入捕获分频系数，我们这里不分频
                uint16_t TIM_ICFilter;             //设置滤波器长度，这里我们不使用滤波器，所以设置为 0。
        } TIM_ICInitTypeDef;


4） 使能捕获和更新中断（设置 TIM5 的 DIER 寄存器）
因为我们要捕获的是高电平信号的脉宽，所以，第一次捕获是上升沿，第二次捕获时下降沿，必须在捕获上升沿之后，设置捕获边沿为下降沿，同时，如果脉宽比较长，那么定时器就会溢出，对溢出必须做处理，否则结果就不准了。
        TIM_ITConfig( TIM5,TIM_IT_Update|TIM_IT_CC1,ENABLE);//允许更新中断和捕获中断
5）设置中断分组，编写中断服务函数

        if (TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_Update) != RESET){}//判断是否为更新中断
        if (TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_CC1) != RESET){}//判断是否发生捕获事件
        TIM_ClearITPendingBit(TIM5, TIM_IT_CC1|TIM_IT_Update);//清除中断和捕获标志


6）使能定时器（设置 TIM5 的 CR1 寄存器）
        TIM_Cmd(TIM5,ENABLE );  //使能定时器 5  
  
相关代码

#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "key.h"
#include "sys.h"
#include "usart.h"
#include "timer.h"




extern u8  TIM5CH1_CAPTURE_STA;                //输入捕获状态                                                   
extern u16        TIM5CH1_CAPTURE_VAL;        //输入捕获值       
int main(void)
{               
        u32 temp=0;
        delay_init();                     //延时函数初始化          
        NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);         //设置NVIC中断分组2:2位抢占优先级，2位响应优先级
        uart_init(115200);         //串口初始化为115200
        LED_Init();                             //LED端口初始化


        TIM3_PWM_Init(899,0);                 //不分频。PWM频率=72000/(899+1)=80Khz
        TIM5_Cap_Init(0XFFFF,72-1);        //以1Mhz的频率计数，(65535+1)*72/72 = 65536us,溢出时间就是65536us.
        while(1)
        {
                delay_ms(10);
                TIM_SetCompare2(TIM3,TIM_GetCapture2(TIM3)+1);
                //占空比，来控制灯的亮度
                if(TIM_GetCapture2(TIM3)==300)        TIM_SetCompare2(TIM3,0);       
                         
                if(TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X80)//成功捕获到了一次上升沿
                {
                                temp=TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X3F;        //溢出的次数。
                                temp*=65536;//溢出时间总和,16位计数器
                                temp+=TIM5CH1_CAPTURE_VAL;//得到总的高电平时间
                                printf("HIGH:%d usrn",temp);//打印总的高点平时间
                                TIM5CH1_CAPTURE_STA=0;//开启下一次捕获
                }
        }
}
//定时器5通道1输入捕获配置


TIM_ICInitTypeDef  TIM5_ICInitStructure;


void TIM5_Cap_Init(u16 arr,u16 psc)
{         
        GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
        TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
           NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;


        RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM5, ENABLE);        //使能TIM5时钟
        RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);  //使能GPIOA时钟
       
        GPIO_InitStructure.GPIO_Pin  = GPIO_Pin_0;  //PA0 清除之前设置  
        GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD; //PA0 输入  
        GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
        GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0);                                                 //PA0 下拉
       
        //初始化定时器5 TIM5         
        TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设定计数器自动重装值
        TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc;         //预分频器   
        TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
        TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上计数模式
        TIM_TimeBaseInit(TIM5, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位
  
        //初始化TIM5输入捕获参数
        TIM5_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1; //CC1S=01         选择输入端 IC1映射到TI1上
          TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;        //上升沿捕获
          TIM5_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI; //映射到TI1上
          TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;         //配置输入分频,不分频
          TIM5_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x00;//IC1F=0000 配置输入滤波器 不滤波
          TIM_ICInit(TIM5, &TIM5_ICInitStructure);
       
        //中断分组初始化
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM5_IRQn;  //TIM5中断
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;  //先占优先级2级
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;  //从优先级0级
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道被使能
        NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  //根据NVIC_InitStruct中指定的参数初始化外设NVIC寄存器
       
        TIM_ITConfig(TIM5,TIM_IT_Update|TIM_IT_CC1,ENABLE);//允许更新中断 ,允许CC1IE捕获中断       
       
           TIM_Cmd(TIM5,ENABLE );         //使能定时器5
   




}


u8  TIM5CH1_CAPTURE_STA=0;        //输入捕获状态                                                   
u16        TIM5CH1_CAPTURE_VAL;        //输入捕获值

