簡(jiǎn)介面向需要測(cè)量脈沖、時(shí)鐘等外部信號(hào)頻率的嵌入式開(kāi)發(fā)者STM32定時(shí)器輸入捕獲頻率測(cè)量工程提供了完整可編譯的Keil源碼。資源基于HAL庫(kù)實(shí)現(xiàn)定時(shí)器時(shí)基配置、輸入捕獲通道選擇、中斷服務(wù)處理與周期/頻率換算包含初始化函數(shù)和中斷回調(diào)可直接移植到實(shí)際項(xiàng)目。壓縮包共125個(gè)文件、約1.87MB以C源碼和頭文件為核心并帶有Keil工程配置文件、編譯生成的axf/hex文件、備份文件及少量txt說(shuō)明目錄結(jié)構(gòu)典型便于對(duì)照學(xué)習(xí)和調(diào)試。已有2145人學(xué)習(xí)下載。工程覆蓋定時(shí)器配置、捕獲中斷、連續(xù)采樣的平均值計(jì)算等關(guān)鍵環(huán)節(jié)同時(shí)保留編譯中間產(chǎn)物和備份文件適合初學(xué)者理解底層捕獲機(jī)制也適合工程師快速集成或重新驗(yàn)證。通過(guò)HAL_TIM_IC_GetCapturedValue等API完整展示了捕獲寄存器的讀取與周期計(jì)算流程。1. 拿到一塊 STM32 想測(cè)方波頻率為什么先別急著翻電平有次我手頭接了一個(gè)輸出方波的傳感器信號(hào)頻率大約 100 Hz第一反應(yīng)是在 GPIO 外部中斷里數(shù)電平翻轉(zhuǎn)次數(shù)結(jié)果讀數(shù)在 98 和 103 之間跳怎么調(diào)都穩(wěn)不下來(lái)。換成定時(shí)器輸入捕獲再花十分鐘把分頻和濾波配好讀數(shù)才真正貼住信號(hào)源。這段經(jīng)歷基本代表了一類問(wèn)題STM32 測(cè)量頻率的難點(diǎn)不在讀引腳而在選對(duì)定時(shí)器的測(cè)量方式。同一個(gè)引腳測(cè) 1 Hz 和測(cè) 1 MHz 用的幾乎是兩套代碼選錯(cuò)方法要么溢出要么被中斷延遲拖垮。這篇文章按原理、最小工程代碼、量程參數(shù)、避坑記錄和進(jìn)階做法的順序把用 STM32 測(cè)量頻率的一條完整路徑講清楚適合正在做電機(jī)測(cè)速、傳感器脈沖采集或設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的開(kāi)發(fā)者。2. 測(cè)頻率的三種路數(shù)輸入捕獲、中斷計(jì)時(shí)與 PWM 捕獲模式的取舍2.1 輸入捕獲把 CNT 鎖存進(jìn) CCR兩次鎖存之差就是周期輸入捕獲的原理一句話就能說(shuō)清定時(shí)器的 CNT 寄存器一直按內(nèi)部時(shí)鐘遞增外部信號(hào)接到捕獲通道上當(dāng)檢測(cè)到指定邊沿時(shí)硬件把當(dāng)前 CNT 值鎖存到捕獲寄存器 CCR同時(shí)觸發(fā)一次中斷。兩次相鄰上升沿的 CCR 差值就是被測(cè)信號(hào)一個(gè)周期的長(zhǎng)度。反向換算一下就得到頻率。這個(gè)方案的決定性優(yōu)勢(shì)是測(cè)量時(shí)刻由硬件決定不經(jīng)過(guò)軟件判斷也不受中斷響應(yīng)延遲影響。比如用 72 MHz 計(jì)數(shù)頻率去測(cè) 1 kHz 方波兩次捕獲之間 CNT 大概走了 72000那么周期就是 72000 個(gè) tick頻率算出來(lái)就是 1 kHz誤差來(lái)源基本只剩 1 個(gè) tick 的量化誤差和一個(gè)可能被忽略的 CNT 回繞問(wèn)題。我一般把這個(gè)方法作為測(cè)頻率的默認(rèn)選項(xiàng)因?yàn)樗趲资?Hz 到幾百 kHz 的寬范圍內(nèi)都能用而且中斷頻率等于信號(hào)頻率比每個(gè)邊沿都進(jìn)中斷的做法負(fù)載低得多。