CKS32F4xx系列产品Timer的基本使用方法-定时器脉冲计数

 

 

    上一章我们介绍了CKS32F4的通用定时器定时操作的使用方法，这一章我们将向大家介绍通用定时器作为定时器脉冲计数的使用。在本章中，我们将用TIM5的通道1（PA0）来做输入捕获，捕获PA0上的脉冲。

输入捕获简介

 

输入捕获模式可以用来测量脉冲宽度或者脉冲计数，我们简单说明脉冲计数的原理,测量方法如下：首先设置定时器通道x为上升沿捕获，在通道有脉冲触发时，定时器进入捕获中断，我们可以在中断中完成一次计数的累加，当一个计数周期结束后，得到的累加值就是脉冲计数值。

CKS32F4的定时器，除了TIM6和TIM7，其他定时器都有输入捕获功能。CKS32F4的输入捕获，简单的说就是通过检测TIMx_CHx上的边沿信号，在边沿信号发生跳变（比如上升沿/下降沿）的时候，将当前定时器的值（TIMx_CNT）存放到对应的通道的捕获/比较寄存器（TIMx_CCRx）里面，完成一次捕获。同时还可以配置捕获时是否触发中断/DMA等。

本章我们用到TIM5_CH1来实现脉冲计数。

 

输入捕获操作

接下来，我们介绍我们本章需要用到的一些寄存器配置，需要用到的寄存器有：TIMx_ARR、TIMx_PSC、TIMx_CCMR1、TIMx_CCER、TIMx_DIER、TIMx_CR1、TIMx_CCR1接下来我们介绍这几个寄存器的配置。

首先TIMx_ARR和TIMx_PSC，这两个寄存器用来设自动重装载值和TIMx的时钟分频，对于TIMx_AR，如图1所示：一定要注意当自动装载的值为空时，计数器不工作。

图1

对于TIMx_PSC，如图2所示,利用这个寄存器和RCC的预分频寄存器配合，我们可以得到几微妙到几毫秒的计数周期。

图2 

再来看看捕获/比较模式寄存器1：TIMx_CCMR1，这个寄存器在输入捕获的时候，非常有用，该寄存器的各位描述如图3所示：

图3 TIMx_CCMR1寄存器各位描

当在输入捕获模式下使用的时候，对应图3的第二行描述，从图中可以看出，TIMx_CCMR1明显是针对2个通道的配置，低八位[7：0]用于捕获/比较通道1的控制，而高八位[15：8]则用于捕获/比较通道2的控制，因为TIMx还有CCMR2这个寄存器，所以可以知道CCMR2是用来控制通道3和通道4，这里我们用到的是TIM5的捕获/比较通道1，我们重点介绍TIMx_CCMR1的[7:0]位（其高8位配置类似），TIMx_CCMR1的[7:0]位详细描述见图4所示：

图4 TIMx_CCMR1[7:0]位详细描述

其中CC1S[1:0]，这两个位用于CCR1的通道配置，这里我们设置IC1S[1:0]=01，也就是配置IC1映射在TI1上，即CC1对应TIMx_CH1。输入捕获1预分频器IC1PSC[1:0]，这个比较好理解。我们是1次边沿就触发1次捕获，所以选择00就是了。输入捕获1滤波器IC1F[3:0]，这个用来设置输入采样频率和数字滤波器长度。其中，fCK_INT是定时器的输入频率（TIMxCLK），一般为84Mhz/168Mhz，而fDTS则是根据TIMx_CR1的CKD[1:0]的设置来确定的，如果CKD[1:0]设置为00，那么fDTS=fCK_INT,N值就是滤波长度，举个简单的例子：假设IC1F[3:0]=0011，并设置IC1映射到通道1上，且为上升沿触发，那么在捕获到上升沿的时候，再以fCK_INT的频率，连续采样到8次通道1的电平，如果都是高电平，则说明确是一个有效的触发，就会触发输入捕获中断（如果开启了的话）。

这样可以滤除那些高电平脉宽低于8个采样周期的脉冲信号，从而达到滤波的效果。这里，我们不做滤波处理，所以设置IC1F[3:0]=0000，只要采集到上升沿，就触发捕获。再来看看捕获/比较使能寄存器：TIMx_CCER，本章我们要用到这个寄存器的最低2位，CC1E和CC1P位。这两个位的描述如图5所示：

