STM32定時器是 ST MCU 内部最基礎且常用的外設，實際應用尤為普遍。去年，電堂推出了《STM32 TIMER基礎及常規應用介紹》，為大家梳理了 STM32 TIMER 的龐大内容，涵蓋 TIMER 的基本應用原理、常規應用等。現在将課程内容整理為文章，針對STM32定時器有基本了解的用戶，分享具體的應用實現環節及常見問題解決。

本文為【STM32定時器】系列第九篇分享文章，重點介紹通過定時器單個通道測量信号脈寬及占空比。

實驗内容

一般來講，通過STM32單片機對外來脈沖信号測量其脈沖寬度及占空比的方法較多，即使使用STM32定時器的捕獲功能，我們可以使用一個通道、也可以使用兩個通道；可以使用定時器基本的輸入捕獲功能實現、也可以利用PWM輸入模式結合定時器的從模式來完成。這裡使用支持輸入捕獲功能的定時器的單個通道，來實現對1路外來信号脈沖寬度及占空比的測量，并在測量過程中統計和計算用于測量的定時器自身的溢出事件。

這裡用到的開發闆：STM32F411 Nucleo 闆 【實驗對開發闆并無特别要求】，集成開發環境不限。 這裡用的是ARM MDK IDE。

在初始狀态【沒進入測量的狀态】下基于上升沿發起第一次捕捉，記錄下第1次的捕捉值【Capture_1st】，并開啟TIM4定時器溢出事件的統計，同時将捕獲極性切換為下沿捕捉。之後進入狀态1，等待後續的下沿捕獲。

當發生下沿捕獲時，記錄下第2次的捕捉值【Capture_2nd】，并将前面這段時間的定時器溢出次數也記錄下來【Front_Num_OvEvent】，再次将極性切換為上沿捕捉，進入狀态2，等待第3次捕獲。在狀态2的情況下，當發生上沿捕獲時，記錄下第3次的捕捉值【Capture_3rd】，并将整個測試周期内發生的定時器溢出次數記錄下來【Total_NuOvEvent】，然後進入狀态3進行占空比【Signal_Duty】和脈寬【Signal_Cycle】的計算。完畢後回到初始狀态，準備下次的測量。另外，在TIM4的更新中斷裡對非初始狀态的溢出事件累加統計，放在變量【Num_OvEvent】裡。實驗代碼裡用到一個變量Measure_State來記錄和表示當前測試狀态。

3.2 測量用到的算式

根據上面的介紹，那1次完整的測量下來，測得的周期和占空比可以用下面算式求得：

Signal_Duty=(Capture_2nd (Front_Num_OvEvent*(TIM4_PERIOD 1))-Capture_1st)/(Capture_3rd (Total_Num_OvEvent*(TIM4_PERIOD 1))-Capture_1st)

Signal_Freq=Clk_Internal/((Capture_3rd (Total_Num_OvEvent*(TIM4_PERIOD 1))-Capture_1st)*(TIM4_PSC 1 ));

因為：計數器時鐘= Clk_Internal /(TIM4_PSC 1)

或者說：

Signal_Freq計數器時鐘/(Capture_3rd (Total_Num_OvEvent*(TIM4_PERIOD 1))-Capture_1st);

3.3 基本配置準備

3.3.1 實現TIM3 通道1的PWM輸出，計數周期5s,占空比40%，用來做被測量信号。

A、選擇定時器内部時鐘作為時鐘源，STM32F411芯片定時器内部時鐘為100Mhz；

B、設置分頻比，選擇計數模式、設置計數脈沖個數；

對時鐘源20000分頻,PSC=20000-1;選擇向上計數模式up counting;

計數器基于分頻後的脈沖每計數設置為25000個後，發生溢出并産生更新事件及中 斷。則：ARR=25000-1

按照上面參數來設計，定時器的定時周期或者說溢出周期就是5s.

C、它需做PWM輸出，這裡選擇PWM 模式1，占空比為40%，則CCR=（ARR 1）*0.40 =10,000

CubeMx圖形化配置界面：

3.3.2 實現TIM4通道2的輸入捕獲，假定計數器溢出周期為20ms.

1、選擇定時器内部時鐘為時鐘源，32F411定時器内部時鐘為100Mhz；

2、設置分頻比，選擇計數模式、設置計數脈沖個數；

先對時鐘源100分頻、即PSC=100-1; 選擇向上計數模式up counting;計數器基于 分頻後的脈沖每計數20000個，發生溢出并産生更新事件及中斷。則：

ARR=20000-1

按照上面參數來設計，定時計數周期或者說溢出周期就是20ms.

另外，通道2配置為輸入捕捉，初始捕捉極性位選擇上升沿。

3.4 工程代碼的生成、添加和整理

通過STM32CUBEMX依據上述參數完成配置，并開啟TIM4的中斷使能，然後生成工程。

再在工程裡添加應用戶代碼。

TIM4中斷處理代碼說明：

在TIM4通道2的比較中斷裡做3次捕捉值的獲取以及計算，在TIM4更新中斷裡對溢出事件進行統計。

實驗結果驗證

實驗中tim4的時基參數保持不變，主要調整TIM3的PWM輸出波形的脈寬和占空比，來看看實驗結果。尤其看看當待測脈寬遠長于TIM4定時器的溢出周期時的情況。

為了便于參數的修改和測試，這裡針對TIM3和TIM4的時基參數定義了幾個宏：

。。。。。。

我們選取幾組數據，直接聯機觀察運行結果。

// pulse cycle = ((TIM3_PSC 1) * (TIM3_PERIOD 1))/100,000,000 【s】

// 5s ==>500,000,000 // 9s ==>900,000,000

//500ms ==>50,000,000 //80ms ==>8,000,000

//20ms ==>2,000,000 /////Same with measuring TIM4 cycle

//1ms ==>100,000 //100us ==>10,000

//10us ==>1000 //5us ==>500

…… 4 us?

小結

上面實驗的實現思路及提到的代碼，僅供參考，旨在抛磚引玉。

其它地方也有相關的例程，不過往往有個前提，待測信号的周期不能長于用來測量的定時器的溢出周期。如果按照上面的代碼設計，就沒有這個限制了。基于現有軟硬件環境，我們可以對一定寬度以上的外來脈沖準确測量其脈沖寬度及占空比，當然這個一定寬度跟我們的軟硬件境有關，比方時鐘頻率、計數脈沖精度、代碼效率等。基于剛才的實驗來看，5us以上時都能準确測得結果。

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