2.2 中斷計(jì)時(shí)法代碼最簡(jiǎn)單為什么高頻和抖動(dòng)下先翻車另一條常見(jiàn)路線是 GPIO 外部中斷加一個(gè)微秒級(jí)計(jì)時(shí)器上升沿進(jìn)中斷讀一下當(dāng)前時(shí)間下次上升沿再讀一下差值就是周期。它的優(yōu)點(diǎn)是引腳選擇自由、代碼直觀適合對(duì)精度完全沒(méi)要求的場(chǎng)景。但中斷計(jì)時(shí)法有三個(gè)天生的軟肋。一是中斷響應(yīng)延遲從硬件置位中斷標(biāo)志到軟件真正讀到計(jì)數(shù)器中間要經(jīng)過(guò)壓棧、跳轉(zhuǎn)、讀寄存器這個(gè)延遲不是固定值代碼分支不同、編譯優(yōu)化不同都會(huì)帶來(lái)幾十到幾百納秒的偏差。二是抖動(dòng)如果信號(hào)沿帶毛刺中斷可能在同一個(gè)周期里觸發(fā)兩次讀數(shù)直接跳變。三是吞吐上限高頻時(shí)中斷頻繁進(jìn)入主循環(huán)被擠占丟一次中斷整個(gè)讀數(shù)就廢了。我的判斷標(biāo)準(zhǔn)是只用來(lái)測(cè)幾 kHz 以下的低頻脈沖或者是按鍵、限位開(kāi)關(guān)這種不在乎精度的計(jì)數(shù)場(chǎng)景一旦要正經(jīng)測(cè)頻率不要用它。2.3 PWM 輸入模式硬件復(fù)位定時(shí)器周期和占空比一次拿全PWM 輸入模式本質(zhì)是「從模式復(fù)位 兩路輸入捕獲」的組合。把被測(cè)信號(hào)接到 TI1配置從模式復(fù)位讓上升沿到來(lái)時(shí) CNT 直接清零同時(shí)通道 1 捕獲觸發(fā)值作為周期通道 2 配置為下降沿捕獲得到脈寬。這樣一次測(cè)量同時(shí)拿到周期和占空比全程由硬件完成捕獲順序不需要軟件判斷哪個(gè)邊沿先到。TIM_SlaveConfigTypeDef sSlaveConfig {0}; sSlaveConfig.SlaveMode TIM_SLAVEMODE_RESET; sSlaveConfig.InputTrigger TIM_TS_TI1FP1; sSlaveConfig.TriggerPolarity TIM_TRIGGERPOLARITY_RISING; sSlaveConfig.TriggerFilter 0x0F; HAL_TIM_SlaveConfigSynchro(htim, sSlaveConfig);這段配置的含義是從模式復(fù)位讓 CNT 在觸發(fā)邊沿清零觸發(fā)源選 TI1FP1 也就是 TI1 經(jīng)過(guò)濾波后的信號(hào)極性設(shè)為上升沿觸發(fā)濾波取 0x0F 用來(lái)濾掉窄毛刺。之后還要分別使能通道 1 和通道 2 的輸入捕獲把通道 2 的極性設(shè)成下降沿否則讀到的 CCR2 不是脈寬。這個(gè)方案適合被測(cè)對(duì)象本身是 PWM 信號(hào)、需要同時(shí)關(guān)心頻率和占空比的場(chǎng)合比如電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的使能反饋、開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)頻率監(jiān)控。代價(jià)是占用了定時(shí)器的兩個(gè)捕獲通道比單純測(cè)頻率多占一路資源。2.4 三種方案怎么選一張表說(shuō)清量程、誤差與資源方案典型可測(cè)量程72 MHz 主頻主要誤差來(lái)源中斷壓力適用場(chǎng)景輸入捕獲幾十 Hz 到幾百 kHz1 個(gè) tick 量化、CNT 回繞每周期一次PWM 信號(hào)、編碼器測(cè)速、通用頻率計(jì)中斷計(jì)時(shí)幾 Hz 到幾 kHz中斷延遲、邊沿抖動(dòng)每邊沿一次高頻扛不住低頻脈沖、按鍵計(jì)數(shù)、粗略測(cè)速PWM 輸入模式幾百 Hz 到幾百 kHz觸發(fā)抖動(dòng)、濾波參數(shù)每周期一次需要同時(shí)測(cè)頻率和占空比的 PWM 場(chǎng)景選型時(shí)我先回答兩個(gè)問(wèn)題被測(cè)信號(hào)是純方波還是帶著噪聲的傳感器輸出要不要同時(shí)讀占空比答案基本就指向輸入捕獲或 PWM 輸入模式。