STM32的定时器_蓝桥杯信号测量与PWM输出实验_输入捕获/输出比较功能

定时器的PWM生成功能

PWM生成的配置与原理

PWM生成与输出比较

在STM8的教程中，我们通过配置TIM1_CCMR寄存器，启用TIM独立通道的PWM生成功能来生成PWM信号，需要注意的是，PWM生成模式属于输出比较功能的一个子集，两者有所不同

根据官方的数据手册对TIM1_CCMR_OCiM功能位的介绍：PWM模式1下计数值CNT>CCRx时通道x为有效电平，反之为无效电平；而输出比较模式的原理是每当CCR=CNT时对输出电平反转

简单来说，PWM生成模式下：通过ARR设定频率，通过CCR设置占空比，起始相位不可更改；输出比较模式则同样通过ARR设置频率，但通过CCR所修改的是起始相位，占空比不可更改（所谓不可更改指的是初始状态确定后，在初始化配置时是可以改变的）

一般来说我们不必了解这些理论也能使用PWM生成功能，如果需要更具体的介绍参阅这篇文章：https://shequ.stmicroelectronics.cn/thread-633899-1-1.html
启动PWM生成的各项配置
1. 首先配置时钟，具体见前文，总之可得HCLK=80MHz
2. 在左侧栏Timers中选择要使用的TIM，在右侧窗口上部分在Channe1菜单选项中选择功能为PWM Generation CH1(TIM15-17需要勾选Activated)，让该计时器的通道1输出PWM
3. 在右侧窗口的下部分Parameter Settings中配置Prescaler分频系数与Counter Period自动重装载系数（这两处数值对应PSC与ARR）
4. 把引脚连接上刚刚启用的计数器独立通道，PA6引脚的功能选择TIM16_CH1，PA7通道选择TIM17_CH1
计算输出频率

前文已经写出定时器溢出频率公式(对PWM输出模式也即所生成输出信号的频率)：F=CK_PSC/[(PSC+1)(ARR+1)]

根据要求的输出频率，可得ARR和PSC的配置值：
- ARR+1=CK_PSC/[f×(PSC+1)]
比如说，要求输出频率是100Hz，那么ARR+1=80M/[100×(PSC+1)]

可以得到PSC=8000-1，ARR=100-1
计算输出占空比

根据输出比较的原理，可知输出信号占空比=CCRx/(ARR+1)

上文在配置时将ARR配置为100-1，为的是方便得到CCRx的配置值：接续上文的配置，当CCRx=10时，输出的便是占空比为10%的100Hz信号

PWM生成的使用

使能PWM生成函数HAL_TIM_PWM_Start

void HAL_TIM_PWM_Start(TIM_HandleTypeDef *htim,uint32_t Channel);
/*
第一个参数是TIM的句柄，在使用的是TIM1时，此处写&htim1，以此类推
第二个参数是所使用的通道，这部分有宏定义，按TIM_CHANNEL_x格式写即可
*/
HAL_TIM_PWM_Start(&htim3,TIM_CHANNEL_1);
//使用例：使用TIM3的CH1输出PWM

修改频率与占空比

在程序中修改ARR、CCRx参数即可实现修改频率、占空比的效果，根据前文的介绍，实时调整ARR需要禁用auto-reload preload以降低延迟

例如，修改CCR可以使用捕获/比较寄存器设置函数
```
__HAL_TIM_SET_COMPARE(TIM_HandleTypeDef *htim,uint32_t Channel,__POLARITY__)
```
由前一篇介绍的宏函数的原理可知，这样的修改可以通过直接读写寄存器实现，对于知晓寄存器原理的我们来说比使用前文使用宏函数更便捷
```
TIM2->ARR=//修改TIM2的ARR，从而修改频率
TIM2->CCR1=//修改TIM2的通道1的CCR，从而修改占空比
```

PWM生成的代码实现

让PA6(TIM16_CH1)输出100Hz(ARR=99，PSC=7999)，PA7(TIM17_CH1)输出200Hz(ARR=99，PSC=3999)的信号，两者占空比默认为10%，使用按钮控制占空比，每按下一次增加10%，将两者的频率与占空比都显示到LCD上

uint16_t PA6_frq,PA7_frq;
uint8_t PA6_duty=10,PA7_duty=10;//占空比默认为10
/* USER CODE END PV */

