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STM32输入捕获实验
寄存器部分讲解(以TIM5_CH1为例) TIMx_CCMR1.ICF[3:0]的作用 滤波器的作用就是“采集取样以便于确定准确的电平状态”。我们以ICIF[3:0] = 0010为例: 实例应用:假设输入信号在最多5个内部时钟周期的时间内抖动,我们须配置滤波器的带宽长于5个时钟周期。因此我们可以(以fDTS频率)连续采样8次,以确认在TI1上一次真实的边沿变换,即在TIMx_CCMR1寄存器中写入IC1F=0011。 TIMx_CCER.CC1P的作用 这个寄存器很重要,它决定了“上升沿/下降沿触发输入捕获 “,而且最重要的是,它是用来配置极性的唯一寄存器,这说明输入极性与输出极性都要经过它进行配置,因此我们在下面调用函数时,你会发现无论是PWM输出还是输入捕获,改变极性都是配置的相同函数。 TIMx_CCMR1.CC1S的作用 以上是通道配置,CC1S[1:0]的存在是为了配置“触发事件/中断的信号种类“,例如CC1S[1:0] = 01,那么在TIM5_CH1中触发中断/事件的信号是来自TI1FP1的。 TIMx_CCMR1.ICPS的作用 预分频器的作用就在于配置“我们需要几个有效的电平变化才触发一次中断?“。 TIMx_CCER.CC1E的作用 使能相应的输入捕获通道,使得当IC1PS端口输出有效的电平变化,能立刻被捕获触发相应的事件/中断。 编写程序的技巧 如何判断是上升沿还是下降沿? 脉冲沿+前一时刻的电平状态=电平变化。例如:前一时刻的电平为高电平而且脉冲沿被捕获,那么我们就可以知道“此时的电平为低电平而且脉冲沿为下降沿脉冲“。 如何进行脉冲宽度测量? 我们知道“输入捕获的原理就是:当有效的脉冲变化被捕获那么计数器的值就会自动被捕获/比较寄存器捕获“,我们可以这样做:如果我们想要测量高电平的持续时间,我们可以当上升沿出现时我们将计数器的初始计数值置0,下降沿出现时我们将此时的计数器的值加载到捕获/比较计数器中进行捕获读取。最后”(捕获的值-计数器初始值)*计数器的单位计数时长=高电平持续时间“。 如果高电平持续时间过长定时器发生溢出该怎么办? 我们知道每个定时器都有一个对应的中断服务函数,我们可以使能两个中断:计数器溢出中断+输入捕获中断。我们可以记录当输入电平为高电平时,定时器溢出的次数。最终计算时间时,“高电平持续时间 =(溢出次数*(计数器的MAX值-计数器的初值)+(捕获值-计数器初值))*计数器单位计数时间“。 如果定时器溢出次数过多,该怎么办? 当高电平持续时间过长导致计数器溢出次数过多,我们就没有必要在等待“下降沿脉冲“,直接置位”捕获完成标志位“,并且将捕获值置为其数据类型所能表示的MAX值。 库函数配置原理 总框图 复用引脚以及GPIO的配置 使能相应的总线时钟与GPIO初始化: 我将PA0引脚复用为TIM5_CH1用于进行输入捕获。 我们看KEY_UP的状态就可以得知,GPIOA.0必须进行下拉输入,只有这样按键按下才可以触发输入电平的变化。 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM5, ENABLE); // 使能GPIOA与TIM5的时钟进行引脚的复用 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD; GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); // 配置PA0为下拉输入 计数器的配置 计数器是定时器的灵魂,我们无论配置PWM输出还是输入捕获都要先配置定时器: 上图就是“IM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; // AHB->APB1不分频”的作用。 TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure; IM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; // AHB->APB1不分频 TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; // 向上计数模式 TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = ARR; TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = PR; TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseInitStructure); // 初始化计数器 输入捕获通道属性的配置 按照输入/输出两种不同的模式来对TIM5_CH1进行进一步配置: TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure; TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1; // 使用TIM5_CH1进行输入捕获实验 TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0; // 不进行采集滤波 TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising; // 上升沿触发 TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1; // 一个有效上升沿触发一次输入捕获 TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI; // 选择通道1的信号作为触发输入捕获的信号 TIM_ICInit(TIM5, &TIM_ICInitStructure); // 配置TIM5_CH1的输入捕获属性 中断优先级配置 配置NVIC中断向量优先级: NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; VIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM5_IRQn; // TIM5中断使能 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; // 抢占优先级 = 1 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; // 响应优先级 = 1 NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); // 配置NVIC嵌入式中断向量优先级 TIM5_CH1中断类型选择 进一步配置TIM5_CH1中断触发种类: TIM_ITConfig(TIM5, TIM_IT_CC1|TIM_IT_Update, ENABLE); // 使能TIM5_CH1的中断 定时器的使能 定时器TIM5使能: TIM_Cmd(TIM5, ENABLE); // TIM5定时器使能 测量有效脉冲的中断服务函数 在这里我们想要测量按键按下的时长,也就是计算“高电平的持续时间“: u8 TIM_CAP_STA = 0; u16 TIM_CAP_VAL = 0; void TIM5_IRQHandler() { if((TIM_CAP_STA&0x80) == 0) // 捕获未完成 { if(TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_CC1) == SET) { if((TIM_CAP_STA&0x40) == 0) // 上升沿 { TIM_SetCounter(TIM5, 0); // 开始计数 TIM_CAP_VAL = 0; TIM_CAP_STA = 0; TIM_CAP_STA |= 0x40; // 高电平 TIM_OC1PolarityConfig(TIM5, TIM_OCPolarity_Low); // 捕获下降沿 } else // 下降沿 { TIM_CAP_VAL = TIM_GetCapture1(TIM5); // 捕获当前值 TIM_CAP_STA |= 0x80; // 完成捕获 TIM_OC1PolarityConfig(TIM5, TIM_OCPolarity_High); // 捕获上升沿 } } if(TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_Update) == SET) { if(TIM_CAP_STA&0x40) { if((TIM_CAP_STA&0x3F) == 0x3F) { TIM_CAP_VAL = 0xFFFF; TIM_CAP_STA |= 0x80; } else { TIM_CAP_STA++; } } } } TIM_ClearITPendingBit(TIM5, TIM_IT_CC1|TIM_IT_Update); } 重点:中断服务函数的编写逻辑 u8 TIM_CAP_STA = 0; u16 TIM_CAP_VAL = 0; void TIM5_IRQHandler() { if((TIM_CAP_STA&0x80) == 0) // 捕获未完成 { if(TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_CC1) == SET) // TIM5_CH1捕获有效的脉冲沿 { if((TIM_CAP_STA&0x40) == 0) // 前一刻为低电平——脉冲沿为上升沿 { TIM_SetCounter(TIM5, 0); // 开始计数 TIM_CAP_VAL = 0; TIM_CAP_STA = 0; TIM_CAP_STA |= 0x40; // 更新电平状态 TIM_OC1PolarityConfig(TIM5, TIM_OCPolarity_Low); // 捕获下降沿 } else // 前一刻为高电平——脉冲沿为下降沿 { TIM_CAP_VAL = TIM_GetCapture1(TIM5); // 捕获当前值 TIM_CAP_STA |= 0x80; // 完成捕获 TIM_OC1PolarityConfig(TIM5, TIM_OCPolarity_High); // 捕获上升沿 } } if(TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_Update) == SET) // 计数器溢出 { if(TIM_CAP_STA&0x40) // 如果为高电平,计数器溢出则会被记录 { if((TIM_CAP_STA&0x3F) == 0x3F) // 如果计数器溢出次数过多 { TIM_CAP_VAL = 0xFFFF; // 此时的捕获值设为MAX TIM_CAP_STA |= 0x80; // 已经完成高电平的捕获 } else { TIM_CAP_STA++; // 计数器溢出次数+1 } } } } TIM_ClearITPendingBit(TIM5, TIM_IT_CC1|TIM_IT_Update); // 清除中断标志 } 经过如下程序我们已经可以判断:此时的电平是否有效? if(TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_CC1) == SET) // TIM5_CH1捕获有效的脉冲沿 { if((TIM_CAP_STA&0x40) == 0) // 前一刻为低电平——脉冲沿为上升沿 { TIM_SetCounter(TIM5, 0); // 开始计数 TIM_CAP_VAL = 0; TIM_CAP_STA = 0; TIM_CAP_STA |= 0x40; // 更新电平状态 TIM_OC1PolarityConfig(TIM5, TIM_OCPolarity_Low); // 捕获下降沿 } else // 前一刻为高电平——脉冲沿为下降沿 { TIM_CAP_VAL = TIM_GetCapture1(TIM5); // 捕获当前值 TIM_CAP_STA |= 0x80; // 完成捕获 TIM_OC1PolarityConfig(TIM5, TIM_OCPolarity_High); // 捕获上升沿 } } 然后,我们根据是否为高电平来进行溢出次数的记录:当处于高电平,即有效电平时 ,计数器溢出被视为有效予以记录。 if(TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_Update) == SET) // 计数器溢出 { if(TIM_CAP_STA&0x40) // 如果为高电平,计数器溢出则会被记录 { if((TIM_CAP_STA&0x3F) == 0x3F) // 如果计数器溢出次数过多 { TIM_CAP_VAL = 0xFFFF; // 此时的捕获值设为MAX TIM_CAP_STA |= 0x80; // 已经完成高电平的捕获 } else { TIM_CAP_STA++; // 计数器溢出次数+1 } } } 难点:当高电平持续时间过长,应该如何操作? if(TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_Update) == SET) // 计数器是否溢出 { if(TIM_CAP_STA&0x40) // 是否为有效电平(高电平) { if((TIM_CAP_STA&0x3F) == 0x3F) // 捕获次数已经为MAX { TIM_CAP_VAL = 0xFFFF; // 捕获值为MAX TIM_CAP_STA |= 0x80; // 直接标记:已经捕获完成 } else { TIM_CAP_STA++; } } } 当高电平持续时间过长导致计数器溢出次数过多,我们就没有必要在等待“下降沿脉冲“,直接置位”捕获完成标志位“,并且将捕获值置为其数据类型所能表示的MAX值。 