【普中 51-Ai8051 开发攻略】-- 第 20 章输入捕获实验

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在学习 PWM 呼吸灯实验时，我们知道 Ai8051U 系列单片机内部集成了 3 组可编程计数器阵列(PCA/CCP/PWM）模块，可用于软件定时器、外部脉冲捕获、高速脉冲输出和 PWM 脉宽调制输出。本章我们来学习 PCA 的外部脉冲捕获功能。本章分为如下几部分内容：

[20.1 实验介绍](#20.1 实验介绍)

[20.1.1 实验简介](#20.1.1 实验简介)

[20.1.2 实验目的](#20.1.2 实验目的)

[20.2 硬件设计](#20.2 硬件设计)

[20.3 软件设计](#20.3 软件设计)

[20.3.1 创建和配置工程](#20.3.1 创建和配置工程)

[20.3.1.1 GPIO 配置](#20.3.1.1 GPIO 配置)

[20.3.1.2 配置 UART1](#20.3.1.2 配置 UART1)

[20.3.1.3 配置 PCA 模块](#20.3.1.3 配置 PCA 模块)

[20.3.1.4 生成工程](#20.3.1.4 生成工程)

[20.3.2 添加用户驱动代码](#20.3.2 添加用户驱动代码)

[20.3.2.1 pca.h 文件](#20.3.2.1 pca.h 文件)

[20.3.2.2 pca.c 文件](#20.3.2.2 pca.c 文件)

[20.3.2.3 main.c 文件](#20.3.2.3 main.c 文件)

[20.4 实验现象](#20.4 实验现象)

20.1 实验介绍

20.1.1 实验简介

要使一个 PCA 模块工作在捕获模式，寄存器 CCAPMn 中的 CAPNn 和 CAPPn 至少有一位必须置 1(也可两位都置 1)。 PCA 模块工作于捕获模式时，对模块的外部 CCPO/CCP1/CCP2 管脚的输入跳变进行采样。当采样到有效跳变时， PCA 控制器立即将 PCA 计数器 CH 和 CL 中的计数值装载到模块的捕获寄存器中 CCAPnL 和CCAPnH，同时将 CCON 寄存器中相应的 CCFn 置 1。若 CCAPMn 中的 ECCFn 位被设置为 1，将产生中断。由于所有 PCA 模块的中断入口地址是共享的，所以在中断服务程序中需要判断是哪一个模块产生了中断，并注意中断标志位需要软件清零。

PCA 模块工作于捕获模式的结构图如下所示：

PCA 模块管脚分布图如下所示：

20.1.2 实验目的

使用 PCA 模块 0 检测该通道低电平时间，即 K1 键按下后松开，串口助手输出检测低电平时间。

20.2 硬件设计

本实验使用到硬件资源如下：

（1） GPIO

（2） UART1 串口

（3） USB 转 TTL 模块

相关电路在前面章节已经介绍过，此处省略。

20.3 软件设计

20.3.1 创建和配置工程

按照前面章节内容创建一份新工程，并命名为 17-input_cap，如下图所示：

20.3.1.1 GPIO 配置

使能端口和时钟，将 P30 和 P31 管脚分配为 UART1，并使能 UART1，使能 PCA0模块，其对应 P20 管脚。如下图所示：

20.3.1.2 配置 UART1

在 UART1 的参数设置界面中，可选择"与 printf 函数关联" ，这样就可以非常方便的使用 printf 输出调试结果信息。如下图所示：

20.3.1.3 配置 PCA 模块

将 PCA 时钟源设置为系统时钟的 4 分频，初始值为 0,16 位捕获输入模式，下降沿捕获，使能周期中断的目的是考虑对低电平计数出现溢出时的计算，使能模块 0 中断。如下图所示：

