【RTT-Studio】详细使用教程五：PWM输入捕获

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一、简介

本文将基于STM32F407VET6介绍，如何使用RT-Thread Studio开发环境下使用PWM输入捕获。主要是使用RTT自带的定时器设备进行编写的驱动函数，更加快捷便利。

二、RTT时钟配置

由于使用RTT生成的工程默认使用的是系统内部时钟，便于我们对时间的控制，所以通常会使用外部时钟，因此需要对工程中的时钟进行更改，更改内容如下：

打开RT-Thread Studio软件新建基于芯片的项目，并使用外部时钟系统。
在drv_clk.c文件中添加时钟配置函数，并且注释内部时钟的调用。

/**
  * @brief System Clock Configuration
  * @retval None
  */
void SystemClock_Config(void)
{
    RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
    RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

    /** Configure the main internal regulator output voltage
     */
    __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();
    __HAL_PWR_VOLTAGESCALING_CONFIG(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1);

    /** Initializes the CPU, AHB and APB busses clocks
     */
    RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
    RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = 4;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 168;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = RCC_PLLP_DIV2;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = 4;
    if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }

    /** Initializes the CPU, AHB and APB busses clocks
     */
    RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK | RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
            | RCC_CLOCKTYPE_PCLK1 | RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
    RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
    RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
    RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV4;
    RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;

    if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_5) != HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }
}

void clk_init(char *clk_source, int source_freq, int target_freq)
{
//    system_clock_config(target_freq);
    SystemClock_Config();
}

三、PWM初始化配置

1.打开PWM驱动框架
在RT-Thread Setting 中借助图形化配置工具打开定时器的驱动框架，如下图所示：
在这里插入图片描述

2.定义定时器宏定义
在board.h文件中添加定时器的宏定义，从而保证能够使用定时器的相关驱动函数。本文介绍的是使用定时器3来进行输入捕获的获取。

/*-------------------------- HARDWARE TIMER CONFIG BEGIN --------------------------*/

/** if you want to use hardware timer you can use the following instructions.
 *
 * STEP 1, open hwtimer driver framework support in the RT-Thread Settings file
 *
 * STEP 2, define macro related to the hwtimer
 *                 such as     #define BSP_USING_TIM  and
 *                             #define BSP_USING_TIM1
 *
 * STEP 3, copy your hardwire timer init function from stm32xxxx_hal_msp.c generated by stm32cubemx to the end of board.c file
 *                 such as     void HAL_TIM_Base_MspInit(TIM_HandleTypeDef* htim_base)
 *
 * STEP 4, modify your stm32xxxx_hal_config.h file to support hardwere timer peripherals. define macro related to the peripherals
 *                 such as     #define HAL_TIM_MODULE_ENABLED
 *
 */

#define BSP_USING_TIM
#ifdef BSP_USING_TIM
#define BSP_USING_TIM3
#endif

/*-------------------------- HAREWARE TIMER CONFIG END --------------------------*/

3.编写输入捕获初始化代码
可以使用STM32CubeMx自动生成代码，使能TIM3定时器。这里的初始化代码是用于PWM输出控制的定时器初始化，所以本实验是生成一个PWM信号，输入到该引脚进行输入捕获试验。

void HAL_TIM_Base_MspInit(TIM_HandleTypeDef* tim_baseHandle)
{
    if(tim_baseHandle->Instance==TIM12)
    {
        /* TIM12 clock enable */
        __HAL_RCC_TIM12_CLK_ENABLE();
    }
}

void HAL_TIM_MspPostInit(TIM_HandleTypeDef* timHandle)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    if(timHandle->Instance==TIM12)
    {
        __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
        /**TIM12 GPIO Configuration
        PB15     ------> TIM12_CH2
        */
        GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_15;
        GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
        GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
        GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
        GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF9_TIM12;
        HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
    }
}

4.打开STM32宏定义
在driver中的stm32f4xx_hal_conf.h中定时器宏定义打开。
在这里插入图片描述

5.初始化定时器
如果初始化的定时器没有，需要进行定义，主要是在tim_config.h中定义名称、中断函数名称等内容

#ifdef BSP_USING_TIM3
#ifndef TIM3_CONFIG
#define TIM3_CONFIG                                         \
    {                                                       \
       .tim_handle.Instance     = TIM3,                     \
       .tim_irqn                = TIM3_IRQn,                \
       .name                    = "timer3",                 \
    }
#endif /* TIM3_CONFIG */
#endif /* BSP_USING_TIM3 */

6.使用STM32CubeMx进行TIM的初始化
在这里插入图片描述

Clock Source：选择内部时钟
Combined Channels：选择组合输入PWM捕获，PWM Input on CH1
PSC：设置定时器的预分频值
Counter Period：设置自动重装载值

在这里插入图片描述

打开定时器的中断

四、驱动代码编写

1.pwm_input.c

#include "pwm_input.h"

/**
 * @brief 定时器3输入引脚初始化
 */
void TIM3_Input_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

    /* Peripheral clock enable */
    __HAL_RCC_TIM3_CLK_ENABLE();
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

    /**TIM3 GPIO Configuration
     PA6     ------> TIM3_CH1
     */
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_6;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF2_TIM3;
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

    /* TIM3 interrupt Init */
    HAL_NVIC_SetPriority(TIM3_IRQn, 0, 0);
    HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM3_IRQn);
}

