CKS32F4xx系列產(chǎn)品Timer的基本使用方法-定時器脈沖計數(shù)

上一章我們介紹了CKS32F4的通用定時器定時操作的使用方法，這一章我們將向大家介紹通用定時器作為定時器脈沖計數(shù)的使用。在本章中，我們將用TIM5的通道1（PA0）來做輸入捕獲，捕獲PA0上的脈沖。

輸入捕獲簡介

輸入捕獲模式可以用來測量脈沖寬度或者脈沖計數(shù)，我們簡單說明脈沖計數(shù)的原理,測量方法如下：首先設(shè)置定時器通道x為上升沿捕獲，在通道有脈沖觸發(fā)時，定時器進入捕獲中斷，我們可以在中斷中完成一次計數(shù)的累加，當(dāng)一個計數(shù)周期結(jié)束后，得到的累加值就是脈沖計數(shù)值。

CKS32F4的定時器，除了TIM6和TIM7，其他定時器都有輸入捕獲功能。CKS32F4的輸入捕獲，簡單的說就是通過檢測TIMx_CHx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)的通道的捕獲/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。

本章我們用到TIM5_CH1來實現(xiàn)脈沖計數(shù)。

輸入捕獲操作

接下來，我們介紹我們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接下來我們介紹這幾個寄存器的配置。

首先TIMx_ARR和TIMx_PSC，這兩個寄存器用來設(shè)自動重裝載值和TIMx的時鐘分頻，對于TIMx_AR，如圖1所示：一定要注意當(dāng)自動裝載的值為空時，計數(shù)器不工作。

圖1

對于TIMx_PSC，如圖2所示,利用這個寄存器和RCC的預(yù)分頻寄存器配合，我們可以得到幾微妙到幾毫秒的計數(shù)周期。

圖2

再來看看捕獲/比較模式寄存器1：TIMx_CCMR1，這個寄存器在輸入捕獲的時候，非常有用，該寄存器的各位描述如圖3所示：

圖3TIMx_CCMR1寄存器各位描

當(dāng)在輸入捕獲模式下使用的時候，對應(yīng)圖3的第二行描述，從圖中可以看出，TIMx_CCMR1明顯是針對2個通道的配置，低八位[7：0]用于捕獲/比較通道1的控制，而高八位[15：8]則用于捕獲/比較通道2的控制，因為TIMx還有CCMR2這個寄存器，所以可以知道CCMR2是用來控制通道3和通道4，這里我們用到的是TIM5的捕獲/比較通道1，我們重點介紹TIMx_CCMR1的[7:0]位（其高8位配置類似），TIMx_CCMR1的[7:0]位詳細描述見圖4所示：

圖4 TIMx_CCMR1[7:0]位詳細描述

其中CC1S[1:0]，這兩個位用于CCR1的通道配置，這里我們設(shè)置IC1S[1:0]=01，也就是配置IC1映射在TI1上，即CC1對應(yīng)TIMx_CH1。輸入捕獲1預(yù)分頻器IC1PSC[1:0]，這個比較好理解。我們是1次邊沿就觸發(fā)1次捕獲，所以選擇00就是了。輸入捕獲1濾波器IC1F[3:0]，這個用來設(shè)置輸入采樣頻率和數(shù)字濾波器長度。其中，fCK_INT是定時器的輸入頻率（TIMxCLK），一般為84Mhz/168Mhz，而fDTS則是根據(jù)TIMx_CR1的CKD[1:0]的設(shè)置來確定的，如果CKD[1:0]設(shè)置為00，那么fDTS=fCK_INT,N值就是濾波長度，舉個簡單的例子：假設(shè)IC1F[3:0]=0011，并設(shè)置IC1映射到通道1上，且為上升沿觸發(fā)，那么在捕獲到上升沿的時候，再以fCK_INT的頻率，連續(xù)采樣到8次通道1的電平，如果都是高電平，則說明確是一個有效的觸發(fā)，就會觸發(fā)輸入捕獲中斷（如果開啟了的話）。

這樣可以濾除那些高電平脈寬低于8個采樣周期的脈沖信號，從而達到濾波的效果。這里，我們不做濾波處理，所以設(shè)置IC1F[3:0]=0000，只要采集到上升沿，就觸發(fā)捕獲。再來看看捕獲/比較使能寄存器：TIMx_CCER，本章我們要用到這個寄存器的最低2位，CC1E和CC1P位。這兩個位的描述如圖5所示：

