0603定时器的输入捕获

最终程序现象：
1.输入捕获模式测频率
2.PWMI模式（PWM输入模式）测频率和占空比

输入捕获电路：左边这一部分。 右边的就是输出比较部分。
4个输入捕获和输出比较通道，共用4个CCR寄存器，另外它们的CH1到CH4，4个通道的引脚，也是共用的。所以对于同一个定时器来说，输入捕获和输出比较，只能使用其中一个，不能同时使用。

TIMx_CH1-4是边沿信号输入引脚，一旦有边沿，比如上升沿，那这一块输入滤波和边沿检测电路就会检测到这个上升沿，让输入捕获电路产生动作。都是检测电平跳变，然后执行动作。只不过外部中断执行的动作是向CPU申请中断。而这里电路执行的动作就是控制后续电路，让当前CNT的值，锁存到CCR寄存器中。对比输出比较，引脚是输出端口；输入捕获，引脚是输入端口。输出比较是根据CNT和CCR的大小关系来执行输出动作。输入捕获是接收到输入信号，执行CNT锁存到CCR的动作。这就是输入捕获的执行流程和与输出比较的区别。那设计这样一个输入捕获电路有什么用呢？

脉冲间隔和频率意思差不多，电平持续时间和占空比差不多。 这些参数通过输入捕获电路，都可以很方便地进行测量。 如何配置输入捕获电路来测量这些参数，就是此节的任务。

高级定时器的输入捕获弟阿鲁和通用定时器没有区别，都是一样的。基本定时器没有输入捕获功能。

PWMI和主从触发模式，设计的非常巧妙，把这两个功能结合起来，测量频率占空比就是硬件全自动执行。软件不需要任何干预，也不需要进中断。需要测量的时候，直接读取CCR寄存器的值就可以了，使用非常方便，而且极大地减轻了软件的压力。

这里信号都只有高低电平的数字信号，对于STM32测频率而言，它也只是测量数字信号的，如果需要测量一个正弦波，那还需要搭建一个信号预处理电路，最简单的就是用运放搭一个比较器，把正弦波转换为数字信号，再输入给STM32就行了。那还要考虑一下隔离的问题，比如用一些隔离放大器、电压互感器等元件，隔离高压端和低压端，保证电路的安全，总之经过处理最终输入给STM32的信号。就是这样的数字信号，高电平3.3V，低电平0V

测频法符合频率的定义。适合测量高频信号，在闸门时间内，最好要多出现一些上升沿，计次数量多一些，这样有助于减小误差。假如定了1s的闸门时间，结果信号频率非常低，1s的时间只有寥寥无几的几个上升沿，甚至1个上升沿都没有，那总不能认为频率为0，再计次N很少时，误差会非常大，
测周法实际上并没有一个精度无穷大的秒表来测量时间，测量时间的方法，实际上也是定时器计次。使用一个已知的标准频率fc的计次时钟，来驱动计数器。从一个上升沿开始一直到下一个上升沿停止。适合测量低频信号。低频信号周期比较长，计次就会比较多，有助于减小误差，否则的话，比如标准频率fc为1MHz，待测信号频率太高，比如待测信号500KHz,那在一个周期内只能计一两个数，如果待测信号再高一些，甚至一个数也计不到，总不能认为频率无穷大。所以测周法需要的待测信号频率低一些。

然后测频法测量结果更新的慢一些，数值相对稳定，测周法更新的快，数据跳变也非常快。所以它自带一个均值滤波，如果在闸门时间内波形频率有变化，那得到的其实是一段时间的平均频率，如果闸门时间选为1s,那么每隔1s才能得到1次结果。
反观测周法，它只测量一个周期就能出一次结果，所以出结果额速度取决于待测信号的频率，一般而言，待测信号都是几百几千Hz，所以一般情况下，测周法结果更新更快，但由于只测量一个周期，所以结果值会受噪声的影响，波动比较大，这就是两种方法的基本特征对比。

那么多高算高，多低算低，这就涉及到中界频率的概念了，中界频率就是测频法与测周法误差相等的频率点。

测频法计次和测周法计次，计次数量N，尽量要大一些，N越大，相对误差越小，因为在这些方法中，计次可能会存在正负1误差，比如测频法，在闸门时间内，比如在最后的时间里，可能有一个周期刚出现一半。闸门时间到了，那就只有半个周期，只能舍弃或者当做一个整个周期来看，因为计次只有整数，不可能计次0.5个数，那在这个过程，那就会出现多计一个，或者少计一个的请况，这就叫正负1误差，

