第九章：CH32V103应用教程——输入捕获

草帽王子

本章教程通过CH32V103开发板PA8引脚检测PWM脉宽和周期，并通过串口调试助手打印显示。


1、输入捕获简介及相关函数介绍

输入捕获模式是定时器的基本功能之一，其通常用于测量频率或者测量脉宽。

输入捕获可对输入信号的上升沿、下降沿或者双边沿进行捕获，其捕获原理为：当发生并捕获信号跳变沿之后，计数器（CNT）值将被锁存到捕获比较寄存器（CCR）中，将前后两次捕获到的CCR寄存器中的值相减，即可计算出频率或者脉宽。如果捕获脉宽时长超过捕获定时器的周期，会发生溢出，此时需要进行额外处理。

关于定时器输入捕获具体介绍，可参考CH32V103应用手册。输入捕获程序所需函数所在库函数在定时器中断教程中已介绍，本章不做过多介绍。


2、硬件设计

本章教程使用输入捕获中PWM输入模式，需要用到两个开发板，一个用于产生PWM输出，一个用于输入捕获。本章教程使用两个CH32V103开发板，一个直接下载CH32V103 EVT中PWM输出例程，一个直接下载本章教程中例程，然后将两个开发板PA8引脚连接起来。


3、软件设计

本章教程使用PWM输入模式进行输入捕获，其使用两个通道和两个捕获寄存器，具体实现方式为：当使用PWM输入模式时，PWM信号由输入通道TI1进入，配置滤波后的定时器输入1（TI1FP1）为触发信号并设置上升沿捕获。当上升沿的时候捕获比较通道IC1和IC2同时捕获，计数器CNT清零，到了下降沿的时候，IC2捕获，此时计数器CNT的值被锁存到捕获比较寄存器CCR2中，到了下一个上升沿的时候，IC1捕获，计数器CNT 的值被锁存到捕获比较寄存器CCR1中。其中CCR2+1测量的是脉宽， CCR1+1测量的是周期。这里要注意的是 CCR2 和 CCR1 的值在计算占空比和频率的时候都必须加1，因为计数器是从0开始计数的。

使用PWM输入模式实现输入捕获具体程序如下：

capture.h文件

1. #ifndef __CAPTURE_H
   
2. #define __CAPTURE_H
   
3. 
   
4. #include "ch32v10x_conf.h"
   
5. 
   
6. void Input_Capture_Init( u16 arr, u16 psc );
   
7. void TIM1_CC_IRQHandler(void);
   
8. 
   
9. #endif

复制代码

capture.h文件主要是函数的声明。

capture.c文件

1. #include "capture.h"
   
2. 
   
3. void TIM1_CC_IRQHandler(void) __attribute__((interrupt("WCH-Interrupt-fast")));
   
4. 
   
5. /* ----------------   PWM信号 周期和占空比的计算--------------- */
   
6. // arr ：自动重装载寄存器的值
   
7. // clk_cnt：计数器的时钟，等于 Fck_int / (psc+1) = 72M/(psc+1)
   
8. // PWM信号的周期 T = (arr +1)* (1/clk_cnt) = arr*(psc+1) / 72M
   
9. // 占空比P=CCR/(arr+1)
   
10. /*******************************************************************************
    
11. * Function Name  : Input_Capture_Init
    
12. * Description    : Initializes TIM1 input capture.
    
13. * Input          : arr: the period value.
    
14. *                  psc: the prescaler value.
    
15. *                  ccp: the pulse value.
    
16. * Return         : None
    
17. *******************************************************************************/
    
18. void Input_Capture_Init( u16 arr, u16 psc )
    
19. {
    
20.     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    
21.     TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
    
22.     TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;
    
23.     NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    
24. 
    
25.     RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_TIM1, ENABLE );//使能GPIOA时钟和TIM1时钟
    
26. 
    
27.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8;
    
28.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    
29.     GPIO_Init( GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    
30.     GPIO_ResetBits( GPIOA, GPIO_Pin_8 );
    
31. 
    
32.     //定时器周期，实际就是设定自动重载寄存器 ARR 的值， ARR 为要装载到实际自动重载寄存器（即影子寄存器） 的值， 可设置范围为 0 至 65535。
    
33.     TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = arr;
    
34.     //定时器预分频器设置，时钟源经该预分频器才是定时器计数时钟CK_CNT，它设定 PSC 寄存器的值。
    
35.     //计算公式为： 计数器时钟频率 (fCK_CNT) 等于fCK_PSC / (PSC[15:0] + 1)，可实现 1 至 65536 分频。
    
36.     TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = psc;
    
37.     //时钟分频，设置定时器时钟 CK_INT 频率与死区发生器以及数字滤波器采样时钟频率分频比。可以选择 1、 2、 4 分频。
    
38.     TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
    
39.     TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //设置计数模式，向上计数模式
    
40.     TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter =  0x00;        //设置重复计数器的值，0。重复计数器，只有 8 位，只存在于高级定时器。
    
41.     TIM_TimeBaseInit( TIM1, &TIM_TimeBaseInitStructure); //初始化
    
42. 
    
