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《STM32单片机开发应用教程(HAL库版)—基于国信长天嵌入式竞赛实训平台（CT117E-M4）》第四章4.9 TIM—输入捕获（脉冲频率测量）实验，讲解TIM输入捕获的原理，以及STM32CubeMX配置和程序设计方法
官方例程下载：https://pan.baidu.com/s/1QC5BnDgY1m1me6-ihQ_OUQ?pwd=nqb1
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4.9 TIM---输入捕获（脉冲频率测量）实验
- 4.9.1. 实验任务
- 4.9.2. TIM输入捕获的原理解析
- 4.9.3. 初始化配置（STM32CubeMX）
- 4.9.4. 应用程序设计（KEIL5）
- - 1. TIM输入捕获HAL库函数
  - 2. TIM输入捕获与测频、LCD显示
  - 3. TIM捕获频率和脉宽（占空比）
- 4.9.5. 小结

4.9 TIM—输入捕获（脉冲频率测量）实验

4.9.1. 实验任务

TIM普通输入捕获模式：参看官方例程HAL_11_TIM_FRQ，实现板载信号的输入捕获，测量其频率。
TIM输入捕获PWM模式：测量脉宽/占空比。

4.9.2. TIM输入捕获的原理解析

输入捕获可以对输入信号的上升沿，下降沿或者双边沿进行捕获，可以测量输入信号的脉宽和测量 PWM 输入信号的频率和占空比。
输入捕获分为普通输入捕获模式（测频）和PWM输入模式（测频+占空比）。
输入通道与捕获通道的区别
输入通道：需要被测量的信号从定时器的外部引脚 TIMx_CH1/2/3/4 进入，通常叫 TI1/2/3/4，在后面的捕获讲解中对于要被测量的信号我们都以 TIx 为标准的叫法
捕获通道：捕获通道就是输入捕获整体结构图中的 IC1/2/3/4，每个捕获通道都有相对应的捕获寄存器 CCR1/2/3/4，当发生捕获的时候，计数器 CNT 的值就会被锁存到捕获寄存器。
输入通道是用来输入信号的，捕获通道是用来捕获输入信号的通道，一个输入通道的信号可以同时输入给两个捕获通道。
普通输入捕获模式
当捕获到信号的跳变沿的时候，把计数器 CNT 的值锁存到捕获寄存器 CCR 中，这就是普通输入捕获模式。

普通输入捕获模式，通常用于测量频率。其原理简单来说，以上升沿捕获为例，如上图：
 第一次上升沿来临时，发生捕获中断，记录value1=当前计数值CNT。
 当第二次上升沿来临，再次发生捕获中断，记录value3=当前计数值CNT，并清除捕获记录标记。
 根据value3和value1差值，计算出输入信号的频率。
PWM输入模式
普通输入捕获模式也可以用来计算脉宽（占空比），但是配置复杂。一般使用PWM输入模式，同时计算频率和脉宽。
PWM 输入模式需要占用两个捕获通道IC1和IC2。
当使用 PWM 输入模式的时候，因为一个输入通道(TIx)会占用两个捕获通道(ICx)，所以一个定时器在使用 PWM 输入的时候最多只能使用两个输入通道(TIx)，如下图。

如上图，PWM 信号由输入通道 TI1 进入，信号会被分为两路，一路是 TI1FP1，另外一路是 TI2FP2。其中一路是测周期，另一路是测占空比。由此，定时器的输入捕获有两个功能，直接捕获模式和间接捕获模式；
 直接捕获：只能捕获本身通道的脉冲信号；
 间接模式：可以捕获此定时器每个通道的脉冲信号。
通常，测频支路设置成直接捕获模式，而测脉宽的支路设置成间接模式。
PWM 输入模式原理：

 当第一次上升沿时，IC1和IC2同时捕获中断，计数器CNT清零；
 到了下降沿的时候，IC2捕获中断，此时计数器CNT的值被锁存到捕获寄存器CCR2中；
 到了下一个上升沿的时候，IC1捕获中断，计数器CNT的值被锁存到捕获寄存器CCR1中
 CCR2测量的是脉宽，CCR1测量的是周期。
可见，输入捕获的两大核心功能:
1）捕获定时器的数值。
2）产生中断，类似于外中断，比如，上升沿产生中断。
开发板上配置了两个555作为信号发生器（U8，U7），通过可调电阻R40，R39调节信号频率，两个输出引脚分别连接在PA15和PB4引脚上，如下图。