圖5 TIMx_CCER最低2位描述

所以，要使能輸入捕獲，必須設(shè)置CC1E=1，而CC1P則根據(jù)自己的需要來配置。接下來我們再看看中斷使能寄存器：TIMx_DIER，該寄存器的各位描述見圖6：

圖6TIMx_DIER寄存器各位描述

本章，我們需要用到中斷來處理捕獲數(shù)據(jù)，所以必須開啟通道1的捕獲比較中斷，即CC1IE設(shè)置為1。控制寄存器：TIMx_CR1，我們只用到了它的最低位，也就是用來使能定時器的，這里前面兩章都有介紹，請大家參考前面的章節(jié)。最后再來看看捕獲/比較寄存器TIMx_CCR1，該寄存器用來存儲捕獲發(fā)生時，TIMx_CNT的值，我們從TIMx_CCR1就可以讀出通道1捕獲發(fā)生時刻的TIMx_CNT值，至此，我們把本章要用的幾個相關(guān)寄存器都介紹完了，本章要實現(xiàn)通過輸入捕獲，來計量TIM5_CH1(PA0)上面的脈沖數(shù)量，下面我們介紹庫函數(shù)配置上述功能輸入捕獲的步驟：

1）開啟TIM5時鐘，配置PA0為復(fù)用功能（AF2），并開啟下拉電阻

要使用TIM5，我們必須先開啟TIM5的時鐘。同時我們要捕獲TIM5_CH1上面的高電平脈寬，所以先配置PA0為帶下拉的復(fù)用功能，同時，為了讓PA0的復(fù)用功能選擇連接到TIM5，所以設(shè)置PA0的復(fù)用功能為AF2，即連接到TIM5上面。開啟TIM5時鐘的方法為：

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

當(dāng)然，這里我們也要開啟PA0對應(yīng)的GPIO的時鐘。配置PA0為復(fù)用功能，所以我們首先要設(shè)置PA0引腳映射AF2，方法為：

br

最后，我們還要初始化GPIO的模式為復(fù)用功能，同時這里我們還要設(shè)置為開啟下拉。方法為：

typedefstructGPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0;//GPIOA0
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF;//復(fù)用功能
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_100MHz;
//速度100MHz
GPIO_InitStructure.GPIO_OType=GPIO_OType_PP;//推挽復(fù)用輸出
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd=GPIO_PuPd_DOWN;//下拉
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);//初始化PA0

跟上一講PWM輸出類似，這里我們使用的是定時器5的通道1，所以我們從CKS32F4對應(yīng)的數(shù)據(jù)手冊可以查看到對應(yīng)的IO口為PA0:

2）初始化TIM5,設(shè)置TIM5的ARR和PSC

在開啟了TIM5的時鐘之后，我們要設(shè)置ARR和PSC兩個寄存器的值來設(shè)置輸入捕獲的自動重裝載值和計數(shù)頻率。這在庫函數(shù)中是通過TIM_TimeBaseInit函數(shù)實現(xiàn)的，在上面章節(jié)已經(jīng)講解過，這里不重復(fù)講解。

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler=psc;//定時器分頻
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;//向上計數(shù)模式
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=arr;//自動重裝載值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;
TIM_TimeBaseInit(TIM5,&TIM_TimeBaseStructure);//初始化TIM5

3）設(shè)置TIM5的輸入捕獲參數(shù)，開啟輸入捕獲

TIM5_CCMR1寄存器控制著輸入捕獲1和2的模式，包括映射關(guān)系，濾波和分頻等。這里我們需要設(shè)置通道1為輸入模式，且IC1映射到TI1(通道1)上面，并且不使用濾波（提高響應(yīng)速度）器。庫函數(shù)是通過TIM_ICInit函數(shù)來初始化輸入比較參數(shù)的：

voidTIM_ICInit(TIM_TypeDef*TIMx,TIM_ICInitTypeDef*TIM_ICInitStruct)

同樣，我們來看看參數(shù)設(shè)置結(jié)構(gòu)體TIM_ICInitTypeDef的定義：

typedef struct
{
uint16_t TIM_Channel; //>>通道
uint16_t TIM_ICPolarity; //>>捕獲極性
uint16_t TIM_ICSelection;//>>映射
uint16_t TIM_ICPrescaler;//>>分頻系數(shù)
uint16_t TIM_ICFilter; //>>濾波器長度
}TIM_ICInitTypeDef;

