输入捕获
前言输入捕获的概述框图输入通道部分比较捕获寄存器与事件生成
寄存器编程思路
实际需求配置流程打开对应的时钟配置GPIO为复用模式定时器的时基部分配置定时器输入通道部分配置定时器中断配置
代码：运行效果：需求2测试时序图
选择GPIO实现效果：
总结M4系列目录
前言
上一篇介绍了通用定时器的输出比较部分，这一篇再来介绍一下输入捕获的相关内容。
输入捕获的概述
输入捕获，见名知意，就用来对输入信号进行捕获的，说到捕获输入信号，之前介绍过一个叫做外部中断的片上外设，它的作用也是捕获输入；它们的不同在于，外部中断捕获的只是边沿，而定时器的输入捕获，捕获的是信号的时间信息，可以用来测试脉冲宽度、高电平时间、低电平时间等，还可以利用这个输入捕获的功能来获取一些模块采集的数据，典型代表就是HC-SR04超声波模块。 老规矩还是看看AI对于输入捕获的简介： 上面提到的四个部分都是在配置过程中需要进行编程来实现的， 输入捕获：捕获输入到芯片中的脉冲宽度，捕获的是单个脉冲的宽度 捕获的原理：通过边沿触发捕获 可以通过计算得到：上升沿和下降之间的时间 输出比较：调整脉冲宽度 输入捕获：计算脉冲宽度 捕获一个脉冲的有效时间
框图
对输入捕获有了一个大致的概念后，来看看框图，简易版的框图再上上篇中提到过，那个还看不出具体的配置流程，所以这里再将详细的框图做个分析，和输出比较一样，输入捕获部分的详细框图也很复杂，具体的如下图所示： 这里还是将框图拆分开了看。
输入通道部分
首先来看框图的前半段，输入信号进来后，第一个需要经过的就是数字滤波器，如下图红框中的位置。 该滤波器是通过TIMx_CCMR1的ICF[3:0]位控制的，功能是“每N个事件视为一个有效边沿”，举个栗子来说就是，假设编程了这个N为4，而我们检测的高电平有效，那么就需要四个高电平才会生成一次有效边沿。 具体的控制寄存器描述如下： 需要注意的是，这里的频率分为了两部分，一部分是fck_INT也就是初始化的时钟，另一部分是fDTS，这里的f都是频率的意思，是对应的周期分之一；这里的fdts与fck_int的关系取决于TIMx 控制寄存器 1 (TIMx_CR1)的第八第九位的配置，这里配置的是周期的关系。t=1/f. 经过数字滤波器后，信号需要经过一个边沿计测器，检测对应的上升沿还是下降沿，注意上方或门以及后面的一个向上的箭头都是到从模式控制器的，与输入捕获无关，所以可以忽略。 进一步简化后如下图所示，通道1的输入信号经过边沿检测器后，会有一个数据选择器，这个选择器的控制寄存器是CC1P/CC1NP。 对应的是TIMx_CCER寄存器的第一位与第三位，这里需要特别注意，虽然也是两位进行配合，来控制此处的是上升沿有效、下降沿有效还是双边沿都有效，但是是间隔开的两位，位2是不做配置的，在编写代码的时候需要特别小心。 然后就是后面橙色框内的大的数据选择器，这个选择器是用来选输入信号的，一共三个输入，根据上上篇的简略框图，我们知道这三个输入分别是来自通道一的输入信号、来自通道二的输入信号，以及从模式控制器来的信号；此时配置的是输入捕获，而且为了避免交叉使用通道导致配置出错，后两个输入信号在此处是不考虑的，可以直接不看。也就是说，在配置过程中，需要将TIMx_CCMR1的CC1s的两位配置为“01”——选择通道一作为输入。 最后就是蓝色框内的分频器了，这个分频器的作用于前面的数字滤波器的效果类似，假设配置为2分频，则需要有两个对应事件产生才会生成一个有效边沿。一般都配置为了不分频，检测到一个边沿就进行捕获。他的控制寄存器对应的是TIMx_CCMR1的IC1PSC的两位： 最后还有一个控制器，TIMx_CCER的CC1E控制位，这个想必大家也都猜到了，是使能位的意思，细心的同学可能发现了，上一篇的PWM输出，在输出通道最后也是这个CC1E位做的使能，其实他们使用一个寄存器，只是在不同模式中有着不同的含义。
比较捕获寄存器与事件生成
在输入捕获中，除了上面的通道配置以外还有两个需要配置的，如下图，第一个框内CCR1比较捕获寄存器需要写入对应的比较值，这与PWM模式下的CCR1的写法其实一样。 还有一个是CC1G，这个对应的是TIMx 事件生成寄存器 (TIMx_EGR)的第1位，这里后面是个或门，由于CC1E和IC1PS已经配置了，上面的那个输入是真，所以这一位其实不配置也可以。 至于时基部分，与之前的一样，所以在此就不做赘述了，接下来总结一下具体使用到的寄存器有哪些。
寄存器
1.TIMx 控制寄存器 1 (TIMx_CR1): 写法：TIMx->CR1 位 9:8 CKD：时钟分频 (Clock division) 和滤波器的采样频率有关
2.TIMx 从模式控制寄存器 (TIMx_SMCR) 写法：TIMx->SMCR 时钟源选择
3.TIMx DMA/中断使能寄存器 (TIMx_DIER) 写法：TIMx->DIER 配置更新中断 配置捕获中断
4.TIMx 事件生成寄存器 (TIMx_EGR) 写法：TIMx->EGR 人为生成更新事件