查阅芯片资料，可以得知这两个引脚可用作以下定时器的输入捕获：PA15–> TIM2_CH1(AF1)； PB4 --> TIM3_CH1(AF2)。

4.9.3. 初始化配置（STM32CubeMX）

以PA15输入信号进行TIM2_CH1输入捕获、测频为例，在STM32CubeMX中进行配置。
对PA15引脚，选择TIM2_CH1。

这里选择复位Reset模式、Tl1FP1（由定时器的输入信号触发）、内部时钟。

定时频率设置为1MHz；上升沿触发；直接捕获方式。

NVIC中，打开TIM2中断，可设置中断服务优先级，

SYS、时钟树（80MHz）、项目名称、路径等配置，参看前述章节。
LCD无需在STM32CubeMX中配置，参看前述方法，复制相关文件到本项目工程中。

4.9.4. 应用程序设计（KEIL5）

1. TIM输入捕获HAL库函数

TIM相关的HAL库函数在stm32g4xx_hal_tim.h文件中可查询到。这里，仅使用TIM作输入捕获（中断方式），主要使用的库函数有：

//中断方式启动捕获–启动输入捕获功能，并使能相应的中断
HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_IC_Start_IT (TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t Channel)
//中断方式停止捕获–关闭定时器某一通道的输入捕获功能和相应中断
HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_IC_Stop_IT (TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t Channel)
//获取当前的捕获值–读取CCRx寄存器的值
uint32_t HAL_TIM_ReadCapturedValue (TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t Channel)

还可以使用已定义宏（也在stm32g4xx_hal_tim.h）：
读取计数值：__HAL_TIM_GET_COUNTER (&htim)
重新设置计数值：__HAL_TIM_SET_COUNTER (&htim, COUNTER)
建议使用函数HAL_TIM_ReadCapturedValue捕获计数值。

//输入捕获中断回调函数
void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)

2. TIM输入捕获与测频、LCD显示

根据前面4.9.3节，完成TIM输入捕获的STM32CubeMX配置。KEIL5打开工程项目后，首先把LCD初始化相关的操作完成，参看4.4 LCD显示实验，添加lcd.c、lcd.h、font.h到本项目中，并在main.c中完成初始化。

1）编写输入捕获的中断回调函数
输入捕获发生中断时，自动执行其中断回调函数HAL_TIM_IC_CaptureCallback，但是中断回调函数需要在main.c中手动编写，如：

/* USER CODE BEGIN 0 */
uint32_t Freq;//获得频率值，全局变量
uint16_t Counter;//获得计数值，全局变量
/* 输入捕获中断服务函数 上升沿中断 */
void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{if(htim->Instance==TIM2)  //TIM2判断{if(htim->Channel == HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_1)  //CH1判断{Counter=HAL_TIM_ReadCapturedValue(htim,TIM_CHANNEL_1)+1;//获取计数值+1Freq=1000000/Counter;//计算频率}}
}
/* USER CODE END 0 */

2）编写LCD显示服务函数
简单的LCD显示任务，可以直接在main主函数中编写，如官方例程HAL_10_TIM_BASE所示，在用户代码区域编写：

/* USER CODE BEGIN 2 */
char buf[20];LCD_Init();LCD_Clear(Blue);LCD_SetBackColor(Blue);LCD_SetTextColor(White);LCD_DisplayStringLine(Line0, (uint8_t *)"                    ");LCD_DisplayStringLine(Line1, (uint8_t *)"                    ");LCD_DisplayStringLine(Line2, (uint8_t *)"      TIM Test      ");LCD_DisplayStringLine(Line3, (uint8_t *)"                    ");LCD_DisplayStringLine(Line4, (uint8_t *)"                    ");LCD_SetBackColor(White);LCD_SetTextColor(Blue);LCD_DisplayStringLine(Line5, (uint8_t *)"                    ");LCD_DisplayStringLine(Line6, (uint8_t *)"      TIM2 CH1      ");LCD_DisplayStringLine(Line7, (uint8_t *)"                    ");LCD_DisplayStringLine(Line8, (uint8_t *)"                    ");LCD_DisplayStringLine(Line9, (uint8_t *)"                    ");/* USER CODE END 2 *//* Infinite loop *//* USER CODE BEGIN WHILE */HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim2, TIM_CHANNEL_1);//开启输入捕获中断while (1){/* USER CODE END WHILE */sprintf(buf, "  FRQ(R40):%dHz   ", Freq);LCD_DisplayStringLine(Line8, (uint8_t *)buf);HAL_Delay(200);/* USER CODE BEGIN 3 */}/* USER CODE END 3 */

其中，变量Freq是由中断回调函数HAL_TIM_IC_CaptureCallback所计算的频率值。
注意，添加#include “stdio.h”，可避免sprintf的警告错误。
这里，编写一个LCD显示服务函数，以完成LCD显示任务，如：

