洗衣時(shí)，領(lǐng)悟最強(qiáng) PWM 捕獲功能，1 MHz

起因

一直想通過(guò)定時(shí)器的捕獲通道捕獲 PWM，這種需求是非?；镜摹８鞣N開(kāi)發(fā)板例程也都有，但是精度不怎么樣，能捕獲的頻率也不是很高。對(duì)于高頻和高精度情況下明顯不適用。

有經(jīng)驗(yàn)的工程師會(huì)選擇參考手冊(cè)中介紹的 PWM 輸入捕獲功能，但是該功能有一個(gè)很大的限制：

一個(gè)定時(shí)器有四個(gè)通道，但是只有兩個(gè)通道才可以使用  PWM 輸入捕獲，這極大的限制了可用通道，而在有些需求中，定時(shí)器可用通道當(dāng)然是越多越好。

所以魚鷹一直在苦思冥想一個(gè)高精度的通用的 PWM 輸入捕獲程序。

領(lǐng)悟

一天晚上，魚鷹一邊洗衣，一邊思考，終于靈光一閃，既然編碼器功能可以借助兩組通道完成編碼器，為什么 PWM 輸入捕獲不能使用類似的機(jī)制呢？

手冊(cè)中的 PWM 輸入因?yàn)槭褂昧?從模式 功能，才有上述限制，只要我不使用從模式，僅僅使用兩個(gè)通道的捕獲功能，就可以解除該限制了吧？

所以借助《如何高效的擴(kuò)展定時(shí)/計(jì)數(shù)器？》里面介紹的知識(shí)，魚鷹頓悟了……

效果

左邊用邏輯分析儀設(shè)置的輸出參數(shù)，右邊通過(guò)捕獲程序捕獲的結(jié)果。

STM32F103，主頻 72 Mhz，定時(shí)器時(shí)鐘頻率 72 MHz。 

我們從上圖可以知道，即使輸入 PWM 頻率高達(dá) 1 Mhz，我們的程序還是將其準(zhǔn)確測(cè)量出來(lái)了。

當(dāng)然在占空比計(jì)算方面，因?yàn)槎〞r(shí)器頻率自身的原因，計(jì)算的并不精確，和實(shí)際的誤差比較大，不過(guò)在這么高的頻率下，只是 10% 的誤差，我認(rèn)為還是可以接受的。

而頻率達(dá)到 3 MHz 時(shí)，頻率比較接近（4 % 誤差），但是占空比已經(jīng)出現(xiàn)了很大誤差，已經(jīng)不可用了（可能計(jì)算有點(diǎn)問(wèn)題）。

100 K，占空比 5 % 的情況下，頻率測(cè)量誤差 0%，占空比誤差 1%?。?！

優(yōu)缺點(diǎn)

由于時(shí)間與篇幅原因（花了很多時(shí)間做測(cè)試），本篇筆記不會(huì)介紹捕獲原理（魚鷹要寫的話，一定會(huì)盡可能的介紹清楚，所以字?jǐn)?shù)會(huì)比較多，目前時(shí)間不足），主要是想通過(guò)本篇介紹 F103 72Mhz 的情況下所能達(dá)到的極致效果，讓各位在接任務(wù)時(shí)有一個(gè)概念，看是否能簡(jiǎn)單通過(guò) 103 完成功能。

現(xiàn)在簡(jiǎn)單介紹一下魚鷹這個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)：

1、不占用 CPU 資源，使用 DMA 與定時(shí)器捕獲功能完成。    而如果使用中斷的方式，100KHz 下，10 us 就需要進(jìn)入一次中斷，基本不用干其他事情了。一旦中斷被別的代碼短暫禁用，錯(cuò)過(guò)了捕獲，那計(jì)算的結(jié)果可能就有問(wèn)題了。

2、可以分時(shí)使用定時(shí)器的四個(gè)通道，不會(huì)被所謂的從模式所限制，但能達(dá)到和手冊(cè)介紹 PWM 輸入捕獲功能一樣的精度。

3、可以捕獲高頻信號(hào)（MHz），并且精度高。

4、精度和定時(shí)器時(shí)鐘頻率有很大關(guān)系（F1  1/72 us），如果 F4 的芯片，定時(shí)器頻率更高，那么可以達(dá)到更高的精度（可以算優(yōu)點(diǎn)，也可以算缺點(diǎn)）。

5、因?yàn)椴捎?DMA 傳輸 + 硬件（定時(shí)器）方式，計(jì)算的結(jié)果可以信任，不需要太多的處理（比如濾波）。

6、單個(gè)通道可以達(dá)到很高的捕獲率，甚至可以通過(guò)特定的算法進(jìn)行實(shí)時(shí)捕獲，而對(duì) CPU 本身的影響卻很?。床徽加?CPU 資源實(shí)時(shí)捕獲計(jì)算）。

7、解除STM32定時(shí)器只能捕獲上升沿或下降沿，而不能雙邊沿捕獲的限制。

缺點(diǎn)：

1、只能分時(shí)測(cè)量每個(gè)通道的 PWM，不能同時(shí)測(cè)量（如果頻率很高，幾十個(gè)微秒就能切換 一次測(cè)量，問(wèn)題不大）。

2、占用 DMA 傳輸通道，導(dǎo)致對(duì)應(yīng)的通道的外設(shè)不能使用（比如串口）

3、代碼很簡(jiǎn)單，但是很難理解（下面的代碼計(jì)算了所有捕獲，實(shí)際上只要計(jì)算幾個(gè)就行，因?yàn)閿?shù)據(jù)可以信任）。

uint32_t cal_duty_cycle(capture_buff_def *buff, uint32_t size){    assert_param(size > CCR_VALUE_BUFF);        for(int i = 0; i < size - 1; i++)    {        cycle_temp[(i << 1)]        = buff[i + 1].ccr1 - buff[i].ccr1;         cycle_temp[(i << 1) + 1]    = buff[i + 1].ccr2 - buff[i].ccr2;    }      for(int i = 0; i < size - 1; i++)    {        duty_cycle_temp[(i << 1)]     = /* cycle_temp[(i << 1)]  - */(buff[i].ccr1 - buff[i].ccr2);         duty_cycle_temp[(i << 1) + 1] = /* cycle_temp[(i << 1) + 1]  - */(buff[i].ccr1 - buff[i].ccr2);    }        cycle       = (1000 * 1000 * 72) / cycle_temp[20];     duty_cycle  = duty_cycle_temp[20] * 100 / cycle_temp[20];     return 0;}

咱們下期再見(jiàn)了！不出意外更新的應(yīng)該就是本篇的續(xù)集了。

來(lái)源：公眾號(hào)【魚鷹談單片機(jī)】

作者：魚鷹Osprey（emOsprey）