STM32F1xx官方資料：

《STM32中文參考手冊V10》-第14章  通用定時器

通用定時器輸入捕獲概述

輸入捕獲的工作原理

在通用定時器框圖中，主要涉及到最頂上的一部分（計數(shù)時鐘的選擇）、中間部分（時基單元）、左下部分（輸入捕獲）這三個部分。這里主要講解一下左下部分（輸入捕獲），其他兩個部分可以參考文章：【STM32】通用定時器的基本原理（實例：定時器中斷）。

輸入捕獲模式可以用來測量脈沖寬度或者測量頻率。STM32的定時器，除了TIM6、TIM7，其他的定時器都有輸入捕獲的功能。下面以一個簡單的脈沖輸入為例，簡單地講述一下輸入捕獲用于測量脈沖寬度的工作原理：

先設(shè)置輸入捕獲為上升沿檢測，記錄發(fā)生上升沿時TIMx_CNT的值。然后配置捕獲信號為下降沿捕獲，當(dāng)下降沿到來的時候發(fā)生捕獲，并記錄此時的TIMx_CNT的值。這樣，前后兩次TIMx_CNT的值之差就是高電平的脈寬。同時根據(jù)TIM的計數(shù)頻率，我們就能知道高電平脈寬的準(zhǔn)確時間。

輸入捕獲的通道概覽

每一個捕獲/比較通道都是圍繞著一個捕獲/比較寄存器（包含影子寄存器），包括捕獲的輸入部分（數(shù)字濾波、多路復(fù)用和預(yù)分頻器），和輸出部分（比較器和輸出控制）。

捕獲/比較模塊由一個預(yù)裝載寄存器和一個影子寄存器組成。讀寫過程僅操作預(yù)裝載寄存器。

在捕獲模式下，捕獲發(fā)生在影子寄存器上，然后再復(fù)制到預(yù)裝載寄存器中。 

在比較模式下，預(yù)裝載寄存器的內(nèi)容被復(fù)制到影子寄存器中，然后影子寄存器的內(nèi)容和計數(shù)器進行比較。

輸入部分對相應(yīng)的TIx輸入信號采樣，并產(chǎn)生一個濾波后的信號TIxF。然后，一個帶極性選擇的邊緣檢測器產(chǎn)生一個信號（TIxFPx），它可以作為從模式控制器的輸入觸發(fā)或者作為捕獲控制。該信號通過預(yù)分頻進入捕獲寄存器（ICxPS）。

一句話總結(jié)工作過程：通過檢測TIMx_CHx通道上的邊沿信號，在邊沿信號發(fā)生跳變（比如上升沿/下降沿）的時候，將當(dāng)前定時器的值（TIMx_CNT）存放到對應(yīng)的捕獲/比較寄存器（TIMx_CCRx）里面，完成一次捕獲。同時，還可以配置捕獲時是否觸發(fā)中斷/DMA等。

輸入捕獲的工作過程

將輸入捕獲的通道圖進行分解，分解成四個部分，下面對這四個部分進行分析來了解輸入捕獲的工作過程：

設(shè)置輸入捕獲濾波器

輸入捕獲濾波器IC1F[3:0]，這個用于設(shè)置采樣頻率和數(shù)字濾波器長度。其中：fCK_INT是定時器的輸入頻率，fDTS是根據(jù)TIMx_CR1的CKD[1:0]的設(shè)置來確定的。

這里濾波器的作用是什么意思呢？數(shù)字濾波器由一個事件計數(shù)器組成，它記錄到N個事件后會產(chǎn)生一個輸出的跳變。也就是說連續(xù)N次采樣，如果都是高電平，則說明這是一個有效的觸發(fā)，就會進入輸入捕捉中斷（如果設(shè)置了的話）。這樣就可以濾除那些高電平脈寬低于8個采樣周期的脈沖信號，從而達到濾波的作用。

設(shè)置輸入捕捉極性

這里是設(shè)置捕捉事件是發(fā)生在上升沿還是下降沿。

設(shè)置輸入捕獲映射關(guān)系

由于我們只顯示了一路通道的通道圖，如果在幾條通路的情況下：

在TIMx_CH1和TIMx_CH2兩條通道的情況下，我們可以看出除了TIMx_CH1捕捉到的信號可以連接到IC1，TIMx_CH2捕捉到的信號可以連接到IC2之外，TIMx_CH1捕捉到的信號也可以連接到IC2，TIMx_CH2捕捉到的信號也可以連接到IC1。

一般情況下，我們設(shè)置成TIMx_CH1捕捉到的信號可以連接到IC1，TIMx_CH2捕捉到的信號可以連接到IC2。

設(shè)置輸入捕獲分頻器

這里設(shè)置的是每N個事件觸發(fā)一次捕捉。也就是說，我們可以設(shè)置成，每2次上升沿事件觸發(fā)一次捕捉。

輸入捕獲相關(guān)配置寄存器

捕獲/比較模式寄存器1（TIMx_CCMR1）

作用：在輸入捕獲模式下，確定數(shù)字濾波器、通道映射、預(yù)分頻系數(shù)。

捕獲/比較使能寄存器（TIMx_CCER）

作用：在輸入捕獲模式下，確定捕捉極性和捕捉使能。

捕獲/比較寄存器1（TIMx_CCR1）

作用：在輸入捕獲模式下，確定上一次輸入捕捉事件傳輸?shù)挠嫈?shù)值。

輸入捕獲相關(guān)配置庫函數(shù)

