STM32 通用定时器输入捕获详解：测脉宽、测频率
前面学的输出比较/PWM 是定时器"往外发波形"；
本章反过来------输入捕获是定时器"盯着外面进来的信号"，在边沿跳变的瞬间，硬件自动把当前计数器值记下来。
有了这个能力，单片机就能测量脉冲宽度、测量信号频率，比如测红外遥控、测舵机信号、测方波频率。
1. 要捕获信号的什么特征？
输入捕获要捕获的，是信号边沿跳变发生的"时刻"------具体说就是：
- 上升沿（低→高跳变）到来的那一刻；
- 下降沿（高→低跳变）到来的那一刻。
在那个瞬间，硬件自动把当前 TIMx_CNT 计数器的值锁存到对应的捕获/比较寄存器 TIMx_CCRx 中。
类比：
CNT 是个不停走的秒表；输入捕获就是"你喊'开始'时，秒表自动定格当前读数"。
你不用盯着秒表看，边沿一跳，读数自动进 CCR。
2. 为什么需要输入捕获？
2.1 脉冲宽度测量
比如测一个方波高电平持续了多久：
- 软件做法：
while(引脚==高);开始计时，while(引脚==低);结束计时------但这期间 CPU 啥也干不了，而且中断一来计时就不准；- 硬件做法：上升沿自动记 CNT1、下降沿自动记 CNT2，CPU 在中断里算
CNT2-CNT1就是脉宽，计时全程 CPU 可以干别的。典型应用：测舵机 PWM 信号、测红外遥控 NEC 协议的高电平宽度（区分 0 和 1）。
2.2 脉冲频率测量
一个方波信号的周期 = 相邻两个上升沿的时间差。测出周期，
频率 = 1/周期：
- 连续两个上升沿自动记 CNT1、CNT2；
周期 = CNT2 - CNT1（考虑溢出次数）；频率 = CK_CNT / (CNT2 - CNT1)。典型应用：测外部信号频率、测晶振频率、测转速（码盘）。
一句话：
输入捕获 = 让硬件在边沿瞬间自动"拍照"记录计数器值，CPU 事后算时间差。
3. 是什么？
3.1 一个例子
假设 CK_CNT = 1MHz（1us 一拍），现在 PB6（TIM4_CH1）接了一个方波：
- 0.5ms 时上升沿来了 → 硬件自动把 CNT=500 锁存进 CCR1，并置位中断标志；
- 1.2ms 时下降沿来了 → 硬件自动把 CNT=1200 锁存进 CCR2；
- CPU 在中断里读到：
脉宽 = 1200 - 500 = 700us。整个过程不需要 CPU 盯着引脚，边沿事件由硬件捕获。
3.2 定义
输入捕获（Input Capture）：
定时器引脚检测到指定边沿（上升沿/下降沿）时，硬件自动将当前计数器 TIMx_CNT 的值锁存到捕获/比较寄存器 TIMx_CCRx，并可触发中断/DMA 的功能。
它和输出比较是同一个 CCR 寄存器的两种身份：
- 输出比较模式：软件写 CCR → 到点硬件改引脚电平（往外发）；
- 输入捕获模式：引脚边沿到来 → 硬件读 CNT 写进 CCR（往里收）。
方向相反，但用的是同一个寄存器、同一个通道。
4. 理解原理：怎么办？
4.1 结构框图简化
4.1.1 梳理原始结构框图
参考手册里通用定时器框图很复杂，抓住输入捕获这一条信号链即可：
外部引脚 TIx ──► 滤波器(ICxF) ──► 边沿检测(极性选择) ──► 预分频(ICxPSC) ──► 捕获寄存器 CCRx │ ▼ 置位 CCxIF → 中断/DMA4.1.2 TIM 和 GPIO 针脚关系
引脚要配置成浮空输入（或上拉输入）------因为是"听外面信号"，方向是输入。
引脚复用关系决定哪个定时器通道能接哪个脚（如 PA6=TIM3_CH1、PA7=TIM3_CH2）。
4.1.3 简化输入捕获通道
把它简化成三段：
- 滤波器 ICxF：滤掉引脚上的毛刺噪声（连续采样 N 次一致才认可边沿），不用就设 0；
- 边沿检测 + 极性：选上升沿、下降沿还是双边沿触发；
- 捕获锁存：边沿一到，CNT 值立刻搬进 CCRx，同时置 CCxIF。
4.2 输入捕获速通（配置套路）
cpp① GPIO：对应引脚配 浮空输入 ② CCMR：CCxS[1:0]=01（通道x配为输入，映射到 TIx） ③ CCER：CCxP 选上升/下降沿；CCxE 其实输入模式下不强制 ④ DIER：CCxIE=1（使能捕获中断） ⑤ NVIC：使能对应定时器中断 ⑥ 启动：CR1.CEN=1（计数器自由跑，等边沿来捕） ⑦ 中断里读 CCRx，算时间差4.3 方波周期测量原理
只开一个通道（CH1）捕上升沿：
注意溢出：
16 位计数器最大 65535，如果周期比 65535 个计数拍还长，CNT 会溢出回绕，光靠 T2-T1 就错了。