20.3.1.4 生成工程

配置完成后，按下代码生成按钮，自动创建工程，系统开始生成初始化代码。生成工程文件目录如下图所示：

PCA 模块配置代码自动生成为 pca.c 文件中。

20.3.2 添加用户驱动代码

20.3.2.1 pca.h 文件

cpp 复制代码

extern u16 CH0_CAPTURE_STA; //输入捕获的状态
extern u16 CH0_CAPTURE_VAL; //输入捕获值

20.3.2.2 pca.c 文件

cpp 复制代码

u16 CH0_CAPTURE_STA; //输入捕获状态 
u16 CH0_CAPTURE_VAL;//输入捕获值

////////////////////////////////////////
// PCA中断服务程序
// 入口参数: 无
// 函数返回: 无
////////////////////////////////////////
void PCA_ISR(void) interrupt PCA_VECTOR
{
    //<<AICUBE_USER_PCA_ISR_CODE1_BEGIN>>
    if((CH0_CAPTURE_STA&0x8000)==0) //还未成功捕获
    {
        // 在此添加中断函数用户代码
        if (PCA_CheckCounterFlag())         //判断PCA模组计数器溢出中断
        {
            PCA_ClearCounterFlag();         //清除PCA模组计数器溢出中断标志
            
            if(CH0_CAPTURE_STA&0X4000)//捕获到了低电平
			{
				if((CH0_CAPTURE_STA&0x3fff)==0x3fff) //低电平时间太长
				{
					CH0_CAPTURE_STA|=0x8000; //标志一次捕获成功
					CH0_CAPTURE_VAL=0xffff;
				}
				else
				{
					CH0_CAPTURE_STA++;
				}
			}
        }

        if (PCA_CheckCCF0Flag())            //判断PCA模块0中断
        {
            PCA_ClearCCF0Flag();            //清除PCA模块0中断标志
            
            if(CH0_CAPTURE_STA&0X4000)//捕获到了高电平
			{
				CH0_CAPTURE_STA|=0x8000; //成功捕获一次低电平
				CH0_CAPTURE_VAL=PCA_ReadC0Capture();
				PCA_SetC0AsCaptureNegMode();//设置下降沿捕获
			}
			else
			{
				CH0_CAPTURE_STA=0;
				CH0_CAPTURE_VAL=0;
				CH0_CAPTURE_STA|=0x4000; //捕获到低电平标志
				PCA_Stop();
				PCA_SetCounter(0); //设置PCA模组计数初始值
				PCA_SetC0AsCapturePosMode(); //设置上升沿捕获
				PCA_Run();
			}
            
    //      PCA_ReadC0Capture();            //读取PCA模块0的16位捕获值
        }
    }
    
    //<<AICUBE_USER_PCA_ISR_CODE1_END>>
}

程序中我们定义了一个 u16 类型的全局变量 CH0_CAPTURE_STA，此变量可以看成类似一个 16 位的寄存器， bit15 用来表示捕获完成， bit14 用来表示捕获到低电平， bit13-0 用来表示捕获低电平后定时器溢出次数。程序中还定义了一个u16 类型的全局变量 CH0_CAPTURE_VAL，用来记录捕获到下降沿时 PCA0 计数值。这两个全部变量的申明在 pca.h 文件中，在 pca.c 文件处有它们的定义。

要计算输入信号的低电平脉宽，根据输入捕获的工作原理，需要先捕获一次下降沿，然后再捕获一次上升沿，在低电平期间还需要对 PCA 定时器溢出进行判断，统计定时器溢出次数。由于输入捕获初始化函数中就已经设置为下降沿捕获，并且 CH0_CAPTURE_STA 变量初始值为 0，所以当捕获到第一个下降沿时，将CH0_CAPTURE_STA、CH0_CAPTURE_VAL 和 PCA 计数器清 0，然后将 CH0_CAPTURE_STA的 bit14 置 1，表示已经捕获到低电平，此时还需要将输入捕获极性设置为上升沿捕获，等待上升沿到来。如果等待上升沿期间，计数器出现溢出，就在CH0_CAPTURE_STA 内累计溢出次数，如果 CH0_CAPTURE_STA 的 bit13-0 都累计满，我们就强制标记捕获完成（CH0_CAPTURE_STA 的 bit16 置 1，虽然此时还没有捕获到上升沿），当上升沿到来的时，首先将 CH0_CAPTURE_STA 的 bit15 置 1，表示成功捕获一次低电平，然后读取 PCA0 计数器内值保存到 CH0_CAPTURE_VAL 内，最后设置捕获极性为下降沿，回到初始捕获状态。