中斷計(jì)時(shí)只用于臨時(shí)驗(yàn)證引腳有沒(méi)有信號(hào)不適合做成產(chǎn)品里的正式測(cè)量路徑。3. 用 HAL 庫(kù)跑通輸入捕獲測(cè)頻率最小工程代碼與回繞處理3.1 引腳與定時(shí)器怎么配先看時(shí)鐘樹(shù)再選通道寫代碼之前先花兩分鐘確認(rèn)定時(shí)器掛在哪條總線上。以常見(jiàn)的 F103 為例主頻 72 MHzAPB1 分頻為 2 時(shí)掛在 APB1 上的 TIM3、TIM4 等定時(shí)器時(shí)鐘反而是 72 MHz而不是 APB1 外設(shè)時(shí)鐘的 36 MHz因?yàn)槎〞r(shí)器時(shí)鐘在 APB1 預(yù)分頻系數(shù)不等于 1 時(shí)會(huì)自動(dòng)翻倍。這個(gè)細(xì)節(jié)無(wú)數(shù)人栽過(guò)在 CubeMX 里把外設(shè)時(shí)鐘設(shè)成 36 MHz心想定時(shí)器也是 36 MHz結(jié)果 Prescaler 全部按一倍算錯(cuò)。通道選擇上TIM3_CH1 默認(rèn)復(fù)用引腳是 PA6TIM4_CH1 是 PB6TIM2_CH1 是 PA0。我習(xí)慣優(yōu)先用 TIM3_CH1因?yàn)?PA6 不占調(diào)試口也不和其他常用功能沖突。要注意的是 F103 上還有 AFIO 重映射如果用默認(rèn)復(fù)用引腳不需要額外配置如果換到重映射引腳必須開(kāi)啟 AFIO 時(shí)鐘并設(shè)置重映射否則中斷永遠(yuǎn)不觸發(fā)。3.2 定時(shí)器與 GPIO 初始化代碼每一個(gè)參數(shù)都說(shuō)明白下面是 CubeMX 生成習(xí)慣的 HAL 寫法我在此基礎(chǔ)上加了逐項(xiàng)注釋。先初始化定時(shí)器本身TIM_HandleTypeDef htim3; void MX_TIM3_Init(void) { TIM_IC_InitTypeDef sConfigIC {0}; htim3.Instance TIM3; htim3.Init.Prescaler 71; htim3.Init.CounterMode TIM_COUNTERMODE_UP; htim3.Init.Period 65535; htim3.Init.ClockDivision TIM_CLOCKDIVISION_DIV1; HAL_TIM_IC_Init(htim3); sConfigIC.ICPolarity TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_RISING; sConfigIC.ICSelection TIM_IC_SELECTION_DIRECTTI; sConfigIC.ICPrescaler TIM_ICPSC_DIV1; sConfigIC.ICFilter 0; HAL_TIM_IC_ConfigChannel(htim3, sConfigIC, TIM_CHANNEL_1); }參數(shù)含義逐一解釋。Prescaler 71 表示 72 MHz 定時(shí)器時(shí)鐘分頻 72 倍CNT 每 1 微秒加一分辨率對(duì)大多數(shù)低頻場(chǎng)景足夠。Period 65535 是 ARR 上限CNT 從 0 計(jì)到 65535 再回繞到 0。一個(gè)計(jì)數(shù)周期覆蓋 65.535 毫秒意味著測(cè)低于 15 Hz 的信號(hào)必須靠溢出計(jì)數(shù)后面會(huì)講。ClockDivision 影響數(shù)字濾波器的采樣時(shí)鐘分頻這里選 DIV1。