TIM输入捕获及其应用场景

一，TIM输入捕获介绍（IC（Input Capture）输入捕获）

• 定义：输入捕获模式下，当通道输入引脚出现指定电平跳变（如上升沿或下降沿）时，当前定时器的计数值（CNT）会被锁存到对应的捕获/比较寄存器（CCR）中。这一过程可用于测量PWM波形的频率、占空比、脉冲间隔、电平持续时间等参数。
• 工作原理：预设分频系数和捕获沿，检测定时器通道输入的边沿信号。当信号发生跳变并且满足预设条件时，将定时器当前值寄存器CNTx的值存入捕获比较寄存器CCRx中。
• 作用：
• 可用于测量PWM波形的频率、占空比、脉冲间隔、电平持续时间等参数
• 每个高级定时器和通用定时器都拥有4个输入捕获通道
• 可配置为PWMI模式，同时测量频率和占空比
• 可配合主从触发模式，实现硬件全自动测量

二、TIM输入捕获的基本步骤

1. 开启时钟：使能定时器和相关GPIO端口的时钟。
2. 初始化GPIO：将GPIO端口配置为输入模式，并根据需要选择上拉输入或浮空输入。
3. 配置时钟源：选择定时器的时钟源，通常是内部时钟。
4. 初始化时基单元：配置定时器的预分频器（PSC）、自动重装载值（ARR）等参数，以控制定时器的计数频率和周期。
5. 初始化输入捕获单元：配置输入捕获通道、极性、滤波器、分频器等参数。例如，选择捕获通道、设置捕获极性（上升沿或下降沿）、配置输入捕获映射通道、设置预分频系数等。
6. 触发源选择以及从模式配置：选择定时器的触发源，并配置从模式（如复位模式），以便在捕获事件发生时执行特定的操作（如清零计数器）。
7. 使能定时器：启动定时器，开始捕获外部输入信号。

三、TIM输入捕获的应用场景

1，频率测量：

通过测量一定时间内输入信号的上升沿（或下降沿）数量，可以计算出输入信号的频率。常用的方法包括测频法和测周法。

TIM测量频率时，测频法、测周法以及频率测量法（通常指直接的频率测量，不涉及等精度测量等高级方法）各有特点，适用于不同的场景。以下是这三种方法的详细比较及适用场景分析：

1.1、测频法

定义与原理：

• 测频法是在一个固定的闸门时间（如1秒）内，对被测信号的上升沿（或下降沿）进行计数，得到计数值N。然后，通过公式f=N/T计算出被测信号的频率，其中f为被测信号的频率，T为闸门时间。

特点：

• 适合于高频信号的测量。
• 测量结果更新较慢，因为每次测量都需要等待整个闸门时间结束。
• 测量误差与被测信号的频率成反比，即信号频率越高，相对误差越小。

适用场景：

• 当被测信号的频率较高时，测频法能够提供较为准确的测量结果。

1.2、测周法

定义与原理：

• 测周法是通过测量被测信号的一个完整周期的时间T，然后通过公式f=1/T计算出被测信号的频率。在实际应用中，通常使用一个已知的标准频率信号作为计数器的时钟脉冲，测量被测信号周期内的标准频率脉冲数N，再通过公式f=fc/N计算被测信号的频率，其中fc为标准频率信号的频率。

特点：

• 适合于低频信号的测量。
• 测量结果更新较快，因为每次测量只需要等待一个信号周期结束。
• 测量误差与被测信号的频率和标准频率信号的频率有关，信号频率越低或标准频率越高，相对误差越小。

适用场景：

• 当被测信号的频率较低时，测周法能够提供较为准确的测量结果。

1.3、频率测量法（直接测量法）

定义与原理：

• 频率测量法通常指的是在一段时间内直接对被测信号的脉冲数进行计数，然后根据计数结果和测量时间计算出被测信号的频率。这种方法可以视为测频法的一种简化形式，但不涉及等精度测量等高级技术。

特点：

• 适用于频率范围较宽的信号测量，但精度可能受限于测量时间和信号稳定性。
• 测量误差与被测信号的频率、测量时间以及信号稳定性等因素有关。

适用场景：

• 在对测量精度要求不高，且信号频率范围较宽的情况下，可以使用频率测量法进行初步的频率估算。

1.4、总结与选择建议

• 在选择测量方法时，需要根据被测信号的频率范围、测量精度要求以及测量设备的性能等因素进行综合考虑。
• 对于高频信号，测频法通常更为适用；而对于低频信号，测周法则更具优势。
• 如果需要进一步提高测量精度，可以考虑采用等精度测量等高级方法，这些方法通常结合了测频法和测周法的优点，能够在宽频率范围内提供高精度的测量结果。

在实际应用中，还需要考虑信号的稳定性、噪声水平以及测量设备的精度和分辨率等因素对测量结果的影响。

2，脉宽测量

通过测量输入信号高电平（或低电