STM32-一文搞懂通用定时器捕获/比较通道

捕获和比较

捕获

什么是捕获

所谓捕获就是通过检测捕获通道上的边沿信号。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_CCR)里面，完成一次捕获。

捕获的应用

STM32支持一下捕获模式：

输入捕获模式

PWM输入模式

输入捕获模式可以用来测量脉冲宽度或者测量频率。下图是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。

比较

什么是比较

所谓比较就是计数器的值和与装载的值进行比较。

比较的应用

STM32支持一下比较模式：

强置输出模式

输出比较模式

PWM模式

单脉冲模式

最近本的应用就是PWM模式了！

上图是输出PWM的原理，假定定时器工作在向上计数 PWM模式，且当 CNT=CCRx 时输出 1。当 CNT 达到 ARR 值的时候，重新归零，然后重新向上计数，依次循环。改变 CCRx 的值，就可以改变 PWM 输出的占空比，改变 ARR 的值，就可以改变 PWM 输出的频率。

捕获/比较通道概述

捕获/比较通道与定时器密切相关，密不可分，水乳交融，使用不同的功能要使用到不同的寄存器，这里只列举与输入捕获、PWM相关的寄存器。如果使用到其他功能，详细的相关的寄存器在《STM32中/英文参考手册》的14.4章节。通用定时器框图如下所示，红色框是计数器部分，在计数器的基础上，还有下方的4个独立的捕获/比较通道，主要用于

输入捕获

输出比较

PWM生成(边缘或中间对齐模式) 

单脉冲模式输出

每一个捕获/比较通道都是围绕着一个捕获/比较寄存器，包括捕获的输入部分(数字滤波、多路复用和预分频器)，和输出部分(比较器和输出控制)。捕获/比较通道的的主电路如下图所示（通道1为例）

捕获/比较模块由一个预装载寄存器和一个影子寄存器组成。读写过程仅操作预装载寄存器。

在捕获模式下，捕获发生在影子寄存器上，然后再复制到预装载寄存器中。

在比较模式下，预装载寄存器的内容被复制到影子寄存器中，然后影子寄存器的内容和计数器进行比较。

输入通道

捕获/比较通道的输入通道1如下图所示。

输出通道

捕获/比较通道的输出通道1如下图所示。

捕获/比较相关寄存器

捕获/比较模式寄存器 1 (TIMx_CCMR1)

通道可用于输入(捕获模式)或输出(比较模式)，通道的方向由相应的CCxS[1:0]定义。以CC1S[1:0]为例

CC1S[1:0]：捕获/比较1 选择，这2位定义通道的方向(输入/输出)，及输入脚的选择：

00：CC1通道被配置为输出；

01：CC1通道被配置为输入，IC1映射在TI1上；

10：CC1通道被配置为输入，IC1映射在TI2上；

11：CC1通道被配置为输入，IC1映射在TRC上。此模式仅工作在内部触发器输入被选中时(由

TIMx_SMCR寄存器的TS位选择)。

注：CC1S仅在通道关闭时(TIMx_CCER寄存器的CC1E=’0’)才是可写的。

其中IC1和TI1的关系在上面系统图中可以看到，下图可见，IC1是可以接到TI1或TI2或TRC上的，这个位就是配置这里的！

该寄存器其它位的作用在输入和输出模式下不同，OCxx（第一行）描述了通道在输出模式下的功能，ICxx（第二行）描述了通道在输出模式下的功能。该寄存器是针对 2 个通道的配置，低八位[7：0]用于捕获/比较通道 1 的控制，而高八位[15：8]则用于捕获/比较通道 2 的控制。CCMR2 是用来控制通道 3 和通道 4。

