文章目录
1.输入捕获
1.1 输入捕获原理
输入捕获模式可以用来测量脉冲宽度或者测量频率。 我们以测量脉宽为例，用一个简图来说明输入捕获的原理，如图：
输入捕获测量高电平脉宽的原理，假定定时器工作在向上计数模式，图中 t1~t2 时间，就是我们需要测量的高电平时间。
测量方法如下：首先设置定时器通道 x 为上升沿捕获，这样，t1 时刻，就会捕获到当前的 CNT 值，然后立即清零 CNT，并设置通道 x为下降沿捕获，这样到 t2 时刻，又会发生捕获事件，得到此时的 CNT 值，记为 CCRx2。 这样，根据定时器的计数频率，我们就可以算出 t1~t2 的时间，从而得到高电平脉宽。
在 t1~t2 之间，可能产生 N 次定时器溢出，这就要求我们对定时器溢出，做处理，防止高电平太长，导致数据不准确。如图所示， t1~t2之间， CNT计数的次数等于： N*ARR+CCRx2，有了这个计数次数，再乘以 CNT 的计数周期，即可得到 t2-t1 的时间长度，即高电平持续时间。
1.2 摘自【STM32】HAL库 STM32CubeMX教程八—定时器输入捕获
链接摘自【STM32】HAL库 STM32CubeMX教程八—定时器输入捕获
输入捕获的工作流程(对应CubeMx的四个选项)
1.设置输入捕获滤波器
STM32在很多功能中都提供了滤波器，滤波器的功能简单来说就是多次检测视为一次有效，达到滤波效果，
数字滤波器由一个事件计数器组成，假设我们是检测高电平，滤波N次，那么记录到N个事件后计数器会产生一个输出的跳变。也就是说连续N次采样检测，如果都是高电平，则说明这是一个有效的电平信号，这样便可以过滤掉那些因为某些而干扰产生的一些信号
输入捕获滤波器IC1F[3:0]，这个用于设置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，fDTS是根据TIMx_CR1的CKD[1:0]的设置来确定的。
2.设置输入捕获极性
设置具体为那种捕获事件
可以设置上升沿捕获、下降沿捕获、或者上升沿下降沿都捕获
3.设置输入捕获映射关系
STM32为了更好的优化使用，TIMx_CH1通道1捕捉到的信号可以传输到IC1，TIMx_CH1捕捉到的信号也可以连接到IC2，TIMx_CH2捕捉到的信号也可以连接到IC2，也可以连接到IC2
4.设置输入捕获分频器
设置每N个事件触发一次捕获，可以设置为1/2/4/8次检测到电平变化才触发捕获
1.3 原理总结
STM32F4 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。
1.4 配置工程和编写代码
这里我们选择TIM5的通道1
预分频系数为71
计数时钟频率就是 72MHz/(71+1) = 1MHz 此时1us计数一次
自动加载值设置为16bit最大值
上升沿捕获
不分频
滤波值为8
同时在NVIC一栏使能TIM5的中断
开启串口1。
/* USER CODE BEGIN PV */
uint32_t capture_Buf[3] = {0}; //存放计数值
uint8_t capture_Cnt = 0; //状态标志位
uint32_t high_time; //高电平时间
/* USER CODE END PV */
//while中函数
switch (capture_Cnt)
{
case 0:
capture_Cnt++;
__HAL_TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(&htim5, TIM_CHANNEL_1,TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_RISING);
HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim5, TIM_CHANNEL_1); //启动输入捕获
break;
case 3:
high_time = capture_Buf[1]- capture_Buf[0]; //高电平时间
HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)high_time, 1, 0xffff); //发送高电平时间
HAL_Delay(1000); //延时1S
capture_Cnt = 0; //清空标志位
break;
}
/* USER CODE BEGIN 4 */
void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
if(TIM5 == htim->Instance)//定时器5的中断
{
switch(capture_Cnt){
case 1:
capture_Buf[0] = HAL_TIM_ReadCapturedValue(&htim5,TIM_CHANNEL_1);//获取当前的捕获值.
__HAL_TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(&htim5,TIM_CHANNEL_1,TIM_ICPOLARITY_FALLING); //设置为下降沿捕获
capture_Cnt++;
break;
case 2:
capture_Buf[1] = HAL_TIM_ReadCapturedValue(&htim5,TIM_CHANNEL_1);//获取当前的捕获值.
