一、输入捕获介绍

1. 概念

输入捕获（Input Capture）是一种用于测量外部信号脉冲宽度或者频率的技术，常用于测量传感器输出、编码器信号、脉冲调制信号等。输入捕获通常通过定时器模块来实现输入捕获功能。

2. STM32F1 资源

STM32F1除了基本定时器TIM6和TIM7，其它定时器都具有输入捕获功能。

3. 捕获原理

捕获原理是指通过定时器模块捕获外部信号的特定事件，例如脉冲的上升沿或下降沿，以便测量脉冲宽度或频率。 输入捕获时，相应的ICx检测到跳变沿，TIMx_CCRx寄存器记录TIMx_CNT计数值；下次跳变时，对TIMx_CNT值进行比较。

图示如下：

注意CNT计数的次数是 $N\ast ARR+CCR\ast x2$，因为在检测周期里计数可能多次溢出，需要记录溢出次数N。
由计数效数*CNT计数周期，即捕获到信号持续时间。

二、输入捕获配置步骤

1. 使能时钟、设置端口模式

定时器需要的头文件在 stm32f10_tim.h 文件中。
下面示例使用 PA0/TIM5_CH1 引脚。

RCC_APB1PerihpClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM5,ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
// GPIO 设置为输入拉低
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPD;

2. 初始化定时器

配置定时器的时钟源、预分频器、计数模式等。

void TIM_TimeBaseInit(TIM_TypeDef *TIMx, TIM_TimeBaseInitTypeDef* TIM_TimeBaseInitStruct);

3. 设置捕获参数

开启捕获。

void TIM_ICInit(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_ICInitTypeDef* TIM_ICInitStrcut);typedef struct{uint16_t TIM_Channel;		// 通道uint16_t TIM_ICPolarity;		// 捕获极性uint16_t TIM_ICSelection;	// 映射uint16_t TIM_ICPRescaler;	// 分频系数uint16_t TIM_ICFilter;		// 滤波器长度
} TIM_ICInitTypeDef;// 设置通道1
TIM_OC1PolarityConfig(TIM5, TIM_ICPolarity_Rising);

4. 开启捕获和定时器中断（溢出中断|更新中断）

void TIM_ITConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_IT, FunctionalState NewState);
// 捕获通道1
TIM_ITConfig(TIM5, TIM_IT_Update|TIM_IT_CC1,ENABLE);NVIC_Init()

6. 编写定时器中断服务函数

TIM5_IRQHandler

7. 使能定时器

void TIM_Cmd(TIM_TypeDef* TIMx, FunctionalState NewState);

三、代码实现

1. catch_utils.h

#ifndef __CATCH_UTILS_H__
#define __CATCH_UTILS_H__
#include "stm32f10x.h"
#include "stdio.h"// 定时器溢出的次数
static u8 TIM5_Overflow = 0;
// 捕获到上升沿
static u8 TIM5_Capture = 0;
void catch_gpio_init(u16 period, u16 prescaler);
void catch_timer_enable(void);
#endif

2. catch_utils.c

#include "catch_utils.h"#define RISING 0
#define FALLING 1/*** @brief  捕获初始化
*/
void catch_gpio_init(u16 period, u16 prescaler)
{// GPIO 初始化GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM5, ENABLE);RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);// 定时器初始化TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = period;TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = prescaler;TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;TIM_TimeBaseInit(TIM5, &TIM_TimeBaseStructure);// 输入捕获初始化TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1;TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x00;TIM_ICInit(TIM5, &TIM_ICInitStructure);TIM_OC1PolarityConfig(TIM5, TIM_ICPolarity_Rising);// 开启捕获和定时器中断TIM_ITConfig(TIM5, TIM_IT_Update | TIM_IT_CC1, ENABLE);NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM5_IRQn;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}/*** 中断函数
*/
void TIM5_IRQHandler(void)
{// 如果捕获到，要翻转一下捕获方向，如果捕获到下降沿，就设置为上升沿，并计算捕获时间并输出if (TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_CC1)){if (TIM5_Capture == RISING){printf("catch rising irq, TIM5_Capture= %d \n", TIM5_Capture);TIM5_Capture = FALLING;// 关闭定时器TIM_Cmd(TIM5, DISABLE);TIM_SetCounter(TIM5, 0);TIM5_Overflow = 0;TIM_OC1PolarityConfig(TIM5, TIM_ICPolarity_Falling);TIM_Cmd(TIM5, ENABLE);}else{// 捕获到下降沿TIM5_Capture = RISING;// 计算 总时间u16 time = TIM_GetCapture1(TIM5);u32 total_time = TIM5_Overflow * 0xffff + time;printf("catch falling irq, capture time= %d, overflow count = %d \n, total=%dus", time, TIM5_Overflow, total_time);TIM_OC1PolarityConfig(TIM5, TIM_ICPolarity_Rising);}TIM_ClearITPendingBit(TIM5, TIM_IT_CC1);}else if(TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_Update)){TIM5_Overflow++;TIM_ClearITPendingBit(TIM5, TIM_IT_Update);}
}
/*** @brief 使能定时器
*/
void catch_timer_enable(void)
{TIM_Cmd(TIM5, ENABLE);
}

3. main.c

#include "gpio_utils.h"
#include "rcc_utils.h"
#include "stm32f10x.h"
#include "sys_tick_utils.h"
#include "led_utils.h"
#include "usart_utils.h"
#include "stdio.h"
#include "catch_utils.h"// 主函数
int main(void)
{GPIO_Configuration(); // 调用GPIO配置函数// tick 初始化sys_tick_init(72);led_all_off();NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);USART3_Init(9600);printf("starting...");// led 初始化custom_led_init();int i = 0;// 捕获初始化catch_gpio_init(0xffff, 72 - 1);catch_timer_enable();while (1) // 无限循环{delay_ms(990);led_lightn(i);i++;if(i>9){i=0;}}
}

四、触摸按键捕获

我的开发板没有带触摸组件，所以本实验使用外置的触摸按键模块。

这个触摸按键在感应到触摸时，会在SIG引脚输出高电平。 直接把SIG接在 PA0 上即可使用。
但该电路对原KEY_UP按键模块有影响，开发板按键按下的时候，PA0 获取不到足够高的电平。

运行中串口输出示例