图5 TIMx_CCER最低2位描述

所以，要使能输入捕获，必须设置CC1E=1，而CC1P则根据自己的需要来配置。接下来我们再看看中断使能寄存器：TIMx_DIER，该寄存器的各位描述见图6：

图6 TIMx_DIER寄存器各位描述

本章，我们需要用到中断来处理捕获数据，所以必须开启通道1的捕获比较中断，即CC1IE设置为1。控制寄存器：TIMx_CR1，我们只用到了它的最低位，也就是用来使能定时器的，这里前面两章都有介绍，请大家参考前面的章节。最后再来看看捕获/比较寄存器TIMx_CCR1，该寄存器用来存储捕获发生时，TIMx_CNT的值，我们从TIMx_CCR1就可以读出通道1捕获发生时刻的TIMx_CNT值，至此，我们把本章要用的几个相关寄存器都介绍完了，本章要实现通过输入捕获，来计量TIM5_CH1(PA0)上面的脉冲数量，下面我们介绍库函数配置上述功能输入捕获的步骤：

1）开启TIM5时钟，配置PA0为复用功能（AF2），并开启下拉电阻

要使用TIM5，我们必须先开启TIM5的时钟。同时我们要捕获TIM5_CH1上面的高电平脉宽，所以先配置PA0为带下拉的复用功能，同时，为了让PA0的复用功能选择连接到TIM5，所以设置PA0的复用功能为AF2，即连接到TIM5上面。开启TIM5时钟的方法为：

 

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM5,ENABLE);//>>TIM5时钟使能

 

当然，这里我们也要开启PA0对应的GPIO的时钟。配置PA0为复用功能，所以我们首先要设置PA0引脚映射AF2，方法为：

 

br

 

最后，我们还要初始化GPIO的模式为复用功能，同时这里我们还要设置为开启下拉。方法为：

 

typedefstructGPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0;//GPIOA0
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF;//复用功能
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_100MHz;
//速度100MHz
GPIO_InitStructure.GPIO_OType=GPIO_OType_PP;//推挽复用输出
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd=GPIO_PuPd_DOWN;//下拉
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);//初始化PA0

 

跟上一讲PWM输出类似，这里我们使用的是定时器5的通道1，所以我们从CKS32F4对应的数据手册可以查看到对应的IO口为PA0:

2）初始化TIM5,设置TIM5的ARR和PSC

在开启了TIM5的时钟之后，我们要设置ARR和PSC两个寄存器的值来设置输入捕获的自动重装载值和计数频率。这在库函数中是通过TIM_TimeBaseInit函数实现的，在上面章节已经讲解过，这里不重复讲解。

 

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler=psc;//定时器分频
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;//向上计数模式
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=arr;//自动重装载值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;
TIM_TimeBaseInit(TIM5,&TIM_TimeBaseStructure);//初始化TIM5

 

3）设置TIM5的输入捕获参数，开启输入捕获

TIM5_CCMR1寄存器控制着输入捕获1和2的模式，包括映射关系，滤波和分频等。这里我们需要设置通道1为输入模式，且IC1映射到TI1(通道1)上面，并且不使用滤波（提高响应速度）器。库函数是通过TIM_ICInit函数来初始化输入比较参数的：

 

voidTIM_ICInit(TIM_TypeDef*TIMx,TIM_ICInitTypeDef*TIM_ICInitStruct)

 

同样，我们来看看参数设置结构体TIM_ICInitTypeDef的定义：

 

typedef struct
{
uint16_t TIM_Channel; //>>通道
uint16_t TIM_ICPolarity; //>>捕获极性
uint16_t TIM_ICSelection;//>>映射
uint16_t TIM_ICPrescaler;//>>分频系数
uint16_t TIM_ICFilter; //>>滤波器长度
}TIM_ICInitTypeDef;

 

参数TIM_Channel很好理解，用来设置通道。我们设置为通道1，为TIM_Channel_1。参数TIM_ICPolarit是用来设置输入信号的有效捕获极性，这里我们设置为TIM_ICPolarity_Rising，上升沿捕获。同时库函数还提供了单独设置通道1捕获极性的函数为：

 

TIM_OC1PolarityConfig(TIM5,TIM_ICPolarity_Falling);