ICPolarity 上升沿表示在信號(hào)上升沿捕獲。ICPrescaler 選 DIV1 表示每個(gè)事件都捕獲如果選 DIV2 會(huì)每?jī)蓚€(gè)事件才捕獲一次中斷壓力減半但會(huì)丟細(xì)節(jié)測(cè)頻率不推薦。ICFilter 先設(shè) 0讓基礎(chǔ)通路先跑通遇到毛刺問(wèn)題再開(kāi)濾波。GPIO 這邊按復(fù)用推挽配置void MX_GPIO_Init(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct {0}; __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); GPIO_InitStruct.Pin GPIO_PIN_6; GPIO_InitStruct.Mode GPIO_MODE_AF_PP; GPIO_InitStruct.Pull GPIO_NOPULL; GPIO_InitStruct.Speed GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; HAL_GPIO_Init(GPIOA, GPIO_InitStruct); }Mode 必須是 AF_PP也就是復(fù)用推挽輸出這表示引腳交給片上外設(shè)控制而不是普通 GPIO。Pull 選 NOPULL因?yàn)檩斎氩东@本身不依賴上下拉如果信號(hào)源是開(kāi)漏輸出這里要改成上拉。Speed 選 HIGH保證高頻信號(hào)邊沿不會(huì)被驅(qū)動(dòng)能力拖慢太多。在 F4 系列上還要給 GPIO_InitStruct.Alternate 賦定時(shí)器復(fù)用編號(hào)F1 用默認(rèn)復(fù)用不需要這一步。啟動(dòng)捕獲和中斷的代碼放在主循環(huán)之前HAL_TIM_IC_Start_IT(htim3, TIM_CHANNEL_1); __HAL_TIM_ENABLE_IT(htim3, TIM_IT_UPDATE); HAL_NVIC_SetPriority(TIM3_IRQn, 1, 0); HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM3_IRQn);第一行使能通道 1 的捕獲并打開(kāi)捕獲中斷第二行打開(kāi)更新中斷用來(lái)記錄 CNT 溢出第三、四行設(shè)置 TIM3 的中斷優(yōu)先級(jí)。注意這里更新中斷和捕獲中斷共用同一個(gè) TIM3 中斷向量?jī)?yōu)先級(jí)設(shè)置只是給整個(gè)外設(shè)用的。3.3 在捕獲回調(diào)里把兩次邊沿?fù)Q算成周期順帶處理 CNT 回繞如果不管 CNT 回繞代碼在低頻時(shí)可能看起來(lái)正常頻率一高就亂跳。原因是 ARR 設(shè)為 65535 后CNT 會(huì)周期性地從 65535 回繞到 0如果兩次捕獲之間發(fā)生過(guò)回繞直接做減法得到的是負(fù)值或錯(cuò)誤的小值。最小工程里的做法是開(kāi)一個(gè)溢出計(jì)數(shù)器在捕獲時(shí)把溢出次數(shù)一起算進(jìn)去。volatile uint32_t capture_last 0; volatile uint32_t overflow_cnt 0; volatile uint64_t period_ticks 0; void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) { if (htim-Instance TIM3) { overflow_cnt; } } void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) { if (htim-Instance TIM3) { uint32_t now HAL_TIM_ReadCapturedValue(htim, TIM_CHANNEL_1); uint64_t