HAL_TIM_PWM_Start(&htim16,TIM_CHANNEL_1);   //PA6
HAL_TIM_PWM_Start(&htim17,TIM_CHANNEL_1);  //PA7
PA6_frq=10000/(TIM16->ARR+1);//80 000 000/(PSC+1)/(ARR+1)
PA7_frq=20000/(TIM17->ARR+1);//计算当前输出频率，单位Hz
TIM16->CCR1=PA6_duty;
TIM17->CCR1=PA7_duty;//设置当前占空比
/* USER CODE END 2 */

void Key_Proc(void)
{
	key_val=Key_Scan();
	key_down = key_val & (key_val^key_old);
	key_up = ~key_val & (key_val^key_old);
	key_old = key_val;
	if(key_down==1)
	{
		LCD_Clear(Black);
		LCD_SetBackColor(Black);
		LCD_SetTextColor(White);
		if(++lcd_page==3) lcd_page=0;
	}
	if(key_down==2&&lcd_page==0)
	{
		PA6_duty+=10;
		if(PA6_duty==100) PA6_duty=10;
		TIM16->CCR1=PA6_duty;//更改输出占空比
	}
	if(key_down==3&&lcd_page==0)
	{
		PA7_duty+=10;
		if(PA7_duty==100) PA7_duty=10;
		TIM17->CCR1=PA7_duty;
	}
}
void Lcd_Proc(void)
{
	if(lcd_page==0)
	{
		sprintf(buf,"PA6_frq:%dHz",PA6_frq);
		LCD_DisplayStringLine(Line4,(uint8_t*)buf);
		sprintf(buf,"PA7_frq:%dHz",PA7_frq);
		LCD_DisplayStringLine(Line5,(uint8_t*)buf);

		sprintf(buf,"PA6_duty:%d%%",PA6_duty);
		LCD_DisplayStringLine(Line7,(uint8_t*)buf);
		sprintf(buf,"PA7_duty:%d%%",PA7_duty);
		LCD_DisplayStringLine(Line8,(uint8_t*)buf);
	}
}

定时器的输入捕获功能

信号频率测量的硬件结构

电路结构

在蓝桥杯开发板上的四个电位器，左边的R37和R38用于ADC电压测量，而右边的R39和R40便用于频率测量

这两个电位器连接在XL555的OUT与TRIG之间，通过调节电位器可以实现调整555信号发生器的频率，也即产生了待测信号
引脚连接

PB4经J9连接到R39的电刷与555的OUT，其可配置为TIM3_CH1的输入引脚

PA15经J10连接到R40的电刷与555的OUT，其可配置为TIM2_CH1的输入引脚

输入捕获的配置与原理

启动输入捕获的各项配置
1. 在左侧栏Timers中选择TIM2与TIM3，并在Channel1菜单选项中选择功能为Input Capture direct mode(TIM15-17使用时要在右侧窗口勾选Activated)
2. 在右侧窗口的下部分Parameter Settings中配置Prescaler分频系数，配置为79(运行频率80MHz减去1)
3. 切换到各个TIM各自的NVIC Setting标签页，勾选NVIC Interrupt Table一栏下TIM2 global interrupt的Enabled选项，使能中断
4. 把引脚连接上刚刚启用的计数器独立通道，配置PB4为TIM3_CH1，PA15为TIM2_CH1
如果需要测量占空比，还需要进一步配置：
1. 将TIM的Channel2选择为Input Capture indirect mode
2. 在Channel2的Parameter Settings窗口Polarity Selection中选择Falling Edge
计算输入频率

捕获开始后，检测到第一个上升沿时，CNT的值复制到CCRx中并开始计数，当再次捕捉到上升沿变化时，根据CNT中的值与上一次捕获的差值，即信号一个周期的持续时间，再根据计数频率可计算信号的频率

由此原理可知得到，一个周期持续时间t=CCRx/[CK_PSC/(PSC+1)]

将此式变形得测量到的频率f=CK_PSC/[(PSC+1)×CCRx]
计算输入占空比

在测量频率的基础上，新增另一通道来捕获下降沿(输入捕获功能可按需设置为上升沿捕获、下降沿捕获与都捕获)，自第一个上升沿开始，到捕获到下降沿为高电平持续时间，再到捕获到第二个上升沿时为一个周期

