【STM32】TIM输入捕获-学习笔记

1、输入捕获简介

•  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（高低电平变化），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

输入捕获和输出比较的4通道： 

4个输入捕获和输出比较通道共用4个CCR寄存器，它们的CH1~CH4四个通道引脚也是共用的。所以对于同一个定时器，输入捕获和输出比较只能使用其中一个，不能同时使用。

2、频率测量 

频率的基本定义：1秒内出现多少个重复周期，那频率就是多少赫兹。所以下面测频法中，我们在1s闸门时间内，对上升沿进行计次，计次多少，频率值就是多少Hz，这个乜问题。按频率定义进行测量的方法叫测频法。这里闸门时间也不是一定为1s，如果闸门时间是2秒，就是计次值除2，就是频率。如果闸门时间是0.5秒，那就是计次值×2，就是频率。

测周法基本原理： 周期的倒数就是频率。

测周法和测频法都是用来测量信号频率的方法，它们的区别主要在于测量原理和应用场景上：

1. 测周法（周期计数法）：测周法是通过计算信号周期的方式来确定频率值。具体来说，测周法先测量信号一个完整周期的时间，然后通过周期的倒数来计算频率。这种方法适用于稳定的周期性信号，例如正弦波信号或方波信号。

2. 测频法（相位比较法）：测频法是通过比较待测信号与已知频率基准信号（或参考信号）的相位差来确定频率值。通过测量相位差的变化，可以计算出待测信号的频率。这种方法适用于需要高精度频率测量的场合，例如无线通信系统或科学实验中。

总的来说，测周法适用于周期性稳定的信号，测频法适用于需要高精度的频率测量。测频法测量结果更新慢一些，数据相对稳定；测周法测量更新快，数据更新也快。高频适合使用测频法，低频适合使用测周法。选择哪种方法取决于信号的特性和测量的要求。

 中介频率：测频法计次和测周法计次，计次N尽量要大一些，N越大，相对误差越小。因为在上面两个方法中，计次可能会存在正负1误差：具体解释

 当待测频率小于中介频率时，测周法误差更小，选择测周法。 当待测频率大于中介频率时，测频法误差更小，选择测频法更合适。

本节输入捕获测频率，使用的是测周法。那如何实现测周法测频率？ 先了解框图

 3、定时器框图

比如这里我们可以配置上升沿触发捕获，每来一个上升沿，CNT转运到CCR一次，又因为这个CNT是内部标准时钟驱动的，所以CNT的数值就可以用来记录两个上升沿之间的时间间隔，这个时间间隔就是周期，再取个倒数，就是测周法的频率了。细节：每次捕获之后，都要把CNT清零一下，这样下次上升沿再捕获的时候，取出的CNT才是两个上升沿的时间间隔。

 滤波和边沿检测电路

这里设计了两套滤波和边沿检测电路， 第一套电路经过滤波和极性选择，得到TI1FP1，输入给通道1的后续电路。 第二套电路经过另一个滤波和极性选择，得到TI1FP2，输入给下面通道2的后续电路。 

同理，下面TI2信号进来，也经过两套滤波和边沿检测电路， 第一套电路经过滤波和极性选择，得到TI2FP1，输入给上面通道1的后续电路。 第二套电路经过另一个滤波和极性选择，得到TI2FP2，输入给通道2的后续电路。 

在这里两个信号进来，可以选择各走各的，也可以选择交叉。 进行交叉连接的原因：①可灵活切换捕获电路的输入，比如你一会想要用CH1作为输入，一会想用CH2作为输入，这样就可以通过数据选择器灵活的进行选择。②可以把一个引脚的输入，同时映射到两个通道捕获单元，这也是PWMI的经典结构，比如这里第一个通道使用上升沿触发，捕获周期，第二个通道使用下降沿触发，捕获占空比，两个通道同时对一个引脚进行捕获，就可以同时测量频率和占空比。这就是PWMI模式。一个通道灵活切换两个引脚和两个通道同时捕获一个引脚。这就是这里交叉一下的作用和目的。 

 电路执行细节：

输入捕获通道  

CCMR1的ICF位可以控制滤波器的参数，滤波器是如何工作呢？看数据手册 

上图简单理解为，这个滤波器的工作原理就是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；连续N个值为低电平，输出才为低电平。如果信号出现高频抖动，导致连续采样N个值不都完全一样，那输出就不会变化，这样就可以达到滤波效果。采样频率越低，采样个数N越大，滤波效果就越好。如果波形噪声比较大，那就可以把采样频率参数设置大一点，这样就可以过滤噪声了。

 主从触发模式

之前我说过，每次捕获之后，都要把CNT清零一下，这样下次上升沿再捕获的时候，取出的CNT才是两个上升沿的时间间隔。在这里硬件电路就可以在捕获之后自动完成CNT的清零工作，如何完成自动清零工作呢？这就用到主从触发模式了。

比如这里 TI1FP1的上升沿触发捕获通道IC1这一路，同时还可以触发从模式，在这个从模式里面，就有电路可以自动完成CNT的清零，所以可以看出，这个从模式就是可以完成自动化的利器。

 主从触发模式细节：

•  主模式：将定时器内部信号，映射到TRGO引脚，用于触发别的外设。
•  从模式：接受其他外设或者自身外设的一些信号，用于控制自身定时器的运行，也就是被别的信号控制。
• 触发源选择：选择从模式的触发信号源，是从模式的一部分，触发源选择，选择指定的一个信号， 得到TRGI，TRGI去触发从模式，从模式就会在它的列表里选择一项操作来自动执行。

下图红连就是上面说的让TI1FP1信号自动触发从模式，从模式让CNT自动清零。 先捕获后清零

有关信号的一下解释： 

 各种主模式的解释： 

比如想实现定时器的级联，你可以选择一个定时器主模式输出更新信号到TRGO，另一个定时器选择上一个的定时器触发从模式，从模式选择执行外部时钟模式1的操作，这就可以实现定时器级联了。

 从模式触发源可选信号：

  触发从模式后执行的操作： 

 输入捕获基本结构

 框图解释：31：40

注意：这里的CNT的值是有上限的，ARR的值一般设置为65535，那CNT最大也只能计数65535。如果信号频率太低，CNT计数值可能会溢出

PWMI基本结构 

PWMI模式使用了两个通道同时捕获一个引脚，可以同时测量频率和占空比。

 以上就是使用了两个通道同时测量频率和占空比。

PWMI模式例子：