HAL_TIM_IC_Stop_IT(&htim5,TIM_CHANNEL_1); //停止捕获 或者: __HAL_TIM_DISABLE(&htim5);
capture_Cnt++;
}
}
}
/* USER CODE END 4 */
1.5 原理分析和现象观察
1.原理分析：
代码逻辑：摘自【STM32】HAL库 STM32CubeMX教程八—定时器输入捕获
硬件逻辑：
定时器5的输入捕获通道一对应的GPIO是PA0-WKUP。
而开关摁下后，是一个上升沿。松开时，是一个下降沿，结合代码逻辑，很容易理解。测试的是摁键摁下的时间。
按下KEY_UP。
1.6 输入捕获函数补充
1.7 代码分享
输入捕获实验 提取码：3ozl
2.超声波HC-SR04模块
参考博客：STM32CubeMX | 39-使用硬件定时器获取超声波模块数据（HC-SR04）
2.1 基本工作原理
HC-SR04超声波测距模块可提供2cm- 400cm的非接触式距离感测功能,测距精度可达高到3mm;模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。
基本工作原理:
(1)采用I0口TRIG触发测距，给最少10us的高电平信呈。
(2)模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回;
(3)有信号返回，通过I0口ECHO输出- -一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测试距离= (高电平时间*声速(340M/S))/2;
知道d和L，勾股定理就能算出S。
2.2 实物图和接线
void HC_SR04_Init(hc_sr04_device_t *hc_sr04_device)
{
// the gpio and tim is initialized in main
hc_sr04_device1.trig_port = GPIOB;
hc_sr04_device1.trig_pin = GPIO_PIN_8;
hc_sr04_device1.echo_port = GPIOB;
hc_sr04_device1.echo_pin = GPIO_PIN_9;
hc_sr04_device1.tim = &htim2;
}
这里我设置的Trig和Echo分别为PB8，PB9。
| HC-SR04超声波模块 | STM32 |
|---|---|
| VCC | 5V（必须是5V） |
| GND | GND |
| Trig | 触发控制信号输入PB8 |
| Echo | 回响信号输出PB9 |
2.3 超声波时序图
以上时序图表明你只需要提供一一个 10uS以上脉冲触发信号，该模块内部将发出8个40kHz周期电平并检测回波。一旦检测到有回波信号则输出回响信号。
回响信号的脉冲宽度与所测的距离成正比。由此通过发射信号到收到的回响信号时间间隔可以计算得到距离。公式: uS/58=厘米或者uS/148=英寸;或是:距离=高电平时间*声速(340M/S) /2;建议测量周期为60ms以上，以防止发射信号对回响信号的影响。
2.4 配置工程
1.配置GPIO
1）配置两个普通的GPIO，一个配置为输出模式，用于连接模块的Trig引脚，触发一次测距，这里我配置为PB8，另一个配置为输入模式（浮空），用于连接模块的Echo引脚，接收echo信号，这里我配置为PB9。
2.配置通用定时器TIM2
接下来开始配置TIM2，首先选择TIM2，我们的目的是每1us计数一次 ，所以定时器的频率需要在1Mhz， 时钟源选择内部时钟：
3.配置时钟树
STM32L4的最高主频到80M，所以配置PLL，最后使HCLK = 80Mhz即可：
2.5 编写代码和分享
2.5.1printf重定向
#include "stdio.h"
int fputc(int c,FILE *stream)
{
uint8_t ch[1]={c};
HAL_UART_Transmit(&huart1,ch,1,0xFFFF);
return c;
}
2.5.2 添加us级延时函数
2.5.3 编写驱动
int HC_SR04_Measure(hc_sr04_device_t *hc_sr04_device)
{
uint32_t tick_us;
HC_SRO4_Mutex_Pend();
HC_SR04_Start(hc_sr04_device);
__HAL_TIM_SetCounter(hc_sr04_device->tim, 0);
/* waitting for start of the high level through echo pin */
while (HAL_GPIO_ReadPin(hc_sr04_device->echo_port, hc_sr04_device->echo_pin) == GPIO_PIN_RESET);
/* start the tim and enable the interrupt */
HAL_TIM_Base_Start(hc_sr04_device->tim);
/* waitting for end of the high level through echo pin */
while (HAL_GPIO_ReadPin(hc_sr04_device->echo_port, hc_sr04_device->echo_pin) == GPIO_PIN_SET);
/* stop the tim */
HAL_TIM_Base_Stop(hc_sr04_device->tim);
/* get the time of high level */
tick_us = __HAL_TIM_GetCounter(hc_sr04_device->tim);
/* calc distance in unit cm */
hc_sr04_device->distance = (double)(tick_us/1000000.0) * 340.0 / 2.0 *100.0;
HC_SRO4_Mutex_Post();
return 0;
}
这个是利用定时器来实现计时的。并在while中不断执行Measure。
2.5.4测试结果
/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PV */
int ret;
extern hc_sr04_device_t hc_sr04_device1;
/* USER CODE END PV */
/* USER CODE BEGIN 2 */
HC_SR04_Init(&hc_sr04_device1);
/* USER CODE END 2 */
/* Infinite loop */
/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
ret = HC_SR04_Measure(&hc_sr04_device1);
/* USER CODE END WHILE */
/* USER CODE BEGIN 3 */
}
在监视窗口中可以看到distance的数据。单位是cm。
代码分享 提取码：x6sx
2.6 注意事项
1、此模块不宜带电连接，若要带电连接，则先让模块的GND端先连接，否则会影响
模块的正常工作。
2、测距时，被测物体的面积不少于0.5平方米且平面尽量要求平整，否则影响测量的
结果。
3.基于输入捕获的超声波HC-SR04模块使用
第二部分是利用定时器来实现计时的，并在while中不断执行Measure。而.基于输入捕获的超声波HC-SR04模块使用，使我们摆脱在while中重复测量。原理在输入捕获中已经讲解，直接开始吧！
3.1 配置工程
TIM2配置为10ms计数一次，看清时钟主频。
TIM1的通道1设置为输入捕获，每隔10us捕获一次，看清时钟主频。
Echo接输入捕获通道的GPIO，即PE9。
NVIC选项卡打开中断。
开启GPIO。作为Trig的输出通道，PC6。
3.2 代码编写
修改宏定义中的时钟主频和GPIO。
#define CPU_FREQUENCY_MHZ 168 // STM32主频
#define SAMPLENUM 10
#define Trig(state) HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_6, (GPIO_PinState)(state)) //触发引脚：改成自己设定的引脚
#define Echo HAL_GPIO_ReadPin(GPIOE, GPIO_PIN_9) //接收信号引脚，改成自己设定的引脚
#define RELOADVALUE 0xffff
详情可观看另一篇博客。（等等更）
3.3 实验观察
打开debug，观察distance。