5.TIMx 捕获/比较模式寄存器 1 (TIMx_CCMR1) 写法：TIMx->CCMR1 位 1:0 CC1S：捕获/比较 1 选择 (Capture/Compare 1 selection) 选择输入还是输出 选择输入中的第一个信号源
位 3:2 IC1PSC：输入捕获 1 预分频器 (Input capture 1 prescaler) 配置无预分频
位 7:4 IC1F：输入捕获 1 滤波器 (Input capture 1 filter) 选择对应采样频率 1111
6.TIMx 捕获/比较使能寄存器 (TIMx_CCER) 写法：TIMx->CCER 位 0 CC1E：捕获/比较 1 输出使能 (Capture/Compare 1 output enable)。 使能位
位 1 CC1P：捕获/比较 1 输出极性 (Capture/Compare 1 output Polarity)。 位 3 CC1NP：捕获/比较 1 输出极性 (Capture/Compare 1 output Polarity)。 可读可写 00：上升沿触发 01：下降沿触发 11：双边触发 ----- 通过进入中断的次数来判断
编程思路
根据上面的框图解析以及寄存器介绍，我们可以大致总结出配置为输入捕获是时的代码思路， 伪代码：
输入捕获初始化函数
{
//打开时钟 GPIO TIM5
GPIO控制器配置
//GPIO模式
复用功能寄存器
定时器的时基单元
//更新禁止
//更新请求源
//关闭单脉冲
//方向
//重装载值得影子寄存器
//分频 4分频
//选择时钟源
//预分频器配置
//重装载值配置
//产生更新事件
定时器得输入部分
//选择输入模式 TI1
//输入捕获分频器 无分频器
//采样频率配置 1111
//边沿触发
//使能捕获
中断配置
//更新中断使能
//捕获中断使能
//NVIC控制器
//计数器使能
}
而对应的功能则需要到对应的中断服务函数去进行，中断服务函数的思路如下：
中断服务函数
{
判断位更新中断
{
N++;//记录产生更新事件的次数，依次来计算时间
}
判断为捕获中断
{
判断为上升沿捕获
{
N=0;
或者这时刻得CCR得值
切换下降沿捕获 //flag=1
}
判断为下降沿捕获
{
直接计算整个时间
切换回上升沿捕获 下一次进来还是先捕获上升沿
}
}
}
实际需求
上面总结了输入捕获的编程流程，这里借助两个小需求，来具体编程实现对应的功能。 需求1： 检测开发板上Key_UP的按下时间，并通过串口输出。 需求分析： 首先，要检测按键按下的时间，肯定需要使用到上面的输入捕获功能了，具体怎么实现呢，第一步查看原理图找到KEY_UP按下时的输入信号是什么样子的。 如上图所示，在按键输入的时候使用过这个按键，当时是配置为了下拉，使得空闲状态是低电平，按下按键会产生一个脉冲，我们需要捕获时间长度的就是这个高脉冲的时间。具体的捕获过程应该是：
捕获按下时的高电平，并记录此时的计数值；记录高电平期间产生的更新事件的个数（也就是计数器从0计数到重装载值的循环次数）；记录松手时的计数器的计数值，计算时间：更新事件的次数X重装载值+松手时的计数器值-按下时的计数器值
举个栗子：假设定时器的分频系数是84分频，每秒会计数84M/84=1 000 000次，重装载数是1000；也就是每1ms计数1000次，每一次计数时间等于1us; 此时按键按下时对应的计数值是800，从按下按键到松手期间一共产生了6个更新事件，松手时的计数值为400；则此次按键按下的时间为： TIME = 6*1000+400-800=5600us=5.6ms
配置流程
分析清楚了捕获过程后，我们来看看具体的配置流程，由于定时器是片上外设，捕获按键按下时常需要有GPIO的参与，所以对应的GPIO需要配置为复用模式。前面提到过，通用定时器至少都有两个通道，怎么知道KEY_UP具体的定时器和通道是哪个呢，这就有需要使用到引脚复用表了。通过查询原理图，或者根据经验，KEY_UP的引脚应该是GPIOA0；在引脚复用表中可以看出它对应的是TIM5的CH1。
打开对应的时钟
根据以前的配置经验，第一步应该打开对应的片上外设的时钟，GPIOA的对应的时钟线是AHB1；TIM5对应的时钟线是APB1，然后到对应的编程手册找到对应位，写入1即可，具体的配置请看后面的代码。
配置GPIO为复用模式
打开时钟后，就需要将GPIOA的0号管脚配置为复用模式，且要对照复用表映射到对应的功能，TIM5的CH1，GPIOA0对应的应该是低位的复用功能寄存器的0-3四位，写入AF2对应的0010即可配置为复用TIM5的通道1。
定时器的时基部分配置
紧接着就是定时器的时基部分了，这个也是很熟悉的了，前面配置过多次，需要配置CR1、SMCR、预分频和重装载而且还需要手动操作EGR产生一次更新事件，让数据写入影子寄存器已生效。
定时器输入通道部分配置
再这后就是输入通道的配置了，具体的配置流程参考上面的框图流程，主要配置CCMR1、CCER。
定时器中断配置
这需要使用到两个中断，一个是更新事件的中断，用来记录脉冲的期间内的更新事件个数，还有一个是捕获中断，利用捕获中断来获取对应边沿的计数器值。 再就是中断源使能，优先级配置，最后的最后，一定不要忘记使能计数器。