delta (uint64_t)overflow_cnt * (TIM3-ARR 1) now - capture_last; capture_last now; overflow_cnt 0; if (delta 0) { period_ticks delta; } } }邏輯說(shuō)明每個(gè)定時(shí)器溢出周期PeriodElapsedCallback 里對(duì) overflow_cnt 加一捕獲事件到來(lái)時(shí)從上次捕獲到本次捕獲之間一共走了多少 tick等于溢出次數(shù)乘以 ARR 加一再加上本次捕獲值減上次捕獲值。算完立即清零溢出計(jì)數(shù)確保下一次捕獲的統(tǒng)計(jì)區(qū)間正確。這個(gè)寫法把周期值直接放進(jìn)全局變量 period_ticks主循環(huán)只負(fù)責(zé)讀。要注意 HAL 的中斷入口里更新事件先被檢查溢出計(jì)數(shù)會(huì)先登記再進(jìn)捕獲回調(diào)所以這個(gè)差值公式的順序是成立的如果自己寫寄存器版中斷務(wù)必把溢出判斷放在讀取捕獲值之前。3.4 主循環(huán)里讀出頻率整數(shù)除法、浮點(diǎn)和刷新率怎么權(quán)衡主循環(huán)里不需要重新計(jì)算差值只做頻率換算uint32_t timer_clock 72000000 / (71 1); float freq 0.0f; while (1) { uint64_t ticks; __disable_irq(); ticks period_ticks; __enable_irq(); if (ticks 0) { freq (float)timer_clock / (float)ticks; } HAL_Delay(200); }讀 period_ticks 時(shí)臨時(shí)關(guān)中斷避免讀到一半被捕獲中斷改寫成中間狀態(tài)這是多字節(jié)變量必然要做的保護(hù)。timer_clock 等于 1 MHz對(duì)應(yīng)前面 Prescaler 71。換算頻率用浮點(diǎn)是為了低頻精度假設(shè)實(shí)際頻率是 100.4 Hzticks 約 9960整數(shù)除法會(huì)直接截成 100 Hz浮點(diǎn)能保住小數(shù)位。刷新率由 HAL_Delay(200) 控制每秒 5 次。測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速夠用。如果做快速反饋把延時(shí)縮到 20 毫秒但要確認(rèn)此時(shí)的捕獲中斷和更新中斷不會(huì)因?yàn)橹餮h(huán)頻繁搶占而互相拖累。4. 量程與參數(shù)設(shè)計(jì)把定時(shí)器當(dāng)成一把有刻度的尺子4.1 先定分辨率再定上限Prescaler 與 ARR 的配合公式配定時(shí)器參數(shù)的順序我習(xí)慣反過(guò)來(lái)先定分辨率再倒推 Prescaler最后看 ARR 能不能覆蓋目標(biāo)最低頻率。計(jì)數(shù)頻率 f_tick 等于定時(shí)器時(shí)鐘除以 Prescaler 加一一個(gè) tick 的時(shí)間是 1/f_tick測(cè)量周期的量化誤差就是 1 個(gè) tick。比如你要測(cè)的信號(hào)的周期是 10 ms用 1 us 的 tick相對(duì)誤差是 0.01%如果被測(cè)周期只有 10 us同樣 1 us 的 tick 誤差就到了 10%。所以高頻段必須先提高計(jì)數(shù)頻率也就是調(diào)小 Prescaler否則量化誤差直接吞掉測(cè)量精度。