测周法也有，在标准频率fc计次，在最后时刻，有可能一个数刚数到一半，计时就结束了，那这个半个数也只能舍弃或者按一整个数来算了。这里也会出现正负1的误差，

所以说正负1误差是这两种方法固有的误差，要想减小正负1误差的影响，就只能尽量多计一些数，当计次N比较大时，正负1对N的影响就会很小。那当有1个频率，测频法和测周法计次的N相同，就说明误差相同，这就是中界频率。把测频法的N和测周法的N提出来，令两个方达N相等，把fx解出来。得到中界频率fm。
对应图上，当待测信号频率小于中界频率时，测周法误差更小，选用测周法更合适，当待测信号频率大于中界频率时，测频法误差更小，选用测频法更合适。

接下来用STM32来实现这两种方法：
之前写过：对射式红外传感器计次、定时器外部时钟。比如对射式红外传感器计次，每来一个上升沿计次+1，那我们再用一个定时器，定一个1s的定时中断，在中断里，每隔1s取一下计次值，这样每次读取的计次值就直接是频率。也是如此，每隔1s取一下计次。
本节使用的方法是测周法。

定时框图里 输入捕获的各部分电路：
从左到右：最左边是四个通道的引脚，参考引脚定义表，就能知道引脚是复用在哪个位置。然后引脚进来，这里有一个三输入的异或门，
这个异或门的输入接到了通道1,2，3端口，执行逻辑：当三个输入引脚的任何一个有电平翻转时，输出引脚就会产生一次电平翻转。之后输出通过数据选择器，到达输入捕获通道1，那输入捕获通道1的输入，就是3个引脚的异或值。如果不选择异或门，那4个通道各用各的引脚。
设计这个异或门，其实还是为三相无刷电机服务的。无刷电机有3个霍尔传感器检测转子的位置，可以根据转子的位置进行换相，可以在前三个通道接上无刷电机的霍尔传感器，然后这个定时器就作为无刷电机的接口定时器，去驱动换相电路工作。先只做简单了解。

来到了输入滤波器和边沿检测器，输入滤波器可以对信号进行滤波，避免一些高频的毛刺信号误触发，边沿检测器就和外部中断那里是一样的了，可以选择高电平触发，也可以选择低电平触发，当出现指定电平时，边沿检测电路就会触发后续电路执行动作。 另外这里，是设计了两套滤波和边沿检测电路，第一套电路经过滤波和极性选择，得到TI1FP1 （TI1 Filter Polarity 1），输入给通道1的后续电路，第二套电路，经过另一个滤波和极性选择，得到TI1FP2 （TI1 Filter Polarity 2），输入给通道2的后续电路。同理，下面的TI2信号进来，也经过两套滤波和极性选择，得到TI2FP1和TI2FP2，其中TI2FP1输入给上面，TI2FP2输入给下面，在这里两个信号进来，可以选择各走各的，让CH2引脚输入给通道1，或者CH1引脚输入给通道2。第一个目的：可以灵活切换后续捕获电路的输入，这样做的目的，博主（此乃笔记）认为主要有两个：第一个目的：可以灵活切换后续捕获电路的输入，比如一会想以CH1作为输入，一会想以CH2作为输入，这样就可以通过数据选择器，灵活地进行选择；第二个目的：也是它交叉的主要目的：就是可以把一个引脚的输入，同时映射到两个输入捕获单元，这也是PWMI模式的经典结构。
第一个捕获通道，使用上升沿触发，用来捕获周期，第二个通道，使用下降沿触发，用来捕获占空比，两个通道同时对一个引脚进行捕获。就可以同时测量频率和占空比，这就是PWMI模式，一个通道灵活切换两个引脚。和两个通道同时捕获一个引脚，这就是这里交叉一下的作用和目的。

