单片机输入捕获技术剖析

概述

在许多嵌入式系统中，需要对输入信号进行精确的时序测量和捕获，以实现各种功能。而单片机的输入捕获技术是一种常用的实现方式之一。本文将首先剖析单片机输入捕获技术的原理和特点，随后通过实例介绍如何设计一个高频计数器来演示输入捕获技术的应用。

单片机输入捕获技术

原理

单片机输入捕获技术是通过定时器/计数器模块实现的。定时器/计数器可以在单片机上生成一定频率的时钟脉冲，以及用于计算时间间隔或捕获外部信号的时间点。

输入捕获技术的原理是，通过设置定时器/计数器在某个触发源信号上检测边沿跳变（上升沿或下降沿），并记录该边沿发生的时间点。通过将两次捕获的时间点之差与定时器/计数器的计数值相结合，可以计算出外部信号的频率、占空比等相关参数。

特点

单片机输入捕获技术具有以下特点：

实时性：能够实时地捕获并记录外部信号的时间点。
灵活性：可以通过设置不同的触发源和捕获模式来适应不同的应用场景。
高精度：通过结合定时器/计数器的计数值，可以实现对输入信号的高精度测量。
多功能：除了进行时序测量外，还可以用于编码器、脉冲调制解调等应用。

高频计数器设计实例

硬件设计

我们以STM32单片机为例，演示一个高频计数器的设计实例。所需硬件及连线如下：

STM32开发板
外部信号源
连接线

将外部信号源通过连接线连接到STM32开发板的指定输入引脚。

软件设计

以STM32CubeIDE为例，进行如下软件设计：

创建一个新的STM32项目，并选择相应的单片机型号及启用的模块。
配置定时器/计数器模块，并选择相应的计时源、计数模式、计数边沿等设置。
配置输入捕获模块，并选择触发源、捕获边沿等设置。
在主循环中，读取捕获值并进行相应的处理，例如计算频率、占空比等。

示例代码

以下是一个简化的示例代码，用于实现一个基于STM32的高频计数器：

#include "stm32f4xx_hal.h"

TIM_HandleTypeDef htim;
uint32_t capture_value = 0;
float frequency = 0.0;

void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
    if (htim->Instance == TIMx) {
        capture_value = HAL_TIM_ReadCapturedValue(&htim, TIM_CHANNELx);
        frequency = (float)SystemCoreClock / (capture_value * 2);
    }
}

int main(void)
{
    HAL_Init();

    // 初始化时钟、定时器等模块

    HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim, TIM_CHANNELx);

    while (1) {
        // 处理捕获值，例如显示频率等
    }
}

结语

通过单片机输入捕获技术，我们可以实现对外部信号的实时测量和捕获，为嵌入式系统的各种功能提供精确的时序支持。本文通过一个高频计数器的设计实例，介绍了输入捕获技术的原理、特点及应用。希望能够对读者理解和应用单片机输入捕获技术有所帮助。

参考文献：

STM32官方文档

（本文为虚拟助手代写，仅供参考）

本文来自极简博客，作者：紫色风铃，转载请注明原文链接：单片机输入捕获技术剖析

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