 

这表示通道1为上升沿捕获，我们后面会用到，同时对于其他三个通道也有一个类似的函数，使用的时候一定要分清楚使用的是哪个通道该调用哪个函数，格式为TIM_OCxPolarityConfig()。参数TIM_ICSelection是用来设置映射关系，我们配置IC1直接映射在TI1上，选TIM_ICSelection_DirectTI。参数TIM_ICPrescaler用来设置输入捕获分频系数，我们这里不分频，所以选中TIM_ICPSC_DIV1,还有2,4,8分频可选。参数TIM_ICFilter设置滤波器长度，这里我们不使用滤波器，所以设置为0。这些参数的意义，在我们讲解寄存器的时候举例说明过，这里不做详细解释。我们的配置代码是：

 

TIM5_ICInitStructure.TIM_Channel=TIM_Channel_1;//>>选择输入端IC1映射到TI1上
TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPolarity=TIM_ICPolarity_Rising;//>>上升沿捕获
TIM5_ICInitStructure.TIM_ICSelection=TIM_ICSelection_DirectTI;//>>映射到TI1上
TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler=TIM_ICPSC_DIV1;//>>配置输入分频,不分频
TIM5_ICInitStructure.TIM_ICFilter=0x00;//>>IC1F=0000配置输入滤波器不滤波
TIM_ICInit(TIM5,&TIM5_ICInitStructure);

 

4）使能捕获和更新中断（设置TIM5的DIER寄存器）

因为我们要捕获的是高电平信号，所以，第一次捕获是上升沿，这两件事，我们都在中断里面做，所以必须开启捕获中断和更新中断。这里我们使用定时器的开中断函数TIM_ITConfig即可使能捕获和更新中断：

 

TIM_ITConfig(TIM5,TIM_IT_Update|TIM_IT_CC1,ENABLE);//>>允许更新中断和捕获中断

 

5）设置中断优先级，编写中断服务函数

因为我们要使用到中断，所以我们在系统初始化之后，需要先设置中断优先级分组，这里方法跟我们前面讲解一致，调用NVIC_PriorityGroupConfig()函数即可，我们系统默认设置都是分组2。设置中断优先级的方法前面多次提到这里我们不做讲解，主要是通过函数NVIC_Init()来完成。设置优先级完成后，我们还需要在中断函数里面完成数据处理和捕获设置等关键操作，从而实现高电平计数统计。在中断服务函数里面，跟以前的外部中断和定时器中断实验中一样，我们在中断开始的时候要进行中断类型判断，在中断结束的时候要清除中断标志位。使用到的函数在上面的实验已经讲解过，分别为TIM_GetITStatus()函数和TIM_ClearITPendingBit()函数。

 

if(TIM_GetITStatus(TIM5,TIM_IT_Update)!=RESET){}//>>判断是否为更新中断
if(TIM_GetITStatus(TIM5,TIM_IT_CC1)!=RESET){}//>>判断是否发生捕获事件
TIM_ClearITPendingBit(TIM5,TIM_IT_CC1|TIM_IT_Update);//>>清除中断和捕获标志位

 

6）使能定时器（设置TIM5的CR1寄存器）

最后，必须打开定时器的计数器开关，启动TIM5的计数器，开始输入捕获。

 

TIM_Cmd(TIM5,ENABLE);//>>使能定时器5

 

通过以上6步设置，定时器5的通道1就可以开始输入捕获了。

 

代码示例

这里我们主要是添加了输入捕获初始化函数TIM5_CH1_Cap_Init以及中断服务函数TIM5_IRQHandler。对于输入捕获，我们也是使用的定时器相关的操作，接下来我们来看看两个函数的内容：

 

TIM_ICInitTypeDef TIM5_ICInitStructure;

 