这样我们就完成了一次低电平的捕获，只要 CH0_CAPTURE_STA 的 bit15 一直为 1，就不会进行第二次捕获，这个时候如果主函数把捕获到低电平数据处理后，将 CH0_CAPTURE_STA 的 bit15 清零就可以进入第二次捕获了。

20.3.2.3 main.c 文件

cpp 复制代码

//<<AICUBE_USER_HEADER_REMARK_BEGIN>>
/* 深圳市普中科技有限公司（PRECHIN 普中）
 * 在线视频：https://space.bilibili.com/2146492485/video
       官网：www.prechin.cn

 * 实验名称：输入捕获实验
 * 
 * 接线说明：参考电路图
 * 
 * 实验现象：程序下载成功后，K1键按下后松开，串口助手输出检测低电平时间
 * 
 * 注意事项：使用一根导线，将P32与P20口连接一起
 * 
 */
//<<AICUBE_USER_HEADER_REMARK_END>>


#include "config.h"                     //默认已包含stdio.h、intrins.h、ai_usb.h等头文件

////////////////////////////////////////
// 项目主函数
// 入口参数: 无
// 函数返回: 无
////////////////////////////////////////
void main(void)
{
    //<<AICUBE_USER_MAIN_INITIAL_BEGIN>>
    // 在此添加用户主函数初始化代码
    u32 indata=0;
    //<<AICUBE_USER_MAIN_INITIAL_END>>

    SYS_Init();

    printf("Hello World !\n");

    //<<AICUBE_USER_MAIN_CODE_BEGIN>>
    // 在此添加主函数中运行一次的用户代码
    //<<AICUBE_USER_MAIN_CODE_END>>

    while (1)
    {
        //<<AICUBE_USER_MAIN_LOOP_BEGIN>>
        // 在此添加主函数中用户主循环代码
        if(CH0_CAPTURE_STA&0x8000) //成功捕获
		{
			indata=CH0_CAPTURE_STA&0x3fff;
			indata*=0xffff; //溢出次数乘以一次的计数次数时间*0.1us
			indata+=CH0_CAPTURE_VAL;//加上低电平捕获的时间
			printf("低电平持续时间：%.1f us\r\n",(float)indata/10); 
			CH0_CAPTURE_STA=0; //开始下一次捕获
		}
        //<<AICUBE_USER_MAIN_LOOP_END>>
    }
}

主函数实现功能主要初始化系统时钟及相应外设端口， while 循环内就不断检测 CH0_CAPTURE_STA 的 bit15 标志是否为 1，即是否成功捕获到低电平。如果为 1 表示成功捕获，然后读取 CH0_CAPTURE_STA 变量内 bit13-0 溢出次数，每一次溢出时间是0xffff*0.1us，最后还要加上CH0_CAPTURE_VAL的值保存在indata内，通过 printf 函数打印低电平时间，在输出函数内将 indata/10 是将前面的0.1us 换算为 us 单位，然后将 CH0_CAPTURE_STA 变量清 0 即可，等待下次捕获。

20.4 实验现象

将程序编译下载到目标板运行，打开串口助手"\5--开发工具\5-串口调试助手\串口调试助手（丁丁） \sscom5.13.1.exe" ，实验现象：使用一根导线，将 P20 管脚与 P32 管脚连接，按下 K1 键后松开可在串口助手上输出捕获到低电平的时间。

【普中 51-Ai8051 开发攻略】-- 第 20 章 输入捕获实验

20.1 实验介绍

20.1.1 实验简介

20.1.2 实验目的

20.2 硬件设计

20.3 软件设计

20.3.1 创建和配置工程

20.3.1.1 GPIO 配置

20.3.1.2 配置 UART1

20.3.1.3 配置 PCA 模块

20.3.1.4 生成工程

20.3.2 添加用户驱动代码

20.3.2.1 pca.h 文件

20.3.2.2 pca.c 文件

20.3.2.3 main.c 文件

20.4 实验现象

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