/* LCD显示服务函数 */
void LCD_proc()
{uint8_t buf[21];
sprintf((char*)buf, "  Freq(R40):%dHz   ",Freq);
LCD_DisplayStringLine(Line8, buf);  HAL_Delay(200);
}
/* USER CODE END 2 */
再在while (1) 中调用LCD_proc()，如下（包含LCD初始化）：
/* USER CODE BEGIN 2 */LCD_Init();LCD_Clear(Blue);LCD_SetBackColor(Blue);LCD_SetTextColor(White);LCD_DisplayStringLine(Line0, (uint8_t *)"                    ");LCD_DisplayStringLine(Line1, (uint8_t *)"                    ");LCD_DisplayStringLine(Line2, (uint8_t *)"      TIM Test      ");LCD_DisplayStringLine(Line3, (uint8_t *)"                    ");LCD_DisplayStringLine(Line4, (uint8_t *)"                    ");LCD_SetBackColor(White);LCD_SetTextColor(Blue);LCD_DisplayStringLine(Line5, (uint8_t *)"                    ");LCD_DisplayStringLine(Line6, (uint8_t *)"      TIM2 CH1      ");LCD_DisplayStringLine(Line7, (uint8_t *)"                    ");LCD_DisplayStringLine(Line8, (uint8_t *)"                    ");LCD_DisplayStringLine(Line9, (uint8_t *)"                    ");HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim2, TIM_CHANNEL_1);//开启输入捕获中断       /* USER CODE END 2 *//* Infinite loop *//* USER CODE BEGIN WHILE */while (1){LCD_proc();/* USER CODE END WHILE *//* USER CODE BEGIN 3 */}/* USER CODE END 3 */

编译、下载后，LCD可显示当前输入信号的频率值，旋转R40电阻，频率值将随着变化：

3. TIM捕获频率和脉宽（占空比）

前面实现了对输入信号的测频功能，若要测量出其占空比，则需要另一个通道同时进行脉宽计数，以计算占空比。此种方式，也就是输入捕获的PWM输入模式。
1）STM32CubeMX配置PWM模式
参看前述输入捕获PWM模式原理，测频通道（CH1）配置成直接模式、上升沿触发，测量脉宽通道（CH2）配置成间接模式、下降沿触发。

其他配置，参看4.9.3节（PA15— TIM2_CH1，NVIC中断，SYS）等。
2）测频+占空比程序设计
LCD配置，同前述。
与输入捕获的测频程序设计类同，设计测频+占空比的输入捕获中断回调函数HAL_TIM_IC_CaptureCallback，LCD显示服务函数LCD_proc()，并在main.c中做好TIM、LCD初始化。
中断回调函数HAL_TIM_IC_CaptureCallback代码为：

uint32_t Freq,Duty;//获得频率值，占空比
uint16_t T_Count,D_Count;//获得计数值
//输入捕获中断回调函数
void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{if(htim->Instance==TIM2){if(htim->Channel == HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_1){T_Count = HAL_TIM_ReadCapturedValue (htim,TIM_CHANNEL_1)+1;Freq = 1000000 / T_Count;Duty = (float)D_Count/T_Count * 100;}else if(htim->Channel == HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_2){D_Count = HAL_TIM_ReadCapturedValue (htim,TIM_CHANNEL_2)+1;}                   }
}

其中，通过Duty = (float)D_Count/T_Count * 100；计算出占空比。
LCD显示服务函数LCD_proc代码为：

/* LCD显示服务函数 */
void LCD_proc()
{uint8_t buf[21];sprintf((char*)buf, "  Freq(R40):%dHz   ",Freq);LCD_DisplayStringLine(Line8, buf);   sprintf((char*)buf, "  Duty(R40):%4.2f%%   ",(double)Duty);LCD_DisplayStringLine(Line9, buf);     HAL_Delay(200);
}

其中，%4.2f%%设置显示格式：带2位小数点的4位浮点数，百分号用%%。
main函数其他部分，与前面测频程序类同，注意，需要开启CH1和CH2通道中断：

HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim2, TIM_CHANNEL_1);//开启CH1输入捕获中断
HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim2, TIM_CHANNEL_2);//开启CH2输入捕获中断

4.9.5. 小结

STM32CubeMX中，普通捕获输入模式和PWM模式，配置有所区别。
普通捕获输入模式是单通道，直接模式。
 PWM模式是双通道，CH1直接模式，CH2间接模式。
TIM作输入捕获（中断方式），主要使用的库函数有：
 //中断方式启动捕获
HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_IC_Start_IT (TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t Channel)
 //中断方式停止捕获
HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_IC_Stop_IT (TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t Channel)
 //获取当前的捕获值
uint32_t HAL_TIM_ReadCapturedValue (TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t Channel)
 输入捕获中断服务函数
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
频率、占空比等参数计算，在中断服务函数HAL_TIM_PeriodElapsedCallback中程序设计。

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