/**
 * @brief 定时器3初始化
 */
void MX_TIM3_Init(void)
{
    TIM_ClockConfigTypeDef sClockSourceConfig = {0};
    TIM_SlaveConfigTypeDef sSlaveConfig = {0};
    TIM_IC_InitTypeDef sConfigIC = {0};
    TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0};

    htim3.Instance = TIM3;
    htim3.Init.Prescaler = 84 - 1;
    htim3.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
    htim3.Init.Period = 0xFFFF;
    htim3.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
    htim3.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE;
    if (HAL_TIM_Base_Init(&htim3) != HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }
    sClockSourceConfig.ClockSource = TIM_CLOCKSOURCE_INTERNAL;
    if (HAL_TIM_ConfigClockSource(&htim3, &sClockSourceConfig) != HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }
    if (HAL_TIM_IC_Init(&htim3) != HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }
    sSlaveConfig.SlaveMode = TIM_SLAVEMODE_RESET;
    sSlaveConfig.InputTrigger = TIM_TS_TI1FP1;
    sSlaveConfig.TriggerPolarity = TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_RISING;
    sSlaveConfig.TriggerPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;
    sSlaveConfig.TriggerFilter = 0;
    if (HAL_TIM_SlaveConfigSynchro(&htim3, &sSlaveConfig) != HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }
    sConfigIC.ICPolarity = TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_RISING;
    sConfigIC.ICSelection = TIM_ICSELECTION_DIRECTTI;
    sConfigIC.ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;
    sConfigIC.ICFilter = 0;
    if (HAL_TIM_IC_ConfigChannel(&htim3, &sConfigIC, TIM_CHANNEL_1) != HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }
    sConfigIC.ICPolarity = TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_FALLING;
    sConfigIC.ICSelection = TIM_ICSELECTION_INDIRECTTI;
    if (HAL_TIM_IC_ConfigChannel(&htim3, &sConfigIC, TIM_CHANNEL_2) != HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }
    sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_RESET;
    sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;
    if (HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim3, &sMasterConfig) != HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }

    HAL_TIM_Base_Start(&htim3);
    HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim3, TIM_CHANNEL_1); /* 使能定时�?2通道1的PWM输入捕获 */
    HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim3, TIM_CHANNEL_2); /* 使能定时�?2通道2的PWM输入捕获 */
}

/**
 * @brief 定时器捕获函数
 * @param htim
 */
void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
    if(htim->Instance == htim3.Instance)
    {
        switch(htim->Channel)
        {
            case HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_1:
                g_tim3.PWM_RisingCount = HAL_TIM_ReadCapturedValue(htim, TIM_CHANNEL_1); /* 占空比 */
                g_tim3.duty = (float) g_tim3.PWM_FallingCount / g_tim3.PWM_RisingCount * 100.00;
                g_tim3.fre = (float) (1.0 / ((g_tim3.PWM_RisingCount + 1) * 0.000001));
                break;

            case HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_2:
                g_tim3.PWM_FallingCount = HAL_TIM_ReadCapturedValue(htim, TIM_CHANNEL_2);
                break;

            default:
                break;
        }
    }
}

/**
 * @brief
 * @param argc
 * @param argv
 * @return
 */
static int pwm_print(int argc, char *argv[])
{
    rt_kprintf(" PWM_Duty:%d.%d% ", (int) (g_tim3.duty * 100) / 100, (int) (g_tim3.duty * 10) % 10);
    rt_kprintf(" PWM_Fre:%d.%d Hz", (int) (g_tim3.fre * 100) / 100, (int) (g_tim3.fre * 10) % 10);
    rt_kprintf(" FCNT:%d us RCNT=%d us", g_tim3.PWM_FallingCount, g_tim3.PWM_RisingCount);

    return 0;
}
MSH_CMD_EXPORT(pwm_print, pwm print);

在读取定时器捕获的计数值时，使用g_tim3.duty = (float) g_tim3.PWM_FallingCount / g_tim3.PWM_RisingCount * 100.00;来计算占空比，高电平的时间比上整个周期，即占空比。
在读取频率时，使用g_tim3.fre = (float) (1.0 / ((g_tim3.PWM_RisingCount + 1) * 0.000001));来计算，其中计数值时采集到的数据，0.000001是定时器定时1us进入一次。

2.pwm_input.h

#ifndef APPLICATIONS_INC_PWM_INPUT_H_
#define APPLICATIONS_INC_PWM_INPUT_H_

#include <rtthread.h>
#include <board.h>


typedef struct m_tim3
{
    uint16_t PWM_RisingCount;   // 到上升沿时间--周期
    uint16_t PWM_FallingCount;  // 到下降沿时间--高电平时间

    float duty;                 // 占空比
    float fre;                  // 频率

} TIM3_TypeStruct;

TIM_HandleTypeDef htim3;
TIM3_TypeStruct g_tim3;

extern void TIM3_Input_Init(void);
extern void MX_TIM3_Init(void);

#endif /* APPLICATIONS_INC_PWM_INPUT_H_ */

3.main.c

#include <rtthread.h>
#include <drv_common.h>
#include "pwm.h"
#include "pwm_input.h"
#define DBG_TAG "main"
#define DBG_LVL DBG_LOG
#include <rtdbg.h>

int main(void)
{
    int count = 1;

    set_pwm_param(500, 40);

    TIM3_Input_Init();
    MX_TIM3_Init();

    while (count)
    {
        rt_thread_mdelay(1000);
    }

    return RT_EOK;
}

五、测试验证

通过示波器可以观察到输出的波形，设置的输出频率为：500Hz，输出的占空比为：50%，通过观察波形，可以看到读到的数据基本一致，和测试结果相符，实验合格。测试波形和测试数据如下：
在这里插入图片描述