1、需求

最近做的一個項目，其中有一個傳感器輸出是pwm波形，頻率代表速度，頻率越高速度越快。不同的占空比代表不同的故障類型。占空比10%~90%，頻率范圍20hz ~1khz。

基于以上的需求，單片機要實現兩個功能：
1、測量頻率
2、測量占空比
這怎么玩呢？從沒搞過啊。

2、需求分析

經過查找資料以及參考正點原子的教程，發現單片機的定時器的輸入捕獲功能能夠實現該功能。

2.1分析

如上圖所示，測量占空比和測量頻率實際上就是測量波形的長度。
對于占空比，就是測量T2與T1時刻的差值
對于頻率，就是測量T3與T1時刻的差值
仔細分析下就這么簡單。那么具體怎么實現呢。

2.2 輸入捕獲模式

上圖為輸入捕獲模式的示意圖，具體工作如下：
1、將定時器設置為向上計數模式
2、將定時器通道x設置為上升沿捕獲
3、在t1時刻通道x捕獲到了上升沿，此時計數值為CCRx1，將定時器cnt清0，相當于將t1時刻置位為0時刻
4、在t1時刻要將定時器捕獲模式設置為下降沿捕獲
4、在t2時刻捕獲到了一個下降沿，此時的定時器計數值為CCRx2，假如t1到t2時刻經過的時間比較長，那么定時器肯定會出現計數值溢出重載，假設溢出了n次。
5、假設定時器的頻率為1Mhz，定時器計數值為1000，相當于計數器每增加一次，時間過去了1us。最終
t2-t1=（CCRx2+n*1000）*1 us

以上這個簡單的例子可以實現測量pwm的高電平長度，要測量整個pwm波形長度，就需要在上述的t2時刻將定時器捕獲模式設置為上升沿，在t3時刻捕獲到上升沿，此時的計數值記為CCrx3。此時定時器溢出次數記為n1則
t3-t1=（CCRx3+n1*1000）*1us

通過以上分析便可實現測量pwm波形的占空比以及頻率。可以滿足上述的需求。

3.代碼實現

筆者使用的gd32f3x，與f1基本差不多，只是部分庫函數有區別。根據以上的分析，代碼中需要有兩個中斷。
1、定時器溢出中斷
2、定時器捕獲中斷

3.1定時器初始化

void timer2_config(void) {rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA);rcu_periph_clock_enable(RCU_AF);gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_IN_FLOATING, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_6);/* TIMER0 configuration: generate PWM signals with different duty cycles:TIMER0CLK = SystemCoreClock / 108 = 1MHz */timer_parameter_struct timer_initpara;rcu_periph_clock_enable(RCU_TIMER2);timer_deinit(TIMER2);/* TIMER0 configuration */timer_initpara.prescaler = 120-1;timer_initpara.alignedmode = TIMER_COUNTER_EDGE;timer_initpara.counterdirection = TIMER_COUNTER_UP;timer_initpara.period = 65535; //寄存器為16位timer_initpara.clockdivision = TIMER_CKDIV_DIV1;timer_initpara.repetitioncounter = 0;timer_init(TIMER2,&timer_initpara);timer_icintpara.icpolarity = TIMER_IC_POLARITY_RISING;timer_icintpara.icselection = TIMER_IC_SELECTION_DIRECTTI;timer_icintpara.icprescaler = TIMER_IC_PSC_DIV1;timer_icintpara.icfilter = 0;timer_interrupt_flag_clear(TIMER2,TIMER_INT_FLAG_UP|TIMER_INT_FLAG_CH0);timer_input_capture_config(TIMER2,TIMER_CH_0,&timer_icintpara);timer_interrupt_enable(TIMER2,TIMER_INT_UP|TIMER_INT_CH0);nvic_irq_enable(TIMER2_IRQn, 13,0); //中斷優先級設置為最低/* auto-reload preload enable */timer_auto_reload_shadow_enable(TIMER2);timer_enable(TIMER2);}

gd32f3x運行的頻率最大為120M，上述代碼將定時器定時基準設置為1us，定時器計數值設置為最大0xffff（65535），注意timer的計數寄存器長度為16位，最大只能是65535.千萬不要將其當做32位，在正點原子的例程中，是將其設置為0xffffff，但實際測試，根本不行的。這一點要注意。
相當于最大定時時長為65.5ms，如果不溢出的話最小測量的頻率為15hz。

