简介
单片机的定时器/计数器是一种非常常见的功能模块，可以用来精确测量时间间隔、生成定时中断、计数等。在本教程中，我们将重点介绍如何使用定时器/计数器来进行频率计算，即测量外部信号的频率。
原理
单片机的定时器/计数器一般可以计数外部信号的边缘上升或下降沿，根据计数器的溢出周期和计数值，我们可以计算出外部信号的频率。
假设我们要测量一个频率为F的方波信号，周期为T，那么该信号的高电平时间为T/2，低电平时间也为T/2。我们可以使用定时器/计数器计算出方波信号高电平时间的计数值Count_high，然后计算频率F：
F = 1 / (T/2) = 2 / T
因为定时器/计数器一般工作在单位时间计数一次的模式，所以我们可以将计数值Count_high除以定时器的溢出周期，得到一个比例因子，然后与常数2除以溢出周期的结果相乘，即可得到频率。
硬件准备
- 单片机开发板
- 外部方波源
- Jumper线
软件实现
这里以STM32单片机为例，使用STM32CubeIDE开发环境。
首先，我们需要配置定时器/计数器的工作模式以及溢出周期。将定时器/计数器设置为边沿计数模式，计数器边沿为上升沿，同时设置溢出周期为定时器的最大计数值。
//代码片段 1: 定时器/计数器配置
TIM_HandleTypeDef htim2;
void MX_TIM2_Init(void)
{
TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0};
TIM_IC_InitTypeDef sConfigIC = {0};
htim2.Instance = TIM2;
htim2.Init.Prescaler = 0;
htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
htim2.Init.Period = 0xFFFFFFFF;
if (HAL_TIM_IC_Init(&htim2) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_RESET;
sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;
if (HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim2, &sMasterConfig) != 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(&htim2, &sConfigIC, TIM_CHANNEL_1) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
}
然后，我们需要编写中断处理函数，在计数器溢出时执行，并在方波信号出现上升沿时执行。在定时器中断函数中，我们可以获取到计数器的计数值，并根据方波信号的高电平时间计算出频率。
//代码片段 2: 定时器中断处理函数
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
if (htim->Instance == TIM2)
{
// 定时器溢出时执行的代码
uint32_t countValue = HAL_TIM_ReadCapturedValue(htim, TIM_CHANNEL_1);
float frequency = (float)countValue * 2.0 / 0xFFFFFFFF;
// 在此处处理频率数据
}
}
void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
if (htim->Instance == TIM2)
{
// 上升沿中断执行的代码
// 在此处记录方波信号的上升沿时间
}
}
最后，在main函数中配置定时器/计数器，并使能中断。
//代码片段 3: 主函数
int main(void)
{
HAL_Init();
SystemClock_Config();
MX_TIM2_Init();
HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);
HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim2, TIM_CHANNEL_1);
while (1)
{
// 在此处执行其他代码
}
}
结论
通过以上步骤，我们成功配置了定时器/计数器，并使用中断来测量外部方波信号的频率。我们可以在定时器中断函数中，获取方波信号的高电平时间计数值，并根据公式计算出频率。这个频率可以用于许多应用，例如测量传感器输出的频率、控制器的PWM调光等。
希望这篇教程能够帮助到大家，如有疑问或建议，请留言讨论。谢谢！
参考资料：
本文来自极简博客，作者：时光旅行者酱，转载请注明原文链接：单片机定时器/计数器实战教程