43.     // 当用作PWM输入捕获模式时,只需要设置触发信号的那一路即可（用于测量周期）
    
44.     // 另外一路（用于测量占空比）会由硬件自带设置，不需要再配置
    
45. 
    
46.     // TIM_Channel：捕获通道 ICx 选择，可选 TIM_Channel_1、 TIM_Channel_2、TIM_Channel_3 或 TIM_Channel_4 四个通道。
    
47.     TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1;
    
48.     //配置输入捕获预分频器值，如果需要捕获输入信号的每个有效边沿，则设置 1 分频 即可
    
49.     TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;
    
50.     //输入捕获滤波器设置，可选设置 0x0 至 0x0F。它设定 CHCTLRx 寄存器ICxF[3:0]位的值。一般我们不使用滤波器，即设置为 0
    
51.     TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x0;
    
52.     //输入捕获边沿触发选择，可选上升沿触发、下降沿触发或边沿跳变触发。
    
53.     TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;
    
54.     //输入通道选择，捕获通道 ICx 的信号可来自三个输入通道，分别为TIM_ICSelection_DirectTI、 TIM_ICSelection_IndirectTI 或 TIM_ICSelection_TRC
    
55.     TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;
    
56. 
    
57.     TIM_PWMIConfig( TIM1, &TIM_ICInitStructure );
    
58. 
    
59.     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM1_CC_IRQn;       //TIM1捕获比较中断
    
60.     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;//设置抢占优先级
    
61.     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;       //设置响应优先级
    
62.     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;          //使能通道
    
63.     NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
    
64. 
    
65.     TIM_ITConfig( TIM1, TIM_IT_CC1 | TIM_IT_CC2, ENABLE ); //使能TIM1捕获中断
    
66. 
    
67.     // 选择输入捕获的触发信号
    
68.     TIM_SelectInputTrigger(TIM1, TIM_TS_TI1FP1);
    
69. 
    
70.     // 选择从模式: 复位模式
    
71.     // PWM输入模式时,从模式必须工作在复位模式，当捕获开始时,计数器CNT会被复位
    
72.     TIM_SelectSlaveMode(TIM1, TIM_SlaveMode_Reset);
    
73.     TIM_SelectMasterSlaveMode(TIM1,TIM_MasterSlaveMode_Enable);
    
74.     TIM_Cmd( TIM1, ENABLE );  //定时器使能
    
75. }
    
76. 
    
77. /*******************************************************************************
    
78. * Function Name  : TIM1_CC_IRQHandler
    
79. * Description    : This function handles TIM1  Capture Compare Interrupt exception.
    
80. * Input          : None
    
81. * Output         : None
    
82. * Return         : None
    
83. *******************************************************************************/
    
84. void TIM1_CC_IRQHandler(void)
    
85. {
    
86. 
    
87.     if( TIM_GetITStatus( TIM1, TIM_IT_CC1 ) != RESET )   //若捕获比较1发生中断
    
88.     {
    
89.         printf( "cycle:%d\r\n", (TIM_GetCapture1(TIM1)+1) );      //打印得到的捕获比较1寄存器值，其值加1表示周期
    
90.         TIM_SetCounter( TIM1, 0 );
    
91.     }
    
92. 
    
93.     if( TIM_GetITStatus( TIM1, TIM_IT_CC2 ) != RESET )   //若捕获比较2发生中断
    
94.     {
    
95.         printf( "Pulsewidth:%d\r\n", (TIM_GetCapture2(TIM1)+1) ); //打印得到的捕获比较2寄存器值，其值加1表示脉宽
    
96.     }
    
97. 
    
98.     TIM_ClearITPendingBit( TIM1, TIM_IT_CC1 | TIM_IT_CC2 ); //清除TIM1捕获比较1和捕获比较2中断挂起位
    
99. }
    
100. 
     

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capture.c文件主要是输入捕获相关函数配置，包括输入捕获相关函数初始化配置和定时器中断服务函数，其具体配置流程如下：

1、使能GPIOA时钟和TIM1时钟

1. RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_TIM1, ENABLE );//使能GPIOA时钟和TIM1时钟

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2、GPIO初始化配置

1. GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8;
   
2. GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
   
3. GPIO_Init( GPIOA, &GPIO_InitStructure);
   
4. GPIO_ResetBits( GPIOA, GPIO_Pin_8 );

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3、根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIM1时基单元外围设备。

1. //定时器周期，实际就是设定自动重载寄存器 ARR 的值， ARR 为要装载到实际自动重载寄存器（即影子寄存器） 的值， 可设置范围为 0 至 65535。
   