1個輸入初始化函數(shù)

void TIM_ICInit(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_ICInitTypeDef* TIM_ICInitStruct);

作用：初始化捕獲通道、濾波器、捕獲極性、映射關(guān)系、分頻系數(shù)等參數(shù)。

注意：由于輸出初始化函數(shù)將所有的4個通道的函數(shù)分開各自定義了一個函數(shù)，而輸入初始化函數(shù)并沒有這么做。所以在輸入初始化函數(shù)中，需要指定捕獲通道。

1個參數(shù)獲取函數(shù)

uint16_t TIM_GetCapture1(TIM_TypeDef* TIMx);

uint16_t TIM_GetCapture2(TIM_TypeDef* TIMx);

uint16_t TIM_GetCapture3(TIM_TypeDef* TIMx);

uint16_t TIM_GetCapture4(TIM_TypeDef* TIMx);

作用：在四個通道中選擇一個，確定上一次輸入捕捉事件傳輸?shù)挠嫈?shù)值。

1個參數(shù)設(shè)置函數(shù)

void TIM_OC1PolarityConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCPolarity);

void TIM_OC2PolarityConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCPolarity);

void TIM_OC3PolarityConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCPolarity);

void TIM_OC4PolarityConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCPolarity);

作用：在四個通道中選擇一個，設(shè)置通道極性。通常在初始化函數(shù)中已經(jīng)設(shè)置了通道極性，此函數(shù)用于除初始化之外的修改。

輸入捕獲的一般步驟

實例要求：使用TIM5的通道1（PA0）來作為輸入捕獲，捕獲PA0上高電平的脈寬（用WK_UP按鍵輸入高電平），通過串口打印高電平脈沖時間。

初始化定時器和通道對應(yīng)IO的時鐘；

初始化IO口，模式為輸入。調(diào)用函數(shù)：GPIO_Init()；

初始化定時器ARR，PSC。調(diào)用函數(shù)：TIM_TimeBaseInit()；

初始化輸入捕獲通道。調(diào)用函數(shù)：TIM_ICInit()；

如果要開啟捕獲中斷。調(diào)用函數(shù)：TIM_ITConfig()；NVIC_Init()；

使能定時器。調(diào)用函數(shù)：TIM_Cmd()；

編寫中斷服務(wù)函數(shù)。調(diào)用函數(shù)：TIMx_IRQHandler()。

下面按照這個一般步驟來進行一個簡單的輸入捕獲程序：

//定時器5通道1輸入捕獲配置

TIM_ICInitTypeDef  TIM5_ICInitStructure;

void TIM5_Cap_Init(u16 arr,u16 psc)

{  

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;

    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM5, ENABLE); //使能TIM5時鐘

  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);  //使能GPIOA時鐘

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin  = GPIO_Pin_0;  //PA0 清除之前設(shè)置  

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD; //PA0 輸入  

GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0); //PA0 下拉

//初始化定時器5 TIM5  

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //設(shè)定計數(shù)器自動重裝值 

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //預(yù)分頻器   

TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //設(shè)置時鐘分割:TDTS = Tck_tim

TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上計數(shù)模式

TIM_TimeBaseInit(TIM5, &TIM_TimeBaseStructure); //根據(jù)TIM_TimeBaseInitStruct中指定的參數(shù)初始化TIMx的時間基數(shù)單位

//初始化TIM5輸入捕獲參數(shù)

TIM5_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1; //CC1S=01 選擇輸入端 IC1映射到TI1上

  TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising; //上升沿捕獲

  TIM5_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI; //映射到TI1上

  TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1; //配置輸入分頻,不分頻 

  TIM5_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x00;//IC1F=0000 配置輸入濾波器 不濾波

  TIM_ICInit(TIM5, &TIM5_ICInitStructure);

//中斷分組初始化

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM5_IRQn;  //TIM3中斷

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;  //先占優(yōu)先級2級

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;  //從優(yōu)先級0級

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道被使能

NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  //根據(jù)NVIC_InitStruct中指定的參數(shù)初始化外設(shè)NVIC寄存器 

TIM_ITConfig(TIM5,TIM_IT_Update|TIM_IT_CC1,ENABLE);//允許更新中斷 ,允許CC1IE捕獲中斷

    TIM_Cmd(TIM5,ENABLE ); //使能定時器5

}

u8  TIM5CH1_CAPTURE_STA=0; //輸入捕獲狀態(tài)    

u16 TIM5CH1_CAPTURE_VAL; //輸入捕獲值

//定時器5中斷服務(wù)程序  

void TIM5_IRQHandler(void)

