一、引言

AS32系列MCU芯片集成4個高級定時器，每個定時器包含一個32位自動重載計數器，該計數器由可編程預分頻器驅動，支持遞增、遞減、中心計數、編碼器模式等計數方式。

高級定時器具有6個獨立通道，可實現測量輸入信號的脈沖寬度、可編程PWM輸出、帶死區插入的互補PWM等功能。

二、PWM簡介

PWM，全稱脈沖寬度調制。它是一種用數字信號來模擬模擬電壓的技術。簡單來說，就是快速地在“開”（高電平）和“關”（低電平）之間切換，通過改變一個周期內“開”的時間比例，來控制平均電壓。

2.1****輸出比較模式

定時器被配置為PWM模式時，會用到比較寄存器。

周期： 由自動重載寄存器決定。計數器從0計數到這個值，然后歸零，這個過程就是一個PWM周期。

占空比： 由比較寄存器決定。它設定了電平翻轉的閾值。

工作流程：

1.計數器從0開始向上計數。

2.當計數器的值 小于 比較寄存器的值時，輸出高電平（例如）。

3.當計數器的值 達到或超過 比較寄存器的值時，輸出翻轉為低電平。

4.計數器到達自動重載值后歸零，輸出重新變為高電平，開始下一個周期。

通過修改比較寄存器的值，就改變了高電平在一個周期內持續的時間，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。

驅動舵機： 舵機的角度由PWM脈沖的寬度精確控制。

控制電機速度： 通過改變平均電壓來調節直流電機轉速。

音頻輸出： 通過極高頻率的PWM，經過濾波后可以生成簡單的音頻信號。

2.2****輸入捕獲

輸入捕獲功能就像一個“高速抓拍機”。當外部引腳上發生一個特定事件（如上升沿）時，它立刻“抓拍”下當前計數器的值，并保存起來。通過分析兩次“抓拍”的值，我們就能計算出這個事件的時間參
定時器配置為輸入捕獲模式時，會用到 捕獲寄存器 。

工作流程：

1.定時器的計數器一直在自由運行。

2.當輸入引腳上出現第一個上升沿時，硬件會立即將計數器當前的值復制到捕獲寄存器中，并產生一個中斷。

3.在中斷服務程序里，程序讀取這個捕獲值（記為t1），并同時將捕獲邊沿設置為 下降沿 。

4.當引腳出現下降沿時，硬件再次將計數器的當前值捕獲（記為t2）。

5.程序計算 t2 - t1，這個差值就是高電平期間計數器計數的次數，再乘以計數周期，就得到了高電平脈沖的精確寬度。

6.同理，可以再捕獲下一個上升沿，計算出整個信號的周期。

輸入捕獲可用于：

測量脈沖寬度和頻率： 例如解碼紅外遙控信號（NEC協議）、測量超聲波測距模塊返回的脈沖寬度。

解碼編碼器信號： 讀取旋轉編碼器的位置和速度。

測量數字信號的占空比。

三、軟件設計

本文同時啟用定時器HTIM1與HTIM5的通道1與通道2。其中，兩個定時器的通道1均配置為PWM輸出模式，以生成PWM信號；相應的通道2則工作在輸入捕獲模式，并采用中斷驅動方式，以精確測量PWM信號的頻率與占空比。最終，測量數據將通過串口打印輸出。引腳連線如下：PD4->PH9， PC9->PD5

3.1軟件分析

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

硬件使能與準備

1. GPIOD_CLK_ENABLE(); // 使能GPIOD時鐘
2. HTIM1_CLK_ENABLE(); // 使能HTIM1時鐘

定時器時基配置

1. TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; // 向上計數
2. TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = arr; // 設定周期
3. TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = psc; // 設定預分頻
4. TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = rcr; // 重復計數

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; // 無濾波器
5. TIM_IC_InitStructure.TIM_ICPrescaler = 0x0; // 每個事件都捕獲

中斷與PWM輸出配置

中斷使能：

1. TIM_IT_Update：//定時器溢出更新中斷
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，讀者使用時需自行計算外設時鐘

在輸入捕獲模式下，當相應的 ICx 信號檢測到跳變沿后，將使用捕獲/比較寄存器(TIMx_CCRx)來鎖存計數器的值。簡單的說就是通過檢測 TIMx_CHx 上的邊沿信號，在邊沿信號發生跳變（比如上升沿/下降沿）的時候，將當前定時器的值（TIMx_CNT）存放到對應的通道的捕獲/比較寄存（TIMx_CCRx）里面，完成一次捕獲。

從上圖可以看出，t1-t2 時間就是需要測量的高電平時間，假如定時器工作在向上計數模式，測量方法是：首先設置定時器通道 x 為上升沿捕獲，這樣在 t1 時刻，就會捕獲到當前的 CNT 值，然后立即清零 CNT，并設置通道 x 為下降沿捕獲，這樣到 t2 時刻，又會發生捕獲事件，得到此時的 CNT 值，記為 CCRx2。根據定時器的計數頻率，就可以算出 t1-t2 的時間，從而得到高電平脈寬。在 t1-t2 時間內可能會出現 N 次定時器溢出，因此還需要對定時器溢出進行處理，防止因高電平時間過長發生溢出導致測量數據不準。CNT計數的次數等于：N*ARR+CCRx2，有了這個計數次數，再乘以 CNT 的計數周期，即可得到 t2-t1 的時間長度，即高電平持續時間。部分邏輯在中斷函數中實現：

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. }

計算并輸出PWM信號周期和頻率的函數

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的時鐘頻率為20M。

四、開發板驗證：

審核編輯 黃宇