目標(biāo)頻段建議 Prescaler1 tick 時(shí)長(zhǎng)需要特別注意1 Hz ~ 100 Hz71910 us必須配合溢出計(jì)數(shù)否則 CNT 回繞漏計(jì)100 Hz ~ 1 kHz711 us默認(rèn)參數(shù)分辨率與中斷壓力均衡1 kHz ~ 100 kHz0約 13.9 nsARR 回繞頻繁溢出中斷要及時(shí)處理100 kHz ~ 1 MHz0約 13.9 ns量化誤差開(kāi)始變大建議考慮門控模式計(jì)滿一個(gè) ARR 周期的時(shí)間等于 ARR 加一乘以 tick 時(shí)長(zhǎng)。以 Prescaler 71、ARR 65535 為例一個(gè)計(jì)數(shù)周期是 65.535 ms對(duì)應(yīng)最低可測(cè)頻率大約 15 Hz。想測(cè) 1 Hz要么拉大 ARR 到接近 7 萬(wàn)要么加溢出計(jì)數(shù)后者不用動(dòng) ARR 更省事。還有一點(diǎn)容易算錯(cuò)F103 的 TIM3 掛在 APB1 上APB1 分頻為 2 時(shí)定時(shí)器時(shí)鐘是 72 MHz不是外設(shè)總線看到的 36 MHz計(jì)算 Prescaler 前先把這個(gè)數(shù)字確認(rèn)清楚。4.2 輸入濾波和信號(hào)整形傳感器信號(hào)不是直接能進(jìn)定時(shí)器的內(nèi)部 ICFilter 的作用是讓觸發(fā)信號(hào)必須連續(xù)采樣到若干個(gè)有效電平才被認(rèn)為是一次邊沿從而把窄毛刺濾掉。ICFilter 的取值范圍是 0 到 15對(duì)應(yīng) 2 到 32 次連續(xù)采樣。判斷毛刺寬度的方法很簡(jiǎn)單先用示波器看毛刺寬度小于被測(cè)信號(hào)周期的 10%就可以放心設(shè)濾波如果毛刺已經(jīng)接近正常脈沖寬度內(nèi)部濾波會(huì)連真信號(hào)一起濾掉這時(shí)候要從硬件層面處理。我會(huì)在代碼里先保持 ICFilter 0 跑通再用示波器確認(rèn)信號(hào)形狀最后根據(jù)毛刺定參數(shù)。毛刺只有幾百納秒設(shè) 0x5 左右基本能壓住毛刺達(dá)到微秒級(jí)內(nèi)部濾波的采樣窗口就不夠用了。更常見(jiàn)的問(wèn)題其實(shí)是電平調(diào)理24 V 傳感器輸出、繼電器觸點(diǎn)、帶振鈴的差分信號(hào)都不能直接接進(jìn) 3.3 V 引腳。前級(jí)要么用電阻分壓加鉗位要么用比較器整形內(nèi)部濾波只負(fù)責(zé)補(bǔ)最后一段它替代不了電平轉(zhuǎn)換。輸入引腳的上下拉也屬于這一類問(wèn)題開(kāi)漏信號(hào)不配上拉捕獲到的沿會(huì)非常不穩(wěn)定。4.3 測(cè)量窗口與刷新率測(cè)轉(zhuǎn)速和測(cè)音頻的更新要求完全不同輸入捕獲天然是單周期測(cè)量單個(gè)周期受抖動(dòng)影響大。想讀數(shù)穩(wěn)定可以做滑動(dòng)平均也可以固定一個(gè)時(shí)間段內(nèi)統(tǒng)計(jì)本質(zhì)上都是增加測(cè)量窗口。窗口越長(zhǎng)越穩(wěn)但刷新率會(huì)下降。測(cè)轉(zhuǎn)速時(shí)傳感器每圈輸出幾個(gè)脈沖轉(zhuǎn)速變化率低窗口取 0.5 到 1 秒完全沒(méi)問(wèn)題測(cè)音頻信號(hào)這類快速變化量窗口必須控制在 20 毫秒左右否則讀數(shù)拖影嚴(yán)重。我的經(jīng)驗(yàn)值是測(cè)量窗口至少覆蓋 10 個(gè)被測(cè)周期低于這個(gè)比例平均值沒(méi)有意義。比如測(cè) 100 Hz 信號(hào)窗口 100 毫秒覆蓋 10 個(gè)周期刷新率 10 Hz平衡點(diǎn)可以接受。窗口內(nèi)還可以做中值濾波而不是平均濾波因?yàn)槊桃鸬漠惓Ｖ禃?huì)把平均值拉偏中值能直接扔掉最離譜的那幾個(gè)點(diǎn)。如果窗口很長(zhǎng)、溢出中斷壓力大就把第 3 章的溢出判斷改成只在窗口結(jié)束后讀一次 CNT配合 DMA 搬運(yùn)這是后面要講的門控思路的雛形。