代码：
/*******************************
函数名：Time5_Interrupt
函数功能：Time5_上升沿捕获
函数形参：u32 arr u16 psc预分频系数
函数返回值：void
备注：
预分频系数 重装载值
********************************/
void Time5_Capture(u16 psc, u32 arr)
{
/*-----------开始时钟使能-----------------------------------------------------------------*/
RCC->AHB1ENR |=(1<<0);//开启GPIOA对应的时钟
RCC->APB1ENR |=(1<<3);//开启TIM5对应的时钟
/*-----------初始化GPIO-----------------------------------------------------------------*/
GPIOA->MODER &=~(3<<0);
GPIOA->MODER |=(1<<1);//GPIOA为复用模式
GPIOA->AFR[0] &=~(0xf<<0);
GPIOA->AFR[0] |=(0X2<<0);//GPIOA复用为TIM5
/*-----------时基配置-----------------------------------------------------------------*/
TIM5->CR1 &=~(0Xf<<1); //更新禁止，更新请求源，关闭单脉冲，向上计数
TIM5->CR1 |=(1<<7); //重装载影子寄存器
TIM5->CR1 &=~(3<<8); //不分频
// TIM5->CR1 |=(2<<8); //四分频
TIM5->SMCR &=~(7<<0); //选择内部时钟
TIM5->PSC = psc-1; //预分频值
TIM5->ARR = arr-1; //重装载值
TIM5->EGR |= (1<<0);//更新事件，写入预分频和重装载值
/*-----------定时器输入部分-----------------------------------------------------------------*/
TIM5->CCMR1 &=~(0X3<<0);//
TIM5->CCMR1 |=(1<<0);//模式选择输入 TI1线
TIM5->CCMR1 &=~(3<<2);//输入捕获无预分频
TIM5->CCMR1 &=~(0XF<<4);
TIM5->CCMR1 |=(0xf<<4);//采样频率为最低1111
TIM5->CCER &=~(1<<1);//上升沿触发
TIM5->CCER &=~(1<<3);//上升沿触发
TIM5->CCER |=(1<<0);//捕获使能
/*-----------中断配置-----------------------------------------------------------------*/
TIM5->DIER |=(1<<0);//更新中断使能
TIM5->DIER |=(1<<1);//捕获中断使能
/*-----------NVIC配置-----------------------------------------------------------------*/
u32 pri=NVIC_EncodePriority(7-2,2,3);
NVIC_SetPriority(TIM5_IRQn,pri);
NVIC_EnableIRQ(TIM5_IRQn);
TIM5->CR1 |=(1<<0);//使能计数器
}
实现功能的中断服务函数：
/*******************************
函数名：TIM5_IRQHandler
函数功能：定时器5中断服务函数函数
函数形参：无
函数返回值：void
备注：
********************************/
void TIM5_IRQHandler(void)
{
static u32 cnt;
static u32 cnt_data;
static u32 timer=0;
if(TIM5->SR & (1<<0))//更新中断
{
TIM5->SR &=~(1<<0);
cnt++;//更新中断的次数
}
if(TIM5->SR &(1<<1))//捕获中断
{
TIM5->SR &=~(1<<1);
if(!(TIM5->CCER&(1<<1)))
{
cnt=0;//让更新中断的次数清零
cnt_data = TIM5->CCR1;//获取当前值
TIM5->CCER |=(1<<1);//下降升沿触发
}
else if(TIM5->CCER & (1<<1))
{
timer =cnt*1000-cnt_data+TIM5->CCR1;
if(timer/1000>30)//将抖动的误触发舍弃
{
printf("按键按下时间为%d\r\n",timer/1000);//单位是MS