TRC信号也可以选择作为捕获部分的输入，TRC信号这样设计也是为了无刷电机的驱动，知道一下就行了，暂时不用。

输入信号进行滤波和极性选择后，预分频器每个通道各有一个，可以选择对前面的信号进行分频，就可以触发捕获电路进行工作了，每来一个触发信号，CNT的值，就会想CCR转运一次，转运的同时，会发生一个捕获事件，这个事件会在状态寄存器置标志位，同时也可以产生中断，如果需要再捕获的瞬间，处理一些事情的话，这就是整个电路的工作流程。

比如我们可以配置上升沿触发捕获，每来一个上升沿，CNT转运到CCR一次，又因为这个CNT计数器是由内部的标准时钟驱动的，所以CNT的数值，其实就可以用来记录两个上升沿之间的时间间隔，这个时间间隔就是周期，再取个倒数，就是测周法测量的频率了。这里有个细节问题，就是每次捕获之后，都要把CNT清0一次，这样下次上升沿再捕获的时候，取出的CNT才是连个上升沿的时间间隔，这个在一次捕获后自动将CNT清零的步骤，我们可以从主从触发模式，自动来完成。

输入捕获通道1更详细的框图：

基本功能都是一样的，引脚进来，还是先经过一个滤波器，滤波器的输入是TI1，就是CH1的引脚，输出TI1F，就是滤波后的信号，fDTS是滤波器的采样时钟来源，下面的CCMR1寄存器里的ICF位可以控制滤波器的参数，那么滤波器具体是怎么工作呢，可以看一下手册，在CCMR1寄存器这里，描述是这几位定义了TI1输入的采样频率及数字滤波长度，以采样频率对输入信号进行采样，当连续N个值都为高电平，输出才为高电平。连续N个值为低电平，输出才为低电平，如果信号出现高频抖动，导致连续采样N个值不全都一样，那输出就不会变化，这样就可以达到滤波的效果，采样频率越低，或者采样个数N越大，滤波效果就越好。在实际应用中，如果波形噪声比较大，就可以把这个参数设置大一些，这样就可以过滤噪声了。

捕获上升沿或者下降沿，用这个CCER寄存器里的CC1P位，就可以选择极性了，最终得到TI1FP1触发信号，通过数据选择器，进入通道1后续的捕获电路，得到TI1FP2触发信号，连通到通道2的后续电路，这里并没有画出来。总共是4种连接方式（交叉连接）。
然后经过数据选择器，进入后续捕获部分电路，CC1S位可以对数据选择器进行选择，之后的ICPS位，可以配置这里的分频器，可以选择不分频，2分频，4分频，8分频，最后CC1E位，控制输出使能或失能，如果使能了输出，输入端产生指定边沿信号，经过层层电路，到达最后边。就可以让这里的CNT的值，转运到CCR里面来。

这个TI1FP1信号和TI1的边沿信号，比如TI1FP1信号的上升沿触发捕获，那通过电路，TI1FP1还可以同时触发从模式，这个从模式里就有电路，可以自动完成CNT的清零。可以看出，这个从模式就是完成自动化操作的利器。

主从触发模式：（博主自命名，笔记）就是主模式，从模式，和触发源选择这三个功能的简称，
其中主模式可以将定时器内部的信号，映射到TRGO引脚，用于触发别的外设，所以这部分叫做主模式
从模式就是接收其他外设或者自身外设的一些信号，用于控制自身定时器的云鼎，也就是被别的信号控制，所以这部分叫做从模式。

触发源选择，就是选择从模式的触发信号源的，可以认为它是从模式的一部分。触发源选择，选择指定一个信号，得到TRGI，TRGI去触发从模式，从模式可以在这个列表里，选择一项操作来自动执行。

如果想完成刚才所讲的任务，想让TI1FP1信号自动触发CNT清零，那触发源的选择，就可以选中TI1FP1，从模式执行的操作，就可以选择执行Reset的操作，这样TI1FP1的信号就可以自动触发从模式，从模式自动清零CNT，实现硬件全自动测量。有关的具体内容可以看手册
还有很多其他的高级功能，可以用主从触发模式来实现，然后主模式还可以选择复位，使能，比较脉冲，和4个OCREF信号，作为TRGO的输出，具体描述，可以看手册。（不要去计，知道有这么个东西在就可以了）