3.2定時器中斷代碼

uint16_t over_time = 0; //記錄定時器溢出次數 uint16_t over_timer1 = 0; //記錄t2時刻定時器溢出次數 uint16_t over_timer2 = 0; //記錄t3時刻定時器溢出次數 uint32_t capture_value1 = 0; //記錄t2時刻計數值 uint32_t capture_value2 = 0; //記錄t3時刻計數值 uint8_t capture_state1 = 0; //狀態切換void TIMER2_IRQHandler(void) {if(timer_interrupt_flag_get(TIMER2,TIMER_INT_FLAG_UP)==SET){over_time++;timer_interrupt_flag_clear(TIMER2,TIMER_INT_FLAG_UP);}if(timer_interrupt_flag_get(TIMER2,TIMER_INT_CH0)==SET){switch(capture_state1){case 0 : // 捕獲到上升沿 清零定時器capture_value1 = 0; //清0 捕獲capture_value2 = 0; //清0 捕獲over_time = 0;over_time1 = 0;over_time2 = 0;timer_disable(TIMER2);timer_counter_value_config(TIMER2,0); //清0計時器 timer_icintpara.icpolarity = TIMER_IC_POLARITY_FALLING; //設置為下降沿timer_input_capture_config(TIMER2,TIMER_CH_0,&timer_icintpara);timer_enable(TIMER2);capture_state1 = 1;break;case 1 : //捕獲到下降沿over_time1 = over_time ;capture_value1 = timer_channel_capture_value_register_read(TIMER2,TIMER_CH_0);timer_icintpara.icpolarity = TIMER_IC_POLARITY_RISING; //設置為上升沿降沿timer_input_capture_config(TIMER2,TIMER_CH_0,&timer_icintpara); capture_state1 = 2;break;case 2 : //捕獲到升上沿over_time2 = over_time ;capture_value2 = timer_channel_capture_value_register_read(TIMER2,TIMER_CH_0); capture_state1 = 3;break; case 3: //空狀態 break; } timer_interrupt_flag_clear(TIMER2,TIMER_INT_CH0);}}

定時器中斷函數也比較好理解，設置為4個狀態，
0：捕獲到第一個上升沿，對應t1，將定時器清零，同時設置為下降沿捕獲，狀態設置為1
1：捕獲到第一個下降沿，對應t2，獲取捕獲到下降沿時刻時定時器的計數值。然后再設置為上升沿捕獲，狀態設置為2
2：捕獲到第二個上升沿，對應t3，獲取捕獲到上升沿時刻時定時器的計數值，狀態設置為3
3：空狀態，主要為了配合主循環中的運行函數，等下面看到主循環代碼，就可以知道這個3狀態的重要性。

以上就是定時器中斷函數的初步分析，也比較簡單。

3.3主函數代碼

uint32_t duty_cycle,frquency;while(1){if(capture_state1 == 3){duty_cycle = (capture_value1+over_time1*65536)*100/(capture_value2+over_time2*65536);frquency = 1000000/(capture_value2+over_time2*65536);printf("overtime:%d time1:%d time2:%d DutyCycle:%d rate:%d \r\n",over_time1,capture_value1,capture_value2,duty_cycle,frquency);over_time = 0;over_time1 = 0;over_time2 = 0;capture_value1 = 0;capture_value2 = 0;capture_state1 = 0;} delay(10);}

在主函數中，通過判斷當前的狀態來計算占空比和頻率，如果去掉狀態3，只用狀態2判斷，那么當在中斷函數狀態1中，將狀態設置為2后，退出中斷函數，此時主函數發現狀態為2便進行了占空比和頻率的計算，而此時的capture_value2是0。相當于在T3時刻之前，主函數得到了運行。造成計算錯誤的問題，這里當時排查了好久，才發現是這個問題，所以最終加上了空狀態3，確保主函數運行是在T3時刻之后，所有的數值都是有效的。

4、最終運行效果

可以看到能夠正常測量頻率和占空比。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的GD32测量pwm波频率以及占空比的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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