}
TIM5->CCER &=~(1<<1);//上降升沿触发
}
}
}
运行效果：
需求2
利用HC-SR04实现超声波测距。 需求分析： 这里使用到了超声波模块，首先一定要看看他对应的手册，如下图，简介里面我们需要注意的描述，一个是测量周期，最低最低50ms，也就是说，采集一次后最低要给它50ms的休息时间才可以开始下一次采集，然后就是说它支持UART、IIC、单总线的协议，但是需要修改对应的电阻，这里我们不改，就用它最原始的通信方式。
测试时序图
在手册的后面有一个GPIO模式的时序图，这里就告诉了我们测距流程，中间红色框的那一条线是模块内部的，不需要我们操作，也就是说，要驱动这个模块，我们需要使用到的就是两个脚一个触发信号一个输出响应信号。 注意距离的计算是根据模块输出的高电平脉冲信号的时间T来计算的，说白了就是采集超声波模块输出的高电平时间，利用这个时间与音速的关系就可计算出对应的距离。高电平时间的采集与上一个需求中的按键按下时间是一样的。 只是在这个模块需要我们提供一个触发信号后才会输出对应的脉冲，刚刚的按键是按下就会有对应的脉冲。
选择GPIO
这个模块由于是外接，所以可以由我们自己选择管脚来实现，其中需要一个GPIO配置为通用推挽输出为Trlg提供触发信号；还需要一个具有定时器捕获通道GPIO来采集超声波模块Echo脉冲输出脚的脉冲持续的时间。 还是打开引脚复用表进行查询， 这里笔者选用了PD12作为输入捕获，为了方便，选择了PD13作为脉冲触发信号。 具体的配置代码如下：
#include "Ultrasonic.h"
/*******************************************
*函数名 :Ult_Init
*函数功能 :超声波初始化函数
*函数参数 :void
*函数返回值:无
*函数描述 :
PD12-------检测电平时间
PD13-------发送起始信号通用模式
*********************************************/
void Ult_Init(void)
{
Time4_Capture(84,1000);//定时器4的输入捕获(用于超声波检测)
GPIOD->MODER &=~(3<<26);
GPIOD->MODER |=(1<<26);//GPIOD13为通用模式
/*端口输出推挽模式*/
GPIOD->OTYPER &= ~(1<<13);
/*端口输出速度2MHz*/
GPIOD->OSPEEDR &= ~(1<<26);//清零OSPEEDR
GPIOD->PUPDR &= ~(1<<26);//默认无上下拉
/* 端口输出寄存器*/
GPIOD->ODR &=~(1<<13);//置零拉低
}
/*******************************
函数名：Time4_Interrupt
函数功能：Time4_上升沿捕获
函数形参：u16 arr u16 psc预分频系数
函数返回值：void
备注：
预分频系数 重装载值
********************************/
void Time4_Capture(u16 psc, u16 arr)
{
/*-----------开始时钟使能-----------------------------------------------------------------*/
RCC->AHB1ENR |=(1<<3);//开启GPIOD对应的时钟
RCC->APB1ENR |=(1<<2);//开启TIM4对应的时钟
/*-----------初始化GPIO-----------------------------------------------------------------*/
GPIOD->MODER &=~(3<<24);
GPIOD->MODER |=(1<<25);//GPIOD12为复用模式
GPIOD->AFR[1] &=~(0xf<<16);
GPIOD->AFR[1] |=(0X2<<16);//GPIOD12复用为TIM4
/*-----------时基配置-----------------------------------------------------------------*/
TIM4->CR1 &=~(0Xf<<1); //更新禁止，更新请求源，关闭单脉冲，向上计数
TIM4->CR1 |=(1<<7); //重装载影子寄存器
TIM4->CR1 &=~(3<<8); //不分频
// TIM5->CR1 |=(2<<8); //四分频
TIM4->SMCR &=~(7<<0); //选择内部时钟
TIM4->PSC = psc-1; //预分频值
TIM4->ARR = arr-1; //重装载值
TIM4->EGR |= (1<<0);//更新事件，写入预分频和重装载值
/*-----------定时器输入部分-----------------------------------------------------------------*/