參數(shù)TIM_Channel很好理解，用來設(shè)置通道。我們設(shè)置為通道1，為TIM_Channel_1。參數(shù)TIM_ICPolarit是用來設(shè)置輸入信號的有效捕獲極性，這里我們設(shè)置為TIM_ICPolarity_Rising，上升沿捕獲。同時庫函數(shù)還提供了單獨設(shè)置通道1捕獲極性的函數(shù)為：

TIM_OC1PolarityConfig(TIM5,TIM_ICPolarity_Falling);

這表示通道1為上升沿捕獲，我們后面會用到，同時對于其他三個通道也有一個類似的函數(shù)，使用的時候一定要分清楚使用的是哪個通道該調(diào)用哪個函數(shù)，格式為TIM_OCxPolarityConfig()。參數(shù)TIM_ICSelection是用來設(shè)置映射關(guān)系，我們配置IC1直接映射在TI1上，選TIM_ICSelection_DirectTI。參數(shù)TIM_ICPrescaler用來設(shè)置輸入捕獲分頻系數(shù)，我們這里不分頻，所以選中TIM_ICPSC_DIV1,還有2,4,8分頻可選。參數(shù)TIM_ICFilter設(shè)置濾波器長度，這里我們不使用濾波器，所以設(shè)置為0。這些參數(shù)的意義，在我們講解寄存器的時候舉例說明過，這里不做詳細解釋。我們的配置代碼是：

TIM5_ICInitStructure.TIM_Channel=TIM_Channel_1;//>>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);

4）使能捕獲和更新中斷（設(shè)置TIM5的DIER寄存器）

因為我們要捕獲的是高電平信號，所以，第一次捕獲是上升沿，這兩件事，我們都在中斷里面做，所以必須開啟捕獲中斷和更新中斷。這里我們使用定時器的開中斷函數(shù)TIM_ITConfig即可使能捕獲和更新中斷：

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

5）設(shè)置中斷優(yōu)先級，編寫中斷服務(wù)函數(shù)

因為我們要使用到中斷，所以我們在系統(tǒng)初始化之后，需要先設(shè)置中斷優(yōu)先級分組，這里方法跟我們前面講解一致，調(diào)用NVIC_PriorityGroupConfig()函數(shù)即可，我們系統(tǒng)默認設(shè)置都是分組2。設(shè)置中斷優(yōu)先級的方法前面多次提到這里我們不做講解，主要是通過函數(shù)NVIC_Init()來完成。設(shè)置優(yōu)先級完成后，我們還需要在中斷函數(shù)里面完成數(shù)據(jù)處理和捕獲設(shè)置等關(guān)鍵操作，從而實現(xiàn)高電平計數(shù)統(tǒng)計。在中斷服務(wù)函數(shù)里面，跟以前的外部中斷和定時器中斷實驗中一樣，我們在中斷開始的時候要進行中斷類型判斷，在中斷結(jié)束的時候要清除中斷標志位。使用到的函數(shù)在上面的實驗已經(jīng)講解過，分別為TIM_GetITStatus()函數(shù)和TIM_ClearITPendingBit()函數(shù)。

if(TIM_GetITStatus(TIM5,TIM_IT_Update)!=RESET){}//>>判斷是否為更新中斷
if(TIM_GetITStatus(TIM5,TIM_IT_CC1)!=RESET){}//>>判斷是否發(fā)生捕獲事件
TIM_ClearITPendingBit(TIM5,TIM_IT_CC1|TIM_IT_Update);//>>清除中斷和捕獲標志位

6）使能定時器（設(shè)置TIM5的CR1寄存器）

最后，必須打開定時器的計數(shù)器開關(guān)，啟動TIM5的計數(shù)器，開始輸入捕獲。

TIM_Cmd(TIM5,ENABLE);//>>使能定時器5

通過以上6步設(shè)置，定時器5的通道1就可以開始輸入捕獲了。

代碼示例

這里我們主要是添加了輸入捕獲初始化函數(shù)TIM5_CH1_Cap_Init以及中斷服務(wù)函數(shù)TIM5_IRQHandler。對于輸入捕獲，我們也是使用的定時器相關(guān)的操作，接下來我們來看看兩個函數(shù)的內(nèi)容：

TIM_ICInitTypeDef TIM5_ICInitStructure;

//>>定時器5通道1輸入捕獲配置

//>>arr：自動重裝值(TIM2,TIM5是32位的!!)psc：時鐘預(yù)分頻數(shù)