//定时器5中断服务程序         
void TIM5_IRQHandler(void)
{


        if((TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X80)==0)//还未成功捕获       
        {          
                if (TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_Update) != RESET)
                 
                {            
                        if(TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X40)//已经捕获到高电平了
                        {
                                if((TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X3F)==0X3F)//高电平太长了
                                {
                                        TIM5CH1_CAPTURE_STA|=0X80;//标记成功捕获了一次
                                        TIM5CH1_CAPTURE_VAL=0XFFFF;
                                }else TIM5CH1_CAPTURE_STA++;
                        }         
                }
                if (TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_CC1) != RESET)//捕获1发生捕获事件(上升沿还是下降沿)
                {       
                        //一开始是上升沿捕获，进入else,一直按住，直至松开，进入if条件。捕获结束。
                        if(TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X40)                //捕获到一个下降沿                
                        {                                 
                                TIM5CH1_CAPTURE_STA|=0X80;                //标记成功捕获到一次上升沿
                                TIM5CH1_CAPTURE_VAL=TIM_GetCapture1(TIM5);        //TIM5计数器的值.
                                   TIM_OC1PolarityConfig(TIM5,TIM_ICPolarity_Rising); //CC1P=0 设置为上升沿捕获
                        }else                                                                  //还未开始,第一次捕获上升沿
                        {
                                TIM5CH1_CAPTURE_STA=0;                        //清空
                                TIM5CH1_CAPTURE_VAL=0;
                                 TIM_SetCounter(TIM5,0);
                                TIM5CH1_CAPTURE_STA|=0X40;                //标记捕获到了上升沿
                                   TIM_OC1PolarityConfig(TIM5,TIM_ICPolarity_Falling);                //CC1P=1 设置为下降沿捕获
                        }                    
                }                                                                                   
        }

    TIM_ClearITPendingBit(TIM5, TIM_IT_CC1|TIM_IT_Update); //清除中断标志位

}

  
相关问题

TIM5_IRQHandler 是 TIM5 的中断服务函数，该函数用到了两个全局变量，用于辅助实现 高电平捕获。其中 TIM5CH1_CAPTURE_STA，是用来记录捕获状态，该变量类似我们在 usart.c 里面自行定义的 USART_RX_STA 寄存器(其实就是个变量，只是我们把它当成一个寄存器那样 来使用)。





另外一个变量 TIM5CH1_CAPTURE_VAL，则用来记录捕获到下降沿的时候，TIM5_CNT 的值。
现在我们来介绍一下，捕获高电平脉宽的思路：
首先，设置 TIM5_CH1 捕获上升沿，这在 TIM5_Cap_Init 函数执行的时候就设置好了，然后等待上升沿中断到来，当捕获到上升沿中断，此时如果 TIM5CH1_CAPTURE_STA 的第 6 位为 0，则表示还没有捕获到新的上升沿，就先把 TIM5CH1_CAPTURE_STA、TIM5CH1_CAPTURE_VAL 和 TIM5->CNT 等清零，然后再设置 TIM5CH1_CAPTURE_STA 的第 6 位为 1，标记捕获到高电平，最后设置为下降沿捕获，等待下降沿到来。
如果等待下降沿到来期间，定时器发生了溢出，就在 TIM5CH1_CAPTURE_STA 里面对溢出次数进行计数，当最大溢出次数来到的时候，就强制标记捕获完成（虽然此时还没有捕获到下降沿）。当下降沿到来的时候，先设置 TIM5CH1_CAPTURE_STA 的第 7 位为 1，标 记成功捕获一次高电平(捕获结束)，然后读取此时的定时器值到 TIM5CH1_CAPTURE_VAL 里面，最后设置为上升沿捕获，回到初始状态。
这样，我们就完成一次高电平捕获了，只要 TIM5CH1_CAPTURE_STA 的第 7 位一直为 1， 那么就不会进行第二次捕获，我们在main函数处理完捕获数据后，将TIM5CH1_CAPTURE_STA 置零，就可以开启第二次捕获。
介绍一下计数器清零函数
TIM_SetCounter(TIM5,0);  以下是关于IC1为什么映射到IT1的原理图





IC1映射到TI1上输出。

  
实验结果






通过输入捕获，那么可以完成超声波测距的实验，超声波测距中，需要统计高电平的持续时间，跟该实验有类似的地方。