//>>定时器5通道1输入捕获配置

//>>arr：自动重装值(TIM2,TIM5是32位的!!)psc：时钟预分频数

 

void TIM5_CH1_Cap_Init(u32 arr,u16 psc) 
{ 
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; 
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure; 
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; 
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM5,ENABLE); //>>TIM5 时钟使能 
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE); //>>使能 PORTA 时钟 
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0; //>>GPIOA0 
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;//>>复用功能 
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz; 
//>>速度 100MHz 
GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; //>>推挽复用输出 
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_DOWN; //>>下拉 
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure); //>>初始化 PA0 
GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource0,GPIO_AF_TIM5); //>>PA0 复用位定时器 5 
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler=psc; //>>定时器分频 
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up; //>>向上计数模式 
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=arr; //>>自动重装载值 
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1; 
TIM_TimeBaseInit(TIM5,&TIM_TimeBaseStructure); 
TIM5_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1; //>>选择输入端 IC1 映射到 TI1 上 
TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising; 
//>>上升沿捕获 
TIM5_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI; //>>映射到 TI1 上 
TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1; //>>配置输入分频,不分频 
TIM5_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x00;//>>IC1F=0000 配置输入滤波器 不滤波 
TIM_ICInit(TIM5, &TIM5_ICInitStructure); //>>初始化 TIM5 输入捕获参数 
TIM_ITConfig(TIM5,TIM_IT_Update|TIM_IT_CC1,ENABLE);//>>允许更新和捕获中断 
TIM_Cmd(TIM5,ENABLE ); 
//>>使能定时器 5 
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM5_IRQn; 
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=2;//>>抢占优先级 2 
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority =0;//>>响应优先级 0 
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //>>IRQ 通道使能 
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); 
//>>根据指定的参数初始化 VIC 寄存器、 
} 
//>>捕获状态 
//>>[7]:0,没有成功的捕获;1,成功捕获到一次. 
//>>[6]:0,还没捕获到低电平;1,已经捕获到低电平了. 
//>>[5:0]:捕获低电平后溢出的次数(对于 32 位定时器来说,1us 计数器加 1,溢出时间:4294 秒) 
u8 TIM5CH1_CAPTURE_STA=0; //>>输入捕获状态
u32 TIM5CH1_CAPTURE_VAL;//>>输入捕获值(TIM2/TIM5 是 32 位) 
//>>定时器 5 中断服务程序 
void TIM5_IRQHandler(void) 
{
        if(TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_CC1) != RESET)//>>捕获 1 发生捕获事件 
        { 
                TIM5CH1_CAPTURE_VAL  ++;             }
        }
    TIM_ClearITPendingBit(TIM5, TIM_IT_CC1|TIM_IT_Update); //>>清除中断标志位 
}

 

此部分代码包含两个函数，其中TIM5_CH1_Cap_Init函数用于TIM5通道1的输入捕获设置，其设置和我们上面讲的步骤是一样的，这里就不多说，特别注意：TIM5是32位定时器，所以arr是u32类型的。接下来，重点来看看第二个函数。TIM5_IRQHandler是TIM5的中断服务函数，变量TIM5CH1_CAPTURE_VAL，则用来记录捕获到上升沿的时候，对脉冲进行计数，timer.h头文件内容比较简单，主要是函数申明，这里我们不做过多讲解。接下来，我们看看main函数内容：

 

extern u8 TIM5CH1_CAPTURE_STA; 
//>>输入捕获状态
extern u32 
TIM5CH1_CAPTURE_VAL;//输入捕获值 
int main(void) 
{ 
long long temp = 0; 
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//>>设置系统中断优先级分组 2 
delay_init(168); //初始化延时函数 
uart_init(115200);//初始化串口波特率为 115200
TIM14_PWM_Init(500-1,84-1); 
//>>84M/84=1Mhz 的计数频率计数到 500,频率为 1M/500=2Khz 
TIM5_CH1_Cap_Init(0XFFFFFFFF,84-1);//>>以 84M/84=1Mhz 的频率计数 
while(1) 
{ 
delay_ms(100);
//>>得到脉冲计数 
printf("PWM CNT:%d 
", TIM5CH1_CAPTURE_VAL);//>>打印脉冲计数
} 
}

 

该main函数是在PWM实验的基础上修改来的，我们保留了PWM输出，同时通过设置TIM5_Cap_Init(0XFFFFFFFF,84-1)，将TIM5_CH1的捕获计数器设计为1us计数一次，并设置重装载值为最大以达到不让定时器溢出的作用（溢出时间为2^32-1us）,所以我们的捕获时间精度为1us。每隔100ms打印一次脉冲计数值。至此，我们的软件设计就完成了。

 

 

　　审核编辑：汤梓红