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 時鐘使能 
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE); //>>使能 PORTA 時鐘 
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0; //>>GPIOA0 
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;//>>復(fù)用功能 
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz; 
//>>速度 100MHz 
GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; //>>推挽復(fù)用輸出 
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 復(fù)用位定時器 5 
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler=psc; //>>定時器分頻 
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up; //>>向上計數(shù)模式 
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=arr; //>>自動重裝載值 
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1; 
TIM_TimeBaseInit(TIM5,&TIM_TimeBaseStructure); 
TIM5_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1; //>>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); //>>初始化 TIM5 輸入捕獲參數(shù) 
TIM_ITConfig(TIM5,TIM_IT_Update|TIM_IT_CC1,ENABLE);//>>允許更新和捕獲中斷 
TIM_Cmd(TIM5,ENABLE ); 
//>>使能定時器 5 
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM5_IRQn; 
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=2;//>>搶占優(yōu)先級 2 
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority =0;//>>響應(yīng)優(yōu)先級 0 
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //>>IRQ 通道使能 
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); 
//>>根據(jù)指定的參數(shù)初始化 VIC 寄存器、 
} 
//>>捕獲狀態(tài) 
//>>[7]:0,沒有成功的捕獲;1,成功捕獲到一次. 
//>>[6]:0,還沒捕獲到低電平;1,已經(jīng)捕獲到低電平了. 
//>>[5:0]:捕獲低電平后溢出的次數(shù)(對于 32 位定時器來說,1us 計數(shù)器加 1,溢出時間:4294 秒) 
u8 TIM5CH1_CAPTURE_STA=0; //>>輸入捕獲狀態(tài)
u32 TIM5CH1_CAPTURE_VAL;//>>輸入捕獲值(TIM2/TIM5 是 32 位) 
//>>定時器 5 中斷服務(wù)程序 
void TIM5_IRQHandler(void) 
{
    if(TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_CC1) != RESET)//>>捕獲 1 發(fā)生捕獲事件 
    { 
        TIM5CH1_CAPTURE_VAL  ++;       }
    }
  TIM_ClearITPendingBit(TIM5, TIM_IT_CC1|TIM_IT_Update); //>>清除中斷標志位 
}

此部分代碼包含兩個函數(shù)，其中TIM5_CH1_Cap_Init函數(shù)用于TIM5通道1的輸入捕獲設(shè)置，其設(shè)置和我們上面講的步驟是一樣的，這里就不多說，特別注意：TIM5是32位定時器，所以arr是u32類型的。接下來，重點來看看第二個函數(shù)。TIM5_IRQHandler是TIM5的中斷服務(wù)函數(shù)，變量TIM5CH1_CAPTURE_VAL，則用來記錄捕獲到上升沿的時候，對脈沖進行計數(shù)，timer.h頭文件內(nèi)容比較簡單，主要是函數(shù)申明，這里我們不做過多講解。接下來，我們看看main函數(shù)內(nèi)容：

extern u8 TIM5CH1_CAPTURE_STA; 
//>>輸入捕獲狀態(tài)
extern u32 
TIM5CH1_CAPTURE_VAL;//輸入捕獲值 
int main(void) 
{ 
long long temp = 0; 
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//>>設(shè)置系統(tǒng)中斷優(yōu)先級分組 2 
delay_init(168); //初始化延時函數(shù) 
uart_init(115200);//初始化串口波特率為 115200
TIM14_PWM_Init(500-1,84-1); 
//>>84M/84=1Mhz 的計數(shù)頻率計數(shù)到 500,頻率為 1M/500=2Khz 
TIM5_CH1_Cap_Init(0XFFFFFFFF,84-1);//>>以 84M/84=1Mhz 的頻率計數(shù) 
while(1) 
{ 
delay_ms(100);
//>>得到脈沖計數(shù) 
printf("PWM CNT:%d 
", TIM5CH1_CAPTURE_VAL);//>>打印脈沖計數(shù)
} 
}

該main函數(shù)是在PWM實驗的基礎(chǔ)上修改來的，我們保留了PWM輸出，同時通過設(shè)置TIM5_Cap_Init(0XFFFFFFFF,84-1)，將TIM5_CH1的捕獲計數(shù)器設(shè)計為1us計數(shù)一次，并設(shè)置重裝載值為最大以達到不讓定時器溢出的作用（溢出時間為2^32-1us）,所以我們的捕獲時間精度為1us。每隔100ms打印一次脈沖計數(shù)值。至此，我們的軟件設(shè)計就完成了。

審核編輯：湯梓紅