一、引言

AS32系列MCU芯片集成4個(gè)高級(jí)定時(shí)器，每個(gè)定時(shí)器包含一個(gè)32位自動(dòng)重載計(jì)數(shù)器，該計(jì)數(shù)器由可編程預(yù)分頻器驅(qū)動(dòng)，支持遞增、遞減、中心計(jì)數(shù)、編碼器模式等計(jì)數(shù)方式。

高級(jí)定時(shí)器具有6個(gè)獨(dú)立通道，可實(shí)現(xiàn)測(cè)量輸入信號(hào)的脈沖寬度、可編程PWM輸出、帶死區(qū)插入的互補(bǔ)PWM等功能。

二、PWM簡(jiǎn)介

PWM，全稱(chēng)脈沖寬度調(diào)制。它是一種用數(shù)字信號(hào)來(lái)模擬模擬電壓的技術(shù)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是快速地在“開(kāi)”（高電平）和“關(guān)”（低電平）之間切換，通過(guò)改變一個(gè)周期內(nèi)“開(kāi)”的時(shí)間比例，來(lái)控制平均電壓。

2.1****輸出比較模式

定時(shí)器被配置為PWM模式時(shí)，會(huì)用到比較寄存器。

周期： 由自動(dòng)重載寄存器決定。計(jì)數(shù)器從0計(jì)數(shù)到這個(gè)值，然后歸零，這個(gè)過(guò)程就是一個(gè)PWM周期。

占空比： 由比較寄存器決定。它設(shè)定了電平翻轉(zhuǎn)的閾值。

工作流程：

1.計(jì)數(shù)器從0開(kāi)始向上計(jì)數(shù)。

2.當(dāng)計(jì)數(shù)器的值 小于 比較寄存器的值時(shí)，輸出高電平（例如）。

3.當(dāng)計(jì)數(shù)器的值 達(dá)到或超過(guò) 比較寄存器的值時(shí)，輸出翻轉(zhuǎn)為低電平。

4.計(jì)數(shù)器到達(dá)自動(dòng)重載值后歸零，輸出重新變?yōu)楦唠娖?，開(kāi)始下一個(gè)周期。

通過(guò)修改比較寄存器的值，就改變了高電平在一個(gè)周期內(nèi)持續(xù)的時(shí)間，從而改變了 占空比 。

輸出比較可用于：

控制LED亮度： 占空比越大，LED越亮。

驅(qū)動(dòng)舵機(jī)： 舵機(jī)的角度由PWM脈沖的寬度精確控制。

控制電機(jī)速度： 通過(guò)改變平均電壓來(lái)調(diào)節(jié)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速。

音頻輸出： 通過(guò)極高頻率的PWM，經(jīng)過(guò)濾波后可以生成簡(jiǎn)單的音頻信號(hào)。

2.2****輸入捕獲

輸入捕獲功能就像一個(gè)“高速抓拍機(jī)”。當(dāng)外部引腳上發(fā)生一個(gè)特定事件（如上升沿）時(shí)，它立刻“抓拍”下當(dāng)前計(jì)數(shù)器的值，并保存起來(lái)。通過(guò)分析兩次“抓拍”的值，我們就能計(jì)算出這個(gè)事件的時(shí)間參
定時(shí)器配置為輸入捕獲模式時(shí)，會(huì)用到 捕獲寄存器 。

工作流程：

1.定時(shí)器的計(jì)數(shù)器一直在自由運(yùn)行。

2.當(dāng)輸入引腳上出現(xiàn)第一個(gè)上升沿時(shí)，硬件會(huì)立即將計(jì)數(shù)器當(dāng)前的值復(fù)制到捕獲寄存器中，并產(chǎn)生一個(gè)中斷。

3.在中斷服務(wù)程序里，程序讀取這個(gè)捕獲值（記為t1），并同時(shí)將捕獲邊沿設(shè)置為 下降沿 。

4.當(dāng)引腳出現(xiàn)下降沿時(shí)，硬件再次將計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值捕獲（記為t2）。

5.程序計(jì)算 t2 - t1，這個(gè)差值就是高電平期間計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的次數(shù)，再乘以計(jì)數(shù)周期，就得到了高電平脈沖的精確寬度。

6.同理，可以再捕獲下一個(gè)上升沿，計(jì)算出整個(gè)信號(hào)的周期。

輸入捕獲可用于：

測(cè)量脈沖寬度和頻率： 例如解碼紅外遙控信號(hào)（NEC協(xié)議）、測(cè)量超聲波測(cè)距模塊返回的脈沖寬度。

解碼編碼器信號(hào)： 讀取旋轉(zhuǎn)編碼器的位置和速度。

測(cè)量數(shù)字信號(hào)的占空比。

三、軟件設(shè)計(jì)

本文同時(shí)啟用定時(shí)器HTIM1與HTIM5的通道1與通道2。其中，兩個(gè)定時(shí)器的通道1均配置為PWM輸出模式，以生成PWM信號(hào)；相應(yīng)的通道2則工作在輸入捕獲模式，并采用中斷驅(qū)動(dòng)方式，以精確測(cè)量PWM信號(hào)的頻率與占空比。最終，測(cè)量數(shù)據(jù)將通過(guò)串口打印輸出。引腳連線如下：PD4->PH9， PC9->PD5

3.1軟件分析

HTIM1初始化函數(shù)： void User_TIM1_Config(uint32_t arr, uint32_t psc, uint32_t rcr)；