输入模式

每个通道的位相同，这里是看其中一个通道的相关位

 是定时器的输入频率，一般是72MHz。是根据TIMx_CR1的CKD[1:0]的设置来确定，一般为00，=。

另外关于滤波器的长度要特别解释一下，我们知道边沿信号的跳变可能不是完美的。比如我们在处理按键的跳变信号的时候都有一个“消抖”的过程，而消抖有两种方式：1.等待稳定  2.数字滤波；第一种方式就是所谓的“延时消抖”，第二种方式就是在定时器中断的方式获取按键的状态（以采样周期T对按键状态进行采样），如果连续采集到N次按键的状态是“按下”的状态就认为是按下的状态，如果连续的N次采集中至少有一次不是“按下”的状态就不认为按键被按下，也就是说只有等按键按下之后的波形稳定之后才能被连续采集到N次“按下”状态，以此达到滤波的目的。

举个栗子：假设一个包含毛刺的上升沿跳变信号的采样如下（时间从左到右）

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 

如果我们用N=4进行滤波的话，红色部分就会被认为没有上升沿跳变，绿色部分才被认为跳变！

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 

如果用N=2进行滤波的话，红色部分会被认为没有上升沿跳变，绿色部分被认为有上升沿跳变！但是由于这个边沿信号抖动太厉害，N=2的滤波没能有效滤波，误认为有两次跳变！因此，对不同的跳变信号，要选用合适的滤波长度，滤波长度要能覆盖最长的边沿信号抖动！

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 

输出模式

这三位定义了输出参考信号OC1REF的动作，而OC1REF决定了OC1的值。OC1REF是高电平有效，而OC1的有效电平取决于捕获/比较使能寄存器TIMx_CCER的CC1P位。

共可以配置成 7 种模式，为110或111时为PWM模式。这两种 PWM 模式的区别就是输出电平的极性相反。其中有效电平可以设置为高电平有效或者低电平有效。

电路中的极性就是电压的方向，两个PWM的一个周期的电平正好相反（0和非0）就是极性相反。

输入捕获相关寄存器

需要用到的寄存器有：TIMx_ARR、TIMx_PSC、TIMx_CCMR1、TIMx_CCER、TIMx_DIER、TIMx_CR1、TIMx_CCR1等

TIMx_ARR 和 TIMx_PSC用来设定时器x的自动重装载值和 TIMx 的时钟分频，在《STM32-定时器系统原理》中已经说到，TIMx_CCMR1和TIMx_CCMR2前文已经说到，不再赘述。

捕获/比较使能寄存器 (TIMx_CCER)

这个寄存器包含了4个通道，每个通道两个（CCxE和CCxP）的使能位。

以第一个通道为例

要使能输入捕获，必须设置 CC1E=0，而 CC1P 则根据自己的需要来配置。

DMA/中断使能寄存器 (TIMx_DIER)

CCxIE：允许捕获/比较x中断 (Capture/Compare 1 interrupt enable) 

0：禁止捕获/比较x中断；

1：允许捕获/比较x中断。

如果用到中断来处理捕获数据，必须开启通道 1 的捕获比较中断，即 CC1IE 设置为 1。

控制寄存器 1 (TIMx_CR1)

前文《STM32-定时器系统原理》介绍过这个寄存器，所有与定时器相关的应用都要通过置位它的最低位来使能定时器。

捕获/比较寄存器 1~4 (TIMx_CCR1~4)

这四个寄存器分别是四个通道的，功能相似！这里仅以通道1的为例。

若CC1通道配置为输出：

CCR1包含了装入当前捕获/比较1寄存器的值(预装载值)。

如果在TIMx_CCMR1寄存器(OC1PE位)中未选择预装载特性，写入的数值会被立即传输至当前寄存器中。否则只有当更新事件发生时，此预装载值才传输至当前捕获/比较1寄存器中。当前捕获/比较寄存器参与同计数器TIMx_CNT的比较，并在OC1端口上产生输出信号。

若CC1通道配置为输入：

CCR1包含了由上一次输入捕获1事件(IC1)传输的计数器值。

PWM输出相关的寄存器

所有PWM相关寄存器都在上文提到，PWM输出一般不需要触发中断，因此用不到DMA/中断使能寄存器 (TIMx_DIER)。