代码示例 Main.c #include "key.h" #include "timer.h" #include "usart.h" #include "led.h" #include "delay.h" int main() { extern u8 TIM_CAP_STA; extern u16 TIM_CAP_VAL; u32 temp = 0; delay_init(); // 初始化systick时钟 KEY_InitConfig(); // 初始化KEY_WAKEUP NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); // 设置中断优先级分组 TIM_CAPTURE_InitConfig(0xFFFF, 72-1); // 周期为65.535s uart_init(115200); // 初始化串口 while(1) { delay_ms(10); if((TIM_CAP_STA&0x80) == 0x80) // 完成有效电平的捕获 { temp = TIM_CAP_VAL + (TIM_CAP_STA&0x3F) * 0xFFFF; // 计算脉冲持续时间 printf("%drn", temp); // 串口打印 TIM_CAP_STA = 0; // 清空TIM_CAP_STA内的数据以便再次捕获 } } } Timer.c #include "timer.h" #include "stm32f10x.h" #include "sys.h" #include "led.h" void TIM_CAPTURE_InitConfig(u16 ARR, u16 PSC) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure; TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure; NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM5, ENABLE); // 使能APB1总线的TIM5时钟 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); // 使能APB2总线的GPIOA时钟 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD; GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); // PA0初始化为下拉输入 TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; // AHB = APB1 TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; // 向上计数模式 TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = ARR; TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = PSC; TIM_TimeBaseInit(TIM5, &TIM_TimeBaseInitStructure); // 配置计数器的属性 TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1; TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0; TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising; TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1; TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI; TIM_ICInit(TIM5, &TIM_ICInitStructure); // 配置TIM5的输入属性 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM5_IRQn; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); // 配置TIM5的中断优先级 TIM_ITConfig(TIM5, TIM_IT_CC1|TIM_IT_Update, ENABLE); // 使能TIM5_CH1的中断 TIM_Cmd(TIM5, ENABLE); // 使能TIM5 } u8 TIM_CAP_STA = 0; u16 TIM_CAP_VAL = 0; void TIM5_IRQHandler() { if((TIM_CAP_STA&0x80) == 0) { if(TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_CC1) == SET) { if((TIM_CAP_STA&0x40) == 0x00) // 上升沿 { TIM_CAP_STA = 0; // 初始化 TIM_CAP_VAL = 0; // 初始化 TIM_SetCounter(TIM5, 0); // 计数器开始计数 TIM_CAP_STA |= 0x40; // 高电平 TIM_OC1PolarityConfig(TIM5, TIM_OCPolarity_Low); // 改变极性/改变有效电平——捕获上升沿 } else // 下降沿 { TIM_CAP_VAL = TIM_GetCapture1(TIM5); // 捕获此时计数器的值 TIM_CAP_STA |= 0x80; // 完成捕获 TIM_OC1PolarityConfig(TIM5, TIM_OCPolarity_High); // 改变极性/改变有效电平——捕获下降沿 } } if(TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_Update) == SET) // 计数器溢出 { if((TIM_CAP_STA&0x40) == 0x40) // 上升沿 { if((TIM_CAP_STA&0x3F) == 0x3F) // 当溢出次数过多,就默认"捕获完成并且此时计数器的值为MAX" { TIM_CAP_VAL = 0xFFFF; TIM_CAP_STA |= 0x80; // 完成捕获 } else { TIM_CAP_VAL++; // 溢出次数递增 } } } } TIM_ClearITPendingBit(TIM5, TIM_IT_CC1|TIM_IT_Update); // 清楚中断标志位 } Timer.h #ifndef _TIMER_H #define _TIMER_H #include "sys.h" void TIM_CAPTURE_InitConfig(u16 ARR, u16 PR); #endif Key.c #include "key.h" #include "stm32f10x.h" void KEY_InitConfig() { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); // 使能总线时钟 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD; GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); // 初始化KEY_WAKRUP为下拉输入 } Key.h #ifndef _KEY_H #define _KEY_H void KEY_InitConfig(); #endif 运行结果 |
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