硬件使能與準(zhǔn)備

1. GPIOD_CLK_ENABLE(); // 使能GPIOD時(shí)鐘
2. HTIM1_CLK_ENABLE(); // 使能HTIM1時(shí)鐘

定時(shí)器時(shí)基配置

1. TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; // 向上計(jì)數(shù)
2. TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = arr; // 設(shè)定周期
3. TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = psc; // 設(shè)定預(yù)分頻
4. TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = rcr; // 重復(fù)計(jì)數(shù)

輸入捕獲配置（通道2）

1. TIM_IC_InitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_2; // 使用通道2
2. TIM_IC_InitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising; // 上升沿捕獲
3. TIM_IC_InitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI; // 直接輸入
4. TIM_IC_InitStructure.TIM_ICFilter = 0x0; // 無(wú)濾波器
5. TIM_IC_InitStructure.TIM_ICPrescaler = 0x0; // 每個(gè)事件都捕獲

中斷與PWM輸出配置

中斷使能：

1. TIM_IT_Update：//定時(shí)器溢出更新中斷
2. TIM_IT_CC2：//通道2捕獲/比較中斷

PWM****輸出配置（通道1）：

1. TIM_OC_InitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; // PWM模式1
2. TIM_OC_InitStructure.TIM_Pulse = arr/2; // 初始占空比50%
3. TIM_OC_InitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; // 高電平有效

注：HTIM5配置除GPIO引腳外其余配置通HTIM1，此外HTIM5和HTIM1掛在不同總線下，讀者使用時(shí)需自行計(jì)算外設(shè)時(shí)鐘

在輸入捕獲模式下，當(dāng)相應(yīng)的 ICx 信號(hào)檢測(cè)到跳變沿后，將使用捕獲/比較寄存器(TIMx_CCRx)來(lái)鎖存計(jì)數(shù)器的值。簡(jiǎn)單的說(shuō)就是通過(guò)檢測(cè) TIMx_CHx 上的邊沿信號(hào)，在邊沿信號(hào)發(fā)生跳變（比如上升沿/下降沿）的時(shí)候，將當(dāng)前定時(shí)器的值（TIMx_CNT）存放到對(duì)應(yīng)的通道的捕獲/比較寄存（TIMx_CCRx）里面，完成一次捕獲。

從上圖可以看出，t1-t2 時(shí)間就是需要測(cè)量的高電平時(shí)間，假如定時(shí)器工作在向上計(jì)數(shù)模式，測(cè)量方法是：首先設(shè)置定時(shí)器通道 x 為上升沿捕獲，這樣在 t1 時(shí)刻，就會(huì)捕獲到當(dāng)前的 CNT 值，然后立即清零 CNT，并設(shè)置通道 x 為下降沿捕獲，這樣到 t2 時(shí)刻，又會(huì)發(fā)生捕獲事件，得到此時(shí)的 CNT 值，記為 CCRx2。根據(jù)定時(shí)器的計(jì)數(shù)頻率，就可以算出 t1-t2 的時(shí)間，從而得到高電平脈寬。在 t1-t2 時(shí)間內(nèi)可能會(huì)出現(xiàn) N 次定時(shí)器溢出，因此還需要對(duì)定時(shí)器溢出進(jìn)行處理，防止因高電平時(shí)間過(guò)長(zhǎng)發(fā)生溢出導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)。CNT計(jì)數(shù)的次數(shù)等于：N*ARR+CCRx2，有了這個(gè)計(jì)數(shù)次數(shù)，再乘以 CNT 的計(jì)數(shù)周期，即可得到 t2-t1 的時(shí)間長(zhǎng)度，即高電平持續(xù)時(shí)間。部分邏輯在中斷函數(shù)中實(shí)現(xiàn)：

1. void TIM1_IRQ_Handler()
2. {
3. static uint32_t TIM1_counter=0;
4. /* Get the value of TIM_CNT*/
5. if (TIM1_GetComplete==0)
6. {
7. if (TIM_GetITStatus(TIM1, TIM_IT_Update)!= RESET)
8. {
9. TIM1_Update_counter++;
10. TIM_ClearITPendingBit(TIM1, TIM_IT_Update);
11. }
13. if (TIM_GetITStatus(TIM1, TIM_IT_CC2)!= RESET)
14. {
15. TIM1_counter++;
16. if (TIM1_counter==1)
17. {
18. TIM1_Update_counter=0;
19. TIM1_Value1=TIM_GetCounter(TIM1);
20. }
21. if (TIM1_counter==2)
22. {
23. TIM1_Value2=TIM_GetCounter(TIM1);
24. TIM1_counter=0;
25. TIM1_GetComplete=1;
26. }
27. TIM_ClearITPendingBit(TIM1, TIM_IT_CC2);
28. }
29. }
30. else
31. {
32. TIM_ClearITPendingBit(TIM1, TIM_IT_Update | TIM_IT_CC2);
33. }
34. }

計(jì)算并輸出PWM信號(hào)周期和頻率的函數(shù)

1. /* Calculate the input frequency and period */
2. TIM1_Input_Poriod=(10000*TIM1_Update_counter-TIM1_Value1+TIM1_Value2);
3. TIM1_Input_Poriod = TIM1_Input_Poriod/20;
4. Printf("TIM1 Input_Poriod: %d usrn", (uint32_t)TIM1_Input_Poriod);
5. Printf("TIM1 Frequence: %d hzrn", (uint32_t)(1000000/TIM1_Input_Poriod));
6. TIM1_Update_counter=0;
7. TIM1_GetComplete=0;
8. ClearCache();

其中第三行的20 為 HTIM1的時(shí)鐘頻率為20M。

四、開(kāi)發(fā)板驗(yàn)證：

審核編輯 黃宇