再往下，有从模式的触发源可选信号，可以选择这些信号去触发从模式，

触发后执行的操作：有很多。
复位模式就是清零

对应PPT就是三个图：主模式、触发源选择、从模式
在库函数里也非常简单，对应三个函数：调用函数，给个参数，就行了

把之前所有的东西结合到一起，得到两个图：

这两个图也分别对应了我们演示的两个代码的逻辑，

输入捕获基本结构：只使用了一个通道，目前只能测量频率。
右上角是时基单元，把时基单元配置好，启动定时器。CNT就会在预分频器之后的时钟驱动下，不断自增。CNT就是我们测周法用来计时计数的东西。经过预分频器之后的时钟频率，就是驱动CNT的标准频率fc。这里不难看出，标准频率=72MHz/预分频系数，然后下面输入捕获通道1的GPIO口，输入这样一个方波信号，经过滤波器和边沿检测，选择TI1FP1为上升沿触发，之后输入选择直连的通道，分频器选择不分频，当TI1FP1出现上升沿之后，CNT的当前计数值就会转运到CCR1里，同时触发源选择，选中TI1FP1为触发信号，从模式选择复位操作。这样TI1FP1的上升沿，也会通过上面这一路，去触发CNT清零，当然这里会有个先后顺序，肯定得是先转运CNT的值到CCR里去，再触发模式下给CNT清零，CNT的值转到CCR，同时0转移到CNT里面去。或者是非阻塞的同步转移，CNT的值转到CCR，同时0转移到CNT里面去。总之不会先清零，再捕获，要不然捕获值都是0了。这是两条路的执行逻辑。

左上角的图：信号出现一个上升沿，CCR1=CNT，就是把CNT的值转运到CCR1里面去，这是输入捕获自动执行的。然后CNT=0，这是从模式自动执行的。CCR1的值，始终保持为最新一个周期的计数值。这个计数值就是N，然后fc/N ，就是信号的频率。所以当我们想要读取信号的频率时，只需要读取CCR1得到N，再计算fc/N ，就行了。

注意事项：CNT的值是有上限的，ARR一般设置为最大65535，那CNT最大也只能计65535个数，如果信号频率太低，CNT计数值可能会溢出。
从模式触发源的选择，在这里看到只有TI1FP1和TI2FP2，没有TI3和TI4的信号，所以如果想会用从模式自动清零CNT，就只能用通道1和2，对于通道3和4，就只能开启捕获中断，在中断里手动清零了，不过这样，程序就会处于频繁中断的状态。比较消耗软件资源。

PWMI使用了两个通道同时捕获一个引脚，可以同时测量周期和占空比，上面部分的结构，和输入捕获一样。下面多了个通道，首先TI1FP1配置上升沿触发，触发捕获和清零CNT，正常地捕获周期。
这时我们再来一个TI1FP2，配置为下降沿触发，通过交叉通道，去触发通道2的捕获单元。
发生什么：最开始上升沿，CCR1捕获，同时清零CNT，之后CNT一直++ ，然后在下降沿这个时刻，触发CCR2捕获，所以这时CCR2的值，就是CNT从这里到这里的计数值，（脉宽），所以这时CCR2的值，就是CNT从这里到这里的计数值，就是高电平期间的计数值，CCR2捕获，并不触发CNT清零，直到下一次上升沿，CCR1捕获周期，CNT清零，CCR1就是一整个周期的计数值，CCR2就是高电平期间的计数值，用CCR2/CCR1就是占空比，这就是PWMI模式，使用两个通道来捕获频率和占空比的思路。
另外这里，你可以两个通道同时捕获第一个引脚的输入，这样通道2的前面这一部分就没有用到，当然也可以配置两个通道同时捕获第二个引脚的输入，这样我们就是使用TI2FP1和TI2FP2这两个引脚了，这两个输入可以灵活切换。
手册里对应输入捕获模式和PWM输入模式。

TIM_PrescalerConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t Prescaler, uint16_t TIM_PSCReloadMode);
它并不叫SetPrescaler，而叫PrescalerConfig这个是这个库的命名规范，都是一个意思，写入PSC，单独写入PSC，还有一个重装模式的参数，参数第一个TIMx，用定时器2就用TIM2，第二个Prescaler，就是要写入PSC的值，我们直接把外层函数的这个参数传进去，第三个ReloadMode 重装模式，（指定定时器预分频器的重装模式），这个参数可以是下面的其中一个值，第二个Immediate，预分频器立即重装，说白了还是影子寄存器，预装载，这个问题，就是你写入的值，是立刻生效，还是在更新事件生效。立即生效，可能会在值改变时产生切断波形的现象，在频率变化时，就会出现一个不完整的周期
那在更新事件生效，就是会有一个缓存器，延迟参数的写入时间，等一个周期结束后，在更新事件时，再统一改变参数。保证每个周期的完整。