因为计算占空比要使用两个通道，所以不能使用TIM15-17这些只有一个通道的定时器

(周期总用时-捕获到下降沿的时间)/周期总用时=占空比

输入捕获的使用

输入捕获中断方式启动函数HAL_TIM_IC_Start_IT

在使用此函数后，就会开启输入捕获的中断(务必记得要在初始化配置时开启NVIC中断)，在捕获到设定的边沿信号后将会产生一个中断，也就是开启定时器
```
void HAL_TIM_IC_Start_IT(TIM_HandleTypeDef *htim,uint32_t Channel);
/*
第一个参数是TIM的句柄
第二个参数是所使用的通道
*/
HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim2,TIM_CHANNEL_1);
//使用例：启用TIM2的CH1进行输入捕获
```
输入捕获中断方式停止函数HAL_TIM_IC_Stop_IT

禁止输入捕获中断，关闭输入捕获通道的函数，也就是把原本启动函数的Start改成Stop（或者说将IC替换为其他功能也就是关闭其它功能的函数）

但是启动与关闭是需要时间的，因此在实现按键或定时启停的功能时如无必要，最好不要直接执行此函数，而是设置一个启停标志位，在检测到标志位为关闭时停止获取到数值的显示
```
void HAL_TIM_IC_Stop_IT(TIM_HandleTypeDef *htim,uint32_t Channel);
```

输入捕获中断回调函数HAL_TIM_IC_CaptureCallback

这个函数将会在捕获到设定边沿产生中断后执行，用于处理输入捕获时的数据

void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
	//捕获到设定的边沿后执行此函数中的语句
	if(htim->Instance==TIM2)
	{
		//需要对句柄中的标志进行判断来找到中断来源
		//例如此处语句表示TIM2捕获到对应边沿后需要执行对应操作
		HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim2,TIM_CHANNEL_1);
		//重新开启中断以备下一次捕获
	}
}

获取捕获值HAL_TIM_ReadCapturedValue

uint32_t HAL_TIM_ReadCapturedValue(TIM_HandleTypeDef *htim,uint32_t Channel)
//该函数将返回捕获到设定边沿时的CCRx值

捕获边沿设置函数__HAL_TIM_SET_CAPTUREPOLARITY

宏函数，设置输入信号的捕获边沿

__HAL_TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(__HANDLE__,__CHANNEL__,__POLARITY__)
//__POLARITY__取值范围有：
//TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_RISING 上升沿捕获
//TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_FALLING 下降沿捕获
//TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_BOTHEDGE 双边沿捕获

测量频率的代码实现

uint32_t R40_frq,capture_val1=0;
uint32_t R39_frq,capture_val2=0;
/* USER CODE END PV */

HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim2,TIM_CHANNEL_1);
HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim3,TIM_CHANNEL_1);
/* USER CODE END 2 */

void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
	if(htim->Instance==TIM2)//如果是TIM2产生了输入捕获中断
	{
		capture_val1=HAL_TIM_ReadCapturedValue(&htim2,TIM_CHANNEL_1);//获取CCR捕获值
		TIM2->CNT=0;//清除计数值，准备下一次计数
		R40_frq=80000000/(80*capture_val1);//计算频率
		HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim2,TIM_CHANNEL_1);//重新开启中断
	}
	if(htim->Instance==TIM3)
	{
		capture_val2=HAL_TIM_ReadCapturedValue(&htim3,TIM_CHANNEL_1);
		TIM3->CNT=0;
		R39_frq=80000000/(80*capture_val2);
		HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim3,TIM_CHANNEL_1);
	}
}

测量占空比的代码实现

double duty1=0.0;

void Lcd_Proc(void)
{
	if(lcd_page==0)
	{
		sprintf(buf,"duty1:%.2lf%%     ",duty1);
		LCD_DisplayStringLine(Line5,(uint8_t*)buf);
	}
}
void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
	if(htim->Instance==TIM2)
	{
		if(htim->Channel==HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_1)
		//由于使用了两个独立通道来测量占空比，因此要选择中断来源于输入通道
		{
			capture_val1=HAL_TIM_ReadCapturedValue(&htim2,TIM_CHANNEL_1);//捕获上升沿
			capture_val1_2=HAL_TIM_ReadCapturedValue(&htim2,TIM_CHANNEL_2);//捕获下降沿
			TIM2->CNT=0;
			R40_frq=80000000/(80*capture_val1);
			//以上是计算频率的代码
			duty1 = ((1.0*capture_val1_2)/capture_val1)*100;
			//计算占空比，乘1.0以转换数据类型，乘100以便用%表示
			HAL_TIM_IC_Start(&htim2,TIM_CHANNEL_1);
			HAL_TIM_IC_Start(&htim2,TIM_CHANNEL_2);
			//重新打开中断
		}
	}
}

posted @ 2025-05-16 22:07 无术师阅读(566) 评论(0) 收藏举报

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