{ 

  if((TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X80)==0)//還未成功捕獲

{   

if (TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_Update) != RESET)

{     

if(TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X40)//已經(jīng)捕獲到高電平了

{

if((TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X3F)==0X3F)//高電平太長了

{

TIM5CH1_CAPTURE_STA|=0X80;//標(biāo)記成功捕獲了一次

TIM5CH1_CAPTURE_VAL=0XFFFF;

}else TIM5CH1_CAPTURE_STA++;

}  

}

if (TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_CC1) != RESET)//捕獲1發(fā)生捕獲事件

{

if(TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X40) //捕獲到一個下降沿

{  

TIM5CH1_CAPTURE_STA|=0X80; //標(biāo)記成功捕獲到一次高電平脈寬

TIM5CH1_CAPTURE_VAL=TIM_GetCapture1(TIM5);

    TIM_OC1PolarityConfig(TIM5,TIM_ICPolarity_Rising); //CC1P=0 設(shè)置為上升沿捕獲

}else  //還未開始,第一次捕獲上升沿

{

TIM5CH1_CAPTURE_STA=0; //清空

TIM5CH1_CAPTURE_VAL=0;

TIM_SetCounter(TIM5,0);

TIM5CH1_CAPTURE_STA|=0X40; //標(biāo)記捕獲到了上升沿

    TIM_OC1PolarityConfig(TIM5,TIM_ICPolarity_Falling); //CC1P=1 設(shè)置為下降沿捕獲

}     

}              

  }

    TIM_ClearITPendingBit(TIM5, TIM_IT_CC1|TIM_IT_Update); //清除中斷標(biāo)志位

}

extern u8  TIM5CH1_CAPTURE_STA; //輸入捕獲狀態(tài)    

extern u16 TIM5CH1_CAPTURE_VAL; //輸入捕獲值

 int main(void)

 {

  u32 temp=0; 

delay_init();     //延時函數(shù)初始化   

NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //設(shè)置NVIC中斷分組2:2位搶占優(yōu)先級，2位響應(yīng)優(yōu)先級

uart_init(115200); //串口初始化為115200

  TIM5_Cap_Init(0XFFFF,72-1); //以1Mhz的頻率計數(shù) 

    while(1)

{

  delay_ms(10);

  if(TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X80)//成功捕獲到了一次上升沿

{

temp=TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X3F;

temp*=65536;//溢出時間總和

temp+=TIM5CH1_CAPTURE_VAL;//得到總的高電平時間

printf("HIGH:%d us\r\n",temp);//打印總的高點平時間

TIM5CH1_CAPTURE_STA=0;//開啟下一次捕獲

}

}

 }

代碼邏輯

這里關(guān)于輸入捕獲的初始化部分比較簡單，對照著一般步驟來就行了。但是在中斷處理函數(shù)TIM5_IRQHandler()部分就有所難度了，為什么會比較復(fù)雜呢？

由于我們進行輸入捕獲，一旦捕捉到了上升沿，就設(shè)置計數(shù)器當(dāng)前值為0，讓它從0開始重新計數(shù)：

TIM_SetCounter(TIM5,0);

但是如果脈沖的長度過于寬了，也就是說，從0開始計數(shù)到自動重加載值一個循環(huán)結(jié)束了，脈沖還是沒有結(jié)束。這個情況下，顯而易見不能只記錄一下最后的計數(shù)器當(dāng)前值。

解決這個問題的辦法：

設(shè)置一個變量TIM5CH1_CAPTURE_STA，bit5-0為捕捉高電平后定時器溢出的次數(shù)，bit6為捕捉到高電平標(biāo)志，bit7為捕獲完場標(biāo)志。

同時設(shè)置兩個中斷（更新中斷和捕獲中斷）：

TIM_ITConfig(TIM5,TIM_IT_Update|TIM_IT_CC1,ENABLE);//允許更新中斷 ,允許CC1IE捕獲中斷

在中斷處理函數(shù)中，先判斷是否捕獲成功，如果捕獲成功了，說明是在脈沖低電平的階段，什么都不需要做；如果捕獲沒有成功，說明是在脈沖高電平的階段，就需要繼續(xù)判斷中斷類型，然后再分別進行處理。在更新中斷中，表示此時脈沖長度過長，TIM5CH1_CAPTURE_STA加1。在捕獲中斷中，判斷捕捉到的是否為上升沿，如果是，計數(shù)器當(dāng)前值清零，TIM5CH1_CAPTURE_STA清零，同時標(biāo)記標(biāo)志，設(shè)置極性下降沿捕捉；如果不是，標(biāo)記捕獲完成，保存當(dāng)前計數(shù)器的值，設(shè)置極性上升沿捕獲。

extern關(guān)鍵字

C語言中，extern可以置于變量或者函數(shù)前，以表示變量或者函數(shù)的定義在別的文件中，提示編譯器遇到此類變量和函數(shù)時在其他模塊中尋找其定義。

注意：對于extern申明變量可以多次，但是定義只有一次。