STM32CubeMX Lesson 7 ─ TIMER應用之Capture

　　TIMER 可以透過外部輸入訊號或內部訊號觸發中斷，進而產生 Capture 事件，記錄 Capture 時刻計數器的CNT值。配合計時器可以透過 Capture 信號知道中斷時的CNT值，進而量測脈衝寬度，用於量測週期性波形的頻率、週期或Duty Cycle。

　　下文將以STM32L053R8Tx為示範，使用意法半導體官方所提供的Nucleo開發板完成該實驗，使用的IDE為Keil uVision5(MDK-ARM)，而STM32CubeMX的版本為6.2.1。

在Lesson 5有介紹到 TIMER ，其中TIMER2、TIMER21、TIMER22皆可以用使用 Capture 功能，在此以TIMER2的Channel1使用Input Capture direct mode為例。

在 TIMER 中有不少的暫存器，其中CCER中有 Capture 的邊緣觸發設定，而CNT是用來記錄 TIMER 的計數值，透過下圖可以更了解我們需要紀錄的時間點。

如上圖所示，一共有三個時間點，分別是t0、t1、t2。當第一次正緣來時，則觸發 Capture 中斷，紀錄t0的Counter值，接著修改暫存器CCER的設定，使觸發條件為負緣觸發，待負緣來臨紀錄t1的Counter值，再次修改暫存器CCER的設定為正緣觸發，正緣來臨紀錄t2的Counter值，同時該t2的值也是下一個t0的值，則可以完整記錄t0、t1、t2的三個時間點，當t2-t0則是一個波的週期時間，倒數則為頻率；而(t1-t0)/(t2-t0)則是Duty Cycle。

開啟STM32CubeMX後，將 TIMER2 的Channel1設定為Input Capture direct mode輸出，可以看見PA0的Pin腳已經被設定為TIM2_CH1，而PSC不需要除頻，以最快的32Mhz計數，且Period設定為最大值65536，讓Capture的頻寬可以更大。

並且在NVIC的設定當中開啟TIMER2的中斷致能。

接著產生程式碼後，可以發現stml0xx_it.c下方多了TIM2_IRQHandler，如Lesson 5提到的TIMER內部中斷一樣。

可以發現進入中斷服務程式後，他呼叫的HAL_TIM_IRQHandler，並告知中斷源為TIM2，先編譯後對該副程式點選右鍵Go to Definition，進入該副程式的原始碼。

進入後可以看到針對不同的中斷進入方式有不同的處理及呼叫，可以觀察到有不少的觸發事件，如 Capture compare 1 event、 Capture compare 2 event、Output compare event等等。

往下拉可以看到TIM Input capture event，這正是TIMER2中斷進入後所處理的事件，並且可以看到清除中斷旗標後，呼叫了HAL_TIM_IC_CaptureCallback，代表我們需要在main.c建立這個副程式，以利中斷產生時會呼叫該副程式。

對著HAL_TIM_IC_CaptureCallback點選右鍵Go to Definition，了解該如何宣告此副程式到main.c。

回到main.c建立HAL_TIM_IC_CaptureCallback副程式，並判斷所傳入的中斷源是否為TIM2，因為傳入的參數是指標，因此我們判斷中斷源需要多一個”&”符號，判斷htim的位址是否與htim2的位址相同，並判斷channel是否為channel1，並宣告如下幾個變數。

t0、t1、t2用來記錄TIMER2的CNT值，Duty用來存放該輸入波型的Duty Cycle，Frequncy用來存放該輸入波型的頻率，CAP_Flag用來記錄目前的時間點是t0、t1還是t2，以及postime、negtime。

uint16_t t0,t1,t2,Duty,CAP_Flag=0;
uint16_t Frequency,postime,negtime;
void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
  if(htim==&htim2 && htim->Channel==HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_1)
	{
  }
}

接著我們來了解上方提到的CCER暫存器，可以參考資料手冊DM00095744。可以看到bit1的CC1P是用來選擇Capture的中斷edge為正緣還是負緣。若CC1P為0則為Rising edge；1則是Falling edge。

這邊可能會有疑問為什麼不在STM32CubeMX的設定介面直接選擇both edges，因為不論是正緣或是負緣皆會觸發，則我們無法判斷第一次進入是屬於正緣還是負緣，所計算的Duty Cycle就不準確。這部分也歡迎更多高手交流，或許可以從暫存器的旗標得知觸發狀態，就不需要改變CCER暫存器的內容。

了解了暫存器的內容後，回到程式碼。大致上的流程如下

• 判斷觸發源為TIMER2的Channel1
• 預設Rising edge觸發中斷，取得t0時的TIMER2 Counter值
• 改變Trigger Mode為Falling edge，並將CAP_Flag設為1
  
  
• Falling edge觸發中斷，取得t1時的TIMER2 Counter值
• 改變Trigger Mode為Rising edge
• 計算正占空比時間postime，並將CAP_Flag設為2
  
  
• Rising edge觸發中斷，取得t2時的TIMER2 Counter值
• 改變Trigger Mode為Falling edge
• 計算負占空比時間negtime
• 同時將t2賦值給t0，因t2同時是下一個波型的t0
• 計算該波型的Duty Cycle及Frequency，並將CAP_Flag設為1

※注意：若CNT值超過65535會觸發Timer update的中斷，可以判斷旗標，使t0、t1、t2為TIM2->CNT+更新次數*65535，同時變數宣告須為32位元。以下沒有做此部分，因此頻率過低會無法量測。

uint16_t t0,t1,t2,Duty,CAP_Flag=0;
uint16_t Frequency,postime,negtime;
void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
	if(htim==&htim2 && htim->Channel==HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_1)
	{
		if(CAP_Flag==0)
		{
			t0=TIM2->CNT;								//first trigger,get counter value
			TIM2->CCER|=TIM_CCER_CC1P;	//change trigger mode to falling edge
			CAP_Flag=1;
		}
		
		else if(CAP_Flag==1)
		{
			t1=TIM2->CNT;									//get counter value
			TIM2->CCER&=~TIM_CCER_CC1P;		//change trigger mode to rising edge
			if(t1>t0)postime=t1-t0;				//t1~t0 is postive duty time
			else postime=t1+(~t0)+1;
			CAP_Flag=2;
		}
		
		else if(CAP_Flag==2)
		{
			t2=TIM2->CNT;									//get counter value
			TIM2->CCER|=TIM_CCER_CC1P;		//change trigger mode to falling edge
			
			if(t2>t1)negtime=t2-t1;				//t2~t1 is negtive duty time
			else negtime=t2+(~t1)+1;
			
			t0=t2;												//t2 value also is next t0 value
			Duty=postime*100/(postime+negtime);
			Frequency=(SystemCoreClock)/(postime+negtime);
			CAP_Flag=1;						
		}
	}
}

完成後須在main function啟動TIMER2的Capture中斷，因此在while前方新增HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim2,TIM_CHANNEL_1);

接著透過訊號產生器或GPIO送一個0~3.3V的方波，頻率為250Hz至PA0。

使用Debug Mode觀察變數可以很清楚的觀察到Duty為50，且Frequency為準確的250Hz。同時可以發現postime、negtime已經接近65535，因此250Hz已是接近量測邊緣的頻率，再更低頻的頻率量測就會錯誤。

以上就是使用TIMER Capture的教學，歡迎各位嘗試把Update的旗標判斷新增進去，則可以捕捉到更低頻率的波型。