代码就是打通电路图：
步骤：
1.RCC开启时钟，把GPIO和TIM的时钟打开
2.GPIO初始化，把GPIO配置成输入模式，一般选择上拉输入或者浮空输入模式
3.配置时基单元，让CNT计数器在内部时钟的驱动下自增运行
4.配置输入捕获单元，包括滤波器、极性、直连通道还是交叉通道、分频器这些参数，用一个结构体就可以统一进行配置了
5.选择从模式的触发源，触发源选择为TI1FP1，这里调用一个库函数，给一个参数就行了
6.选择触发之后执行的操作，进行Reset操作，也是调用一个库函数就行了。 调用TIM_Cmd函数，开启定时器，
这样所有的电路就能配合起来，按照我们的要求工作了。

TIM_ICStructInit，可以给输入捕获结构体赋一个初始值，
TIM_SelectInputTrigger 选择输入触发源TRGI
TIM_SelectOutputTrigger 选择输出触发源TRGO
TIM_SelectSlaveMode 选择从模式
TIM_SetIC1Prescaler 配置通道1的分频器，这个参数结构体里也可以配置，是一样的效果。
TIM_GetCapture1 分别读取4个通道的CCR 这个函数和SetCompare1是对应的，读写的都是CCR寄存器

滤波器和分频器的区别：虽然两个都是计次的东西，但是滤波器计次，并不会改变信号的原有频率，一般滤波器的采样频率都会远高于信号频率，所以它只会滤除高频噪声，是信号更平滑，1KHz滤波之后仍然是1KHz,信号频率不会变化。
而分频器就是对信号本身进行计次了，会改变频率，1KHz2分频之后就是500Hz,4分频就是250Hz，

TIM_ICPolarity,极性，对应的就是边沿检测，极性选择的部分。

TIM_PWMIConfig(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_ICInitTypeDef* TIM_ICInitStruct);
TIM_PWMIConfig（选择定时器，取地址把结构体变量放过来）

ST公司怕我们麻烦，来快捷完成这个配置，就是我们之前说的TIM_PWMIConfig，在函数里，会自动把剩下的一个通道初始化成相反的配置。那函数里面就会顺带配置通道2，交叉，下降沿。比如我传入通道1，直连，上升沿，那函数里面就会顺带配置通道2，交叉，下降沿，可以快捷地把电路配置成PWMI模式的标准结构，

执行完这个函数，PWMI电路就配置好了，接着主从模式启动定时器，最后获取频率的函数，不用改。再写一个获取占空比的函数。
自己测自己不存在晶振误差，只会同频。 如果要测量别的信号， 数值可能会有些抖动了，后期可以再做一些滤波处理，
实际测量过程中，还会有晶振误差，比如STM32的晶振不是那么准，在计次几百几万次之后，误差积累起来，会造成一些影响。
测外部电路

测量频率的性能：测频率的范围：目前给的标准频率是1MHz，计数器最大只能到65535，所以测量的最低频率是1M/65535，这个值大概是15Hz,如果频率再低，计数器就要溢出了，所以最低频率就是15Hz左右，如果想要再降低一些低频频率的限制，可以把预分频再加大，这样标准频率就更低，所支持测量的最低频率也就更低。然后测量的上限，就是支持的最大频率，这个最大频率，并没有一个明显的界限，因为随着待测频率的增大，误差也会逐渐增大，如果非要找个频率上限，那就是标准频率1MHz，超过1MHz，信号频率比标准频率还高，就测不了，但是这个1MHz的上限并没有意义，因为信号频率接近1MHz时，误差非常大了，所以最大频率要看你对误差的要求。在这里如果要求误差等于千分之一是，频率为上限，那就是1MHz/1000=1KHz，如果想提高频率的上限，就要把PSC降低一点。
提高标准频率，上限就会提高，