蓝桥杯嵌入式如何输入捕获频率和占空比

<think>好的，我需要帮助用户在蓝桥杯嵌入式比赛中实现输入信号的频率和占空比捕获。首先，我需要回顾输入捕获的基本原理和相关配置步骤。根据引用[1]和[2]，蓝桥杯比赛中通常使用定时器的输入捕获模式，通过配置定时器的通道和中断来捕获信号的边沿，从而计算频率和占空比。 首先，我需要确定使用的定时器和通道。例如，用户可能使用TIM3的通道1和通道2，如引用[2]中提到的HAL_TIM_IC_Start_IT函数。接下来，配置定时器的基础参数，如时钟源、预分频器、计数器模式等，以确保定时器的计数频率足够高，能够准确捕获高频信号。 然后是输入捕获模式的设置。根据引用[1]，输入捕获直接模式需要配置通道为输入捕获模式，并设置触发边沿（上升沿和下降沿）。通常，占空比测量需要同时捕获上升沿和下降沿的时间戳。例如，先捕获上升沿，然后切换到下降沿，再次捕获，再切换回上升沿，以此循环。 中断处理是关键部分。每次捕获边沿时，定时器会产生中断，在中断服务程序中读取计数器的值，并计算时间差。例如，第一次上升沿捕获时记录时间t1，下降沿捕获时记录t2，下一次上升沿捕获时记录t3。这样，周期就是t3 - t1，高电平时间是t2 - t1，从而可以计算频率和占空比。 需要注意定时器溢出的情况。如果两次捕获之间定时器计数器溢出，需要记录溢出次数，并在计算时加上溢出的时间。此外，预分频器的设置会影响定时器的分辨率和最大可测量频率，需要根据信号频率范围合理配置。 最后，用户可能需要使用HAL库提供的函数，如HAL_TIM_IC_CaptureCallback，来处理中断，并在回调函数中实现具体的计算逻辑。测试时，可以通过生成不同频率和占空比的信号来验证捕获的准确性。 可能遇到的问题包括中断处理不及时导致的数据丢失，或配置错误导致的无法正确触发捕获。需要仔细检查定时器的配置和中断优先级设置，确保系统能够及时响应捕获事件。</think>在蓝桥杯嵌入式比赛中，实现输入信号的频率和占空比捕获需通过定时器的输入捕获模式（Input Capture）完成。以下是具体实现步骤和原理： --- ### 一、硬件配置 1. **定时器选择** 使用支持输入捕获功能的定时器（如STM32G4系列的TIM2/TIM3），选择两个通道分别捕获信号的**上升沿**和**下降沿**（或通过单通道分时捕获）[^1][^2]。 2. **引脚配置** 将外部信号输入引脚（如PA6）映射到定时器的输入捕获通道（如TIM3_CH1）。 --- ### 二、定时器参数设置 1. **时钟源与预分频器** - 定时器时钟频率设为系统主频（如80MHz）。 - 预分频器（Prescaler）设置为合适值，例如： $$ \text{Prescaler} = \frac{\text{系统时钟}}{\text{目标计数频率}} - 1 $$ 若系统时钟为80MHz，目标计数频率为1MHz，则Prescaler=79。 2. **计数器模式与自动重装载值** - 设置为向上计数模式，自动重装载值（ARR）为最大值（如0xFFFF），避免频繁溢出。 --- ### 三、输入捕获模式配置 1. **通道配置** - **通道1**：捕获上升沿（测量周期） - **通道2**：捕获下降沿（测量高电平时间） 或通过单通道切换边沿触发（需中断中动态修改极性）。 2. **直接模式（Direct Mode）** 使用`TIM_ICInitStruct.ICFilter`设置滤波参数，减少信号抖动干扰[^1]。 --- ### 四、代码实现（基于HAL库） ```c // 初始化定时器输入捕获 void MX_TIM3_Init(void) { TIM_IC_InitTypeDef sConfigIC = {0}; htim3.Instance = TIM3; htim3.Init.Prescaler = 79; // 预分频器 htim3.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP; htim3.Init.Period = 0xFFFF; // 自动重装载值 HAL_TIM_IC_Init(&htim3); // 通道1配置（上升沿） sConfigIC.ICPolarity = TIM_ICPOLARITY_RISING; sConfigIC.ICSelection = TIM_ICSELECTION_DIRECTTI; sConfigIC.ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1; sConfigIC.ICFilter = 0; HAL_TIM_IC_ConfigChannel(&htim3, &sConfigIC, TIM_CHANNEL_1); // 通道2配置（下降沿） sConfigIC.ICPolarity = TIM_ICPOLARITY_FALLING; HAL_TIM_IC_ConfigChannel(&htim3, &sConfigIC, TIM_CHANNEL_2); // 启动捕获和中断 HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim3, TIM_CHANNEL_1); HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim3, TIM_CHANNEL_2); } // 中断回调函数 void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) { static uint32_t t1, t2, t3; if (htim->Channel == HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_1) { // 上升沿 t1 = HAL_TIM_ReadCapturedValue(htim, TIM_CHANNEL_1); __HAL_TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(htim, TIM_CHANNEL_1, TIM_ICPOLARITY_FALLING); } else if (htim->Channel == HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_2) { // 下降沿 t2 = HAL_TIM_ReadCapturedValue(htim, TIM_CHANNEL_2); __HAL_TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(htim, TIM_CHANNEL_1, TIM_ICPOLARITY_RISING); t3 = HAL_TIM_ReadCapturedValue(htim, TIM_CHANNEL_1); // 下一次上升沿 // 计算频率和占空比 uint32_t period = t3 - t1; // 周期（计数器差值） uint32_t pulse_width = t2 - t1; // 高电平时间 float frequency = 1e6 / period; // 假设计数频率为1MHz float duty_cycle = (pulse_width * 100.0) / period; } } ``` --- ### 五、关键公式 1. **频率计算** $$ \text{Frequency} = \frac{\text{定时器计数频率}}{\text{捕获的周期值}} $$ 例如：若计数频率为1MHz，周期值为2000，则频率为500Hz。 2. **占空比计算** $$ \text{Duty Cycle} = \frac{\text{高电平时间}}{\text{周期}} \times 100\% $$ --- ### 六、注意事项 1. **溢出处理** 若两次捕获间发生计数器溢出，需记录溢出次数并修正周期计算[^1]。 2. **信号滤波** 通过`ICFilter`参数抑制噪声，避免误触发。 3. **中断优先级** 确保输入捕获中断优先级高于其他可能阻塞的中断。 ---