5. 測(cè)量頻率的避坑記錄五個(gè)看過(guò)示波器才會(huì)明白的問(wèn)題5.1 讀數(shù)突然變成 0 或跳滿量程CNT 回繞沒(méi)有進(jìn)溢出中斷現(xiàn)象低頻信號(hào)測(cè)得好好的頻率一提高讀數(shù)開(kāi)始隨機(jī)變成 0 或者某個(gè)很大的數(shù)。原因ARR 65535 時(shí) CNT 回繞到 0而代碼里沒(méi)有登記溢出兩次捕獲差值變成負(fù)值或錯(cuò)誤的差值。解決打開(kāi)更新中斷在 PeriodElapsedCallback 里維護(hù)溢出計(jì)數(shù)讓差值公式把每次溢出折算成 ARR 加一。注意更新事件和捕獲事件在同一個(gè)中斷入口判斷順序一定是先處理溢出再讀捕獲值順序反了溢出就漏計(jì)這也是初學(xué)者最容易踩的坑。加完溢出計(jì)數(shù)后用 50 kHz 方波驗(yàn)證讀數(shù)應(yīng)該不再跳。5.2 信號(hào)穩(wěn)定讀數(shù)卻亂跳毛刺、極性和濾波三個(gè)環(huán)節(jié)一起查現(xiàn)象信號(hào)發(fā)生器輸出標(biāo)準(zhǔn)的 1 kHz 方波示波器看波形很干凈板子讀數(shù)卻在 990 到 1010 之間來(lái)回跳。原因多半是觸發(fā)邊沿上有亞微秒級(jí)毛刺或者是信號(hào)源與板子之間存在地環(huán)路噪聲導(dǎo)致沿的位置在抖動(dòng)。解決先檢查極性配置確認(rèn)捕獲的是上升沿還是下降沿和信號(hào)的躍遷方向一致。然后把 ICFilter 逐步加大觀察讀數(shù)是否收斂同時(shí)用短跳線直接連接信號(hào)源和板子排除長(zhǎng)線的耦合。碰上繼電器觸點(diǎn)這類接觸抖動(dòng)內(nèi)部濾波壓不住要在外部加 RC 消抖電路。5.3 PWM 占空比和示波器對(duì)不上從模式復(fù)位觸發(fā)的捕獲順序反了現(xiàn)象PWM 輸入模式下頻率讀數(shù)正確占空比卻和示波器差幾個(gè)百分點(diǎn)甚至完全反過(guò)來(lái)。原因兩個(gè)通道的捕獲順序不對(duì)。通道 1 上升沿復(fù)位并捕獲周期通道 2 下降沿捕獲脈寬如果通道 2 極性漏設(shè)成下降沿它會(huì)在通道 1 的下降沿觸發(fā)讀到的值根本不是脈寬。解決先把通道 2 的 ICPolarity 改為 FALLING再檢查 CCR1 和 CCR2 哪個(gè)更大。正常情況下 CCR2 小于 CCR1如果反了說(shuō)明觸發(fā)極性整體錯(cuò)了。濾波值設(shè)置過(guò)大也會(huì)導(dǎo)致窄脈沖被吃掉占空比偏小這種現(xiàn)象在占空比低于 10% 時(shí)尤其明顯。5.4 引腳復(fù)用沒(méi)配對(duì)代碼燒進(jìn)去采不到邊沿現(xiàn)象代碼邏輯看著沒(méi)問(wèn)題中斷就是不觸發(fā)示波器點(diǎn)引腳上有方波。原因GPIO 的模式?jīng)]設(shè)成復(fù)用推挽或者用了非默認(rèn)復(fù)用引腳但沒(méi)有配置重映射。F1 上很多人直接照抄普通 GPIO 輸入代碼Mode 設(shè)成 INPUT引腳被當(dāng)成普通 IO定時(shí)器收不到信號(hào)。解決把 GPIO_InitStruct.Mode 改成 GPIO_MODE_AF_PP如果用的不是默認(rèn)復(fù)用腳在代碼里開(kāi)啟 AFIO 時(shí)鐘并調(diào)用重映射函數(shù)。F4 上對(duì)應(yīng)的坑是 Alternate 參數(shù)沒(méi)賦定時(shí)器復(fù)用編號(hào)。這類問(wèn)題最有效的排查方式是讀一遍引腳復(fù)用表不要靠猜。5.5 示波器看信號(hào)好好的接到板子一路為零共地接好了嗎現(xiàn)象示波器探頭怎么點(diǎn)都有波形杜邦線接到開(kāi)發(fā)板后頻率顯示 0 或亂跳。