速通蓝桥杯嵌入式省一教程：（七）定时器输入捕获中断与PWM频率占空比测量

前文已经讲述过定时器的两个用法：基本定时中断与PWM输出。本节接着介绍第三种用法：定时器输入捕获中断。

在此之前，需要解释一下前文一直出现过的与定时器有关的概念。

定时器(TIMER)：所谓定时器，其基本功能就是定时，我们可以通过设置定时器的频率也就是周期，来帮助我们完成定时功能。

预分配系数(Prescaler)：将时钟源的频率进行不同的分频，用于作为定时器的频率。若时钟源的频率为80MHz，预分频系数为80-1，那么得到的定时器频率就是80,000,000/80=1MHz，周期是1us。

计数周期(Counter Period)：当定时器计数若干个周期以后，重置定时器的计数。假设计数周期设置为1000-1，那么当定时器完成1000个周期的计数后（按如上设置，也就是1ms后），定时器的计数值从999重置为0，重新开始计数。定时器中断的原理就是当计数值到达设定的计数周期后产生中断。计数周期又叫重装载值(AutoReload)。

比较值（Compare）：在正脉冲输出模式下，若设置比较值为100，那么当计数值处于0~99时，端口输出高电平；当计数值处于100~999时，端口输出低电平，得到的效果就是前100us输出高电平，后900us输出低电平，产生一个频率为1kHz，占空比为10%的PWM波。在Cube中，比较值又称为Pulse。

在掌握了这几个概念之后，大家在阅读前几节时对定时器的疑问应该就可以尽数消除。这也就是定时器频率计算公式与PWM频率、占空比计算公式的由来。

所谓定时器输入捕获中断，就是将定时器的某个通道设置为直接输入捕获模式以后，将外部信号接到该通道所在引脚上，当外部信号满足一定条件（如边沿跳变）时，就会触发中断。因此，若我们设置在外部信号发生上升沿跳变时触发中断，在中断程序中读取定时器的计数值后手动将其清零，那么通过所得计数值，结合预先设置好的时钟源频率与预分频系数，就能通过公式计算得到输入信号的频率了。

下面我们就来看看如何测量输入到PA7引脚的信号频率。首先用Cube进行定时器的配置。

 可见PA7引脚同时作为多个定时器的通道，在这里我们选择TIM3的CH2通道。

 

同样，为了提高测量频率的精度，我们将预分频系数设置得尽可能小，计数周期设置得尽可能大。随后，打开定时器中断开关。

这样，我们就完成了在Cube中的设置。

与定时器中断类似，在程序初始化时，需要先开启定时器输入捕获中断：

HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim3, TIM_CHANNEL_2);   //开启TIM3CH2的输入捕获(IC(Input Capture))中断

然后编写定时器输入捕获中断函数，同样要注意函数名和形参均不能改动！！！可参照下图查找：

uint16_t prescaler = 1-1;
uint32_t ccl_value;
uint32_t pa7_frq;void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)    //定时器输入捕获回调函数
{if (htim->Instance==TIM3 && htim->Channel==HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_2) //TIM3CH2触发的中断{ccl_value = HAL_TIM_ReadCaptureValue(htim, TIM_CHANNEL_2);    //读取捕获值（计数值）__HAL_TIM_SetCounter(&htim3, 0);                              //重置计数值pa7_frq = 80000000/((prescaler+1)*ccl_value);                 //根据公式计算频率HAL_TIM_IC_Start(htim, TIM_CHANNEL_2);                        //重新开启输入捕获}
}

在这里，我们用到了HAL_TIM_ReadCaptrueValue来读取当前捕获的计数值，其定义如下：

/*** @brief  Read the captured value from Capture Compare unit* @param  htim TIM handle.* @param  Channel TIM Channels to be enabled*          This parameter can be one of the following values:*            @arg TIM_CHANNEL_1: TIM Channel 1 selected*            @arg TIM_CHANNEL_2: TIM Channel 2 selected*            @arg TIM_CHANNEL_3: TIM Channel 3 selected*            @arg TIM_CHANNEL_4: TIM Channel 4 selected* @retval Captured value*/
uint32_t HAL_TIM_ReadCapturedValue(TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t Channel)

若要测量占空比，则需要在测量频率的基础上，使用另一个通道作为间接输入，并设置为下降沿捕获。这样一来，每当上升沿捕获中断触发，定时器计数清零后，到达第一个下降沿处，间接输入捕获通道捕获从上升沿到下降沿之间的计数值ccl_value_1；到达第二个上升沿处，直接输入捕获通道捕获从上升沿到上升沿之间的计数值ccl_value_2，于是占空比就等于ccl_value_1/ccl_value_2。

在这里我们选择Channel1作为间接输入捕获通道，在Cube中的设置如下：

更改代码如下：

uint16_t prescaler = 1-1;
uint32_t ccl_value_1, ccl_value_2;
uint32_t pa7_frq;
float pa7_duty;void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)    //定时器输入捕获回调函数
{if (htim->Instance==TIM3 && htim->Channel==HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_2) //TIM3CH2触发的中断{ccl_value_1 = HAL_TIM_ReadCaptureValue(htim, TIM_CHANNEL_1);  //间接ccl_value_2 = HAL_TIM_ReadCaptureValue(htim, TIM_CHANNEL_2);  //直接__HAL_TIM_SetCounter(&htim3, 0);                              //重置计数值pa7_frq = 80000000/((prescaler+1)*ccl_value);                 //根据公式计算频率pa7_duty = float(ccl_value_1/ccl_value_2);                    //计算占空比HAL_TIM_IC_Start(htim, TIM_CHANNEL_1);                        //重新开启间接输入捕获HAL_TIM_IC_Start(htim, TIM_CHANNEL_2);                        //重新开启直接输入捕获}
}

下面我们通过第十四届省赛题来总结本节所讲内容：

/* 以下代码添加到task.c中 */#define PI 3.14uint16_t prescaler = 1-1;
uint32_t ccl_value;
uint32_t pa7_frq;/* 测量频率 */
void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{if (htim->Instance==TIM3 && htim->Channel==HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_2){ccl_value = HAL_TIM_ReadCaptureValue(htim, TIM_CHANNEL_2);__HAL_TIM_SetCounter(&htim3, 0);pa7_frq = 80000000/((prescaler+1)*ccl_value);V = (pa7_frq*2*PI*R)/(100*K);HAL_TIM_IC_Start(htim, TIM_CHANNEL_2);}
}