TIM4->CCMR1 &=~(0X3<<0);//
TIM4->CCMR1 |=(1<<0);//模式选择输入 TI1线
TIM4->CCMR1 &=~(3<<2);//输入捕获无预分频
TIM4->CCMR1 &=~(0XF<<4);
TIM4->CCMR1 |=(0xf<<4);//采样频率为最低1111 84 000 000/32/8
TIM4->CCER &=~ (1<<1);//上升沿触发
TIM4->CCER &=~ (1<<3);//上升沿触发
TIM4->CCER |=(1<<0);//捕获使能
/*-----------中断配置-----------------------------------------------------------------*/
TIM4->DIER |=(1<<0);//更新中断使能
TIM4->DIER |=(1<<1);//捕获中断使能
/*-----------NVIC配置-----------------------------------------------------------------*/
u32 pri=NVIC_EncodePriority(7-2,2,3);
NVIC_SetPriority(TIM4_IRQn,pri);
NVIC_EnableIRQ(TIM4_IRQn);
TIM4->CR1 |=(1<<0);//使能计数器
}
//头文件
#ifndef _ULTRASONIC_H
#define _ULTRASONIC_H
#include "stm32f4xx.h"
#define TRIG_OFF GPIOD->ODR &=~(1<<13);//置零拉低对应端口
#define TRIG_ON GPIOD->ODR |= (1<<13);//置1拉高对应端口
void Ult_Init(void);
void Time4_Capture(u16 psc, u16 arr);
#endif
主函数中产生触发信号：每隔50ms产生一次触发信号。 中断服务函数实现功能：
/*******************************
函数名：TIM4_IRQHandler
函数功能：定时器4中断服务函数函数
函数形参：无
函数返回值：void
备注：
********************************/
void TIM4_IRQHandler(void)
{
static u32 cnt;
static u32 cnt_data;
static float timer=0;
if(TIM4->SR & (1<<0))//更新中断
{
TIM4->SR &=~(1<<0);
cnt++;//更新中断的次数
}
if(TIM4->SR &(1<<1))//捕获中断
{
TIM4->SR &=~(1<<1);
if(!(TIM4->CCER&(1<<1)))
{
cnt=0;//让更新中断的次数清零
cnt_data = TIM4->CCR1;//获取当前值
TIM4->CCER |=(1<<1);//下降沿触发
}
else if(TIM4->CCER & (1<<1))
{
timer =cnt*1000-cnt_data+TIM4->CCR1;
printf("物体的距离为：%.2fcm\r\n",timer/58.0f);
TIM4->CCER &=~(1<<1);//上升沿触发
}
}
}
实现效果：
总结
关于定时器输入捕获与输出比较的介绍就记录到这，从这开始，配置都会比之前的复杂，写起来也会比较麻烦，所以更新速度会变慢，大家谅解，然后就是文中如有不足欢迎批评指正。
M4系列目录
1.嵌入式学习笔记——概述 2.嵌入式学习笔记——基于Cortex-M的单片机介绍 3.嵌入式学习笔记——STM32单片机开发前的准备 4.嵌入式学习笔记——STM32硬件基础知识 5.嵌入式学习笔记——认识STM32的 GPIO口 6.嵌入式学习笔记——使用寄存器编程操作GPIO 7.嵌入式学习笔记——寄存器实现控制LED小灯 8.嵌入式学习笔记——使用寄存器编程实现按键输入功能 9.嵌入式学习笔记——STM32的USART通信概述 10.嵌入式学习笔记——STM32的USART相关寄存器介绍及其配置 11.嵌入式学习笔记——STM32的USART收发字符串及串口中断 12.嵌入式学习笔记——STM32的中断控制体系 13.嵌入式学习笔记——STM32寄存器编程实现外部中断 14.嵌入式学习笔记——STM32的时钟树 15.嵌入式学习笔记——SysTick(系统滴答) 16.嵌入式学习笔记——M4的基本定时器 17.嵌入式学习笔记——通用定时器 18.嵌入式学习笔记——PWM与输入捕获（上） 19.嵌入式学习笔记——PWM与输入捕获（下） 20.嵌入式学习笔记——ADC模数转换器 21.嵌入式学习笔记——DMA 22.嵌入式学习笔记——SPI通信 23.嵌入式学习笔记——SPI通信的应用 24嵌入式学习笔记——IIC通信
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