原因示波器探頭的地夾在信號(hào)源地線上而開(kāi)發(fā)板的地沒(méi)有和信號(hào)源共地兩者參考電位不一致捕獲觸發(fā)始終不滿足條件。解決先把信號(hào)源的地和板子的 GND 用一根線連通再串一個(gè) 100 到 200 歐的電阻接到捕獲引腳防止振鈴。這個(gè)環(huán)節(jié)看著像玄學(xué)其實(shí)是多數(shù)「代碼沒(méi)問(wèn)題但讀數(shù)不對(duì)」的真實(shí)原因。我之前花了一下午改濾波參數(shù)最后發(fā)現(xiàn)就是地線沒(méi)接從那以后接任何信號(hào)第一件事就是確認(rèn)共地。6. 再進(jìn)一步用定時(shí)器門控模式替代中斷測(cè)頻率更穩(wěn)6.1 門控模式的思路讓被測(cè)信號(hào)當(dāng)閘門計(jì)數(shù)交給另一個(gè)定時(shí)器第 3 章的思路是每個(gè)周期進(jìn)一次捕獲中斷靠中斷完成測(cè)量。信號(hào)頻率很高時(shí)這個(gè)中斷壓力會(huì)先撐不住。門控模式把思路反過(guò)來(lái)讓一個(gè)定時(shí)器負(fù)責(zé)管理「窗口」另一個(gè)定時(shí)器在窗口打開(kāi)期間自由計(jì)數(shù)。窗口由被測(cè)信號(hào)的 N 個(gè)周期構(gòu)成窗口內(nèi)從定時(shí)器計(jì)的 tick 總數(shù)除以 N就是平均周期。中斷頻率從每周期一次降到每窗口一次而且抖動(dòng)被平均掉了。代價(jià)是需要兩個(gè)定時(shí)器做主從互聯(lián)代碼復(fù)雜度上升。6.2 主從定時(shí)器互聯(lián)的最小配置與讀數(shù)方法從定時(shí)器開(kāi)啟門控模式的代碼比較短TIM_SlaveConfigTypeDef sSlaveConfig {0}; sSlaveConfig.SlaveMode TIM_SLAVEMODE_GATED; sSlaveConfig.InputTrigger TIM_TS_ITR0; sSlaveConfig.TriggerPolarity TIM_TRIGGERPOLARITY_NONINVERTED; sSlaveConfig.TriggerFilter 0; HAL_TIM_SlaveConfigSynchro(htim2, sSlaveConfig);SlaveMode 設(shè)為 GATED 表示計(jì)數(shù)器只在觸發(fā)輸入有效期間遞增InputTrigger 選 ITR0 表示觸發(fā)源來(lái)自主定時(shí)器的 TRGO極性非反相表示觸發(fā)高電平期間計(jì)數(shù)低電平停止。實(shí)際工程里需要先按參考手冊(cè)的觸發(fā)連接表確認(rèn) ITR 編號(hào)對(duì)應(yīng)哪個(gè)主定時(shí)器再配置主定時(shí)器把外部信號(hào)轉(zhuǎn)換成窗口輸出。測(cè)量結(jié)束后去讀從定時(shí)器的 CNT就能算出平均周期。窗口邊沿處最多有 2 個(gè) tick 的量化誤差窗口越長(zhǎng)誤差占比越低。這個(gè)方法特別適合高頻、抖動(dòng)大的信號(hào)代價(jià)是占兩個(gè)定時(shí)器。用這套方案處理之前那個(gè) 100 Hz 傳感器時(shí)我把捕獲中斷全部拿掉了只留窗口結(jié)束后的讀取讀數(shù)穩(wěn)定后就沒(méi)再動(dòng)過(guò)。門控模式的配置比輸入捕獲繁瑣但它把測(cè)量從「每個(gè)邊沿?fù)寱r(shí)間」變成了「把一個(gè)窗口算清楚」工程上省心很多。也因?yàn)檫@個(gè)經(jīng)歷我現(xiàn)在拿到任何測(cè)頻需求都會(huì)先問(wèn)一句被測(cè)信號(hào)多少赫茲、要不要同時(shí)看占空比再?zèng)Q定用哪套方案。希望幫到你。本文還有配套的精品資源點(diǎn)擊獲取