2.     TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = arr;
   
3.     //定时器预分频器设置，时钟源经该预分频器才是定时器计数时钟CK_CNT，它设定 PSC 寄存器的值。
   
4.     //计算公式为： 计数器时钟频率 (fCK_CNT) 等于fCK_PSC / (PSC[15:0] + 1)，可实现 1 至 65536 分频。
   
5.     TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = psc;
   
6.     //时钟分频，设置定时器时钟 CK_INT 频率与死区发生器以及数字滤波器采样时钟频率分频比。可以选择 1、 2、 4 分频。
   
7.     TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
   
8.     TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //设置计数模式，向上计数模式
   
9.     TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter =  0x00;        //设置重复计数器的值，0。重复计数器，只有 8 位，只存在于高级定时器。
   
10.     TIM_TimeBaseInit( TIM1, &TIM_TimeBaseInitStructure); //初始化

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4、输入捕获结构体初始化，配置IC1捕获通道

1. // TIM_Channel：捕获通道 ICx 选择，可选 TIM_Channel_1、 TIM_Channel_2、TIM_Channel_3 或 TIM_Channel_4 四个通道。
   
2.     TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1;
   
3.     //配置输入捕获预分频器值，如果需要捕获输入信号的每个有效边沿，则设置 1 分频 即可
   
4.     TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;
   
5.     //输入捕获滤波器设置，可选设置 0x0 至 0x0F。它设定 CHCTLRx 寄存器ICxF[3:0]位的值。一般我们不使用滤波器，即设置为 0
   
6.     TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x0;
   
7.     //输入捕获边沿触发选择，可选上升沿触发、下降沿触发或边沿跳变触发。
   
8.     TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;
   
9.     //输入通道选择，捕获通道 ICx 的信号可来自三个输入通道，分别为TIM_ICSelection_DirectTI、 TIM_ICSelection_IndirectTI 或 TIM_ICSelection_TRC
   
10.     TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;

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5、初始化PWM输入模式

1. TIM_PWMIConfig( TIM1, &TIM_ICInitStructure );

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6、配置中断优先级

1. NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM1_CC_IRQn;       //TIM1捕获比较中断
   
2. NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2; //设置抢占优先级
   
3. NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;            //设置响应优先级
   
4. NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;            //使能通道
   
5. NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  //NVIC初始化

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7、使能捕获中断

1. TIM_ITConfig( TIM1, TIM_IT_CC1 | TIM_IT_CC2, ENABLE ); //使能TIM1捕获中断

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8、选择输入捕获触发信号以及主从模式

1. TIM_SelectInputTrigger( TIM1, TIM_TS_TI1FP1 );                            //选择过滤定时器输入1作为触发源
   
2. TIM_SelectSlaveMode( TIM1, TIM_SlaveMode_Reset );                     //TIM1从机模式，所选触发信号（TRGI）的上升沿重新初始化。
   
3. TIM_SelectMasterSlaveMode( TIM1, TIM_MasterSlaveMode_Enable );//设置或重置TIM1主从模式，使能定时器与从机之间同步

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9、使能定时器

1. TIM_Cmd( TIM1, ENABLE );

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10、编写中断服务函数

1. void TIM1_CC_IRQHandler(void)
   
2. {
   
3.     if( TIM_GetITStatus( TIM1, TIM_IT_CC1 ) != RESET )   //若捕获比较1发生中断
   
4.     {
   
5.         printf( "cycle:%d\r\n", (TIM_GetCapture1(TIM1)+1) ); //打印得到的捕获比较1寄存器值，其值加1表示周期
   
6.     }
   
7.     if( TIM_GetITStatus( TIM1, TIM_IT_CC2 ) != RESET )   //若捕获比较2发生中断
   
8.     {
   
9.         printf( "Pulsewidth:%d\r\n", (TIM_GetCapture2(TIM1)+1) ); //打印得到的捕获比较2寄存器值，其值加1表示脉宽
   
10.     }
    
11.     TIM_ClearITPendingBit( TIM1, TIM_IT_CC1 | TIM_IT_CC2 ); //清除TIM1捕获比较1和捕获比较2中断挂起位
    
12. }

复制代码

capture.c文件主要是进行输入捕获的相关配置以及中断服务函数功能的设置，通过以上配置，即可进行输入捕获并通过中断服务函数打印输出脉宽和周期。

main.c文件

1. int main(void)
   
2. {
   
3.     USART_Printf_Init(115200);
   
4.     printf("SystemClk:%d\r\n",SystemCoreClock);
   
5. 
   
6.     Input_Capture_Init( 1000-1, 72-1 );
   
7. 
   
8.     while(1);
   
9. }

复制代码

main.c文件主要是相关函数的初始化。


4、下载验证

将编译好的程序下载到开发板并复位，将两个开发板PA8引脚连接起来，打开串口调试助手，可看见在不停打印PWM脉宽和周期，具体如下：

输入捕获.rar 附件下载
8、输入捕获.rar (488.51 KB, 下载次数: 14)

2021-9-10 16:27 上传

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完