要在更新中断（溢出中断）里记录溢出次数 ovf，
真实差值 =
(ovf × 65536) + CCR - T1。4.4 脉冲宽度测量原理
高电平宽度 = 下降沿时刻 - 上升沿时刻。
两种实现：
方法一：单通道 + 极性翻转
- CH1 捕上升沿 → 记下 CCR1=T1，然后把极性改成下降沿；
- 下降沿到来 → 再次进中断，CCR1=T2，把极性改回上升沿；
- 脉宽 = T2 - T1。
方法二：双通道（更常用）
- CH1 捕上升沿（CCR1 记 T1）；
- CH2 捕下降沿（CCR2 记 T2）；
- 两个通道配同一个定时器的不同引脚/或内部互联；
- 脉宽 = CCR2 - CCR1。
cpp引脚 ──────────┐ ┌───────── │ │ 上升沿 T1 ──┘──────────────┘ ──下降沿 T2 │←── 高电平 = T2 - T1 ──→│4.5 输入捕获双通道
一个通道的信号源从哪来？CCMR 的 CCxS 位决定映射关系，有三种模式：
4.5.1 直接输入模式
- TI1（引脚 1）→ 进 IC1（通道 1 的捕获单元）；
- TI2（引脚 2）→ 进 IC2（通道 2 的捕获单元）；
- 一一对应，最直观。
4.5.2 间接输入模式（交叉）
- TI1 → 进 IC2（交叉映射）；
- TI2 → 进 IC1；
- 用于特殊同步需求。
4.5.3 直接间接输入模式（测脉宽的经典做法）
- TI1 同时进 IC1 和 IC2；
- IC1（CH1）捕上升沿、IC2（CH2）捕下降沿；
- 两个捕获单元用同一个引脚 TI1，但极性不同；
- 这样一个引脚就能同时捕获上升沿和下降沿，脉宽 = CCR2 - CCR1，不需要软件翻转极性。
这就是"直接 + 间接"配合：
TI1 直接进 IC1，又"间接"进 IC2（CC2S=11 或交叉配置），一个引脚喂两个捕获单元。
5. 整合
5.1 输入捕获中断与 DMA
- 捕获事件发生时（CCxIF 置位）：
- 中断路径：在 CCx 中断服务函数里读 CCRx、算时间差（简单、常用）；
- DMA 路径：把 CCRx 值自动搬到内存数组（连续采样、高频信号不丢数据，比如测一串脉冲的频率变化）。
5.2 输出比较 PWM 和输入捕获（对比）
对比项 输出比较/PWM 输入捕获 方向 定时器 → 引脚（输出） 引脚 → 定时器（输入） CCR 谁写 软件写（Pulse 占空比） 硬件写（捕获时刻的 CNT） 触发 CNT==CCR 时改引脚电平 引脚边沿到来时锁存 CNT GPIO 模式 复用推挽输出 浮空/上拉输入 用途 PWM、发波形 测脉宽、测频率 中断 更新中断/比较中断 捕获中断 CCxIF 5.3 捕获/比较模式寄存器 TIMx_CCMR1（重点寄存器）
位 名称 作用 位 1:0 CC1S1:0 通道 1 方向。 00=输出； 01=输入，IC1 映射到 TI1（直接）； 10=输入，IC1 映射到 TI2（间接）； 11=输入，IC1 映射到 TRC 位 3:2 IC1PSC1:0 输入捕获预分频（每 N 个边沿捕一次，一般 0=每边沿都捕） 位 7:4 IC1F3:0 输入滤波（采样次数+时钟分频，滤毛刺；初学设 0000） 配套位：
- CCER 的 CC1P：选极性（0=上升沿触发捕获，1=下降沿；CC1NP 高级定时器双边沿）；
- DIER 的 CC1IE：捕获中断使能；
- SR 的 CC1IF：捕获中断标志（硬件置位、软件清零）。
6. 边沿检测器输出的猜测实现-理解
面试题
一、概念题
Q1. 什么是输入捕获？它和输出比较有什么区别？
A：
输入捕获是引脚检测到指定边沿时，硬件自动把当前 CNT 计数器值锁存到 CCRx 并置中断标志的功能，方向是"引脚→定时器"（往里收）。
输出比较是软件写 CCR、CNT==CCR 时硬件改引脚电平，方向是"定时器→引脚"（往外发）。
两者共用同一个 CCR 寄存器，靠 CCMR 的 CCxS 位切换方向。
Q2. 为什么要用硬件输入捕获，而不是软件读引脚测脉宽？
A：
软件轮询
while(引脚)测脉宽时，CPU 全程阻塞且计时不准（中断一来就打断）；硬件捕获在边沿瞬间自动记 CNT，计时全程 CPU 可干别的，时间分辨率等于计数周期（us 级），精度高。
Q3. 输入捕获能测什么？
A：
两类：
① 脉冲宽度（上升沿到下降沿的时间，如舵机信号、红外遥控）；
② 信号频率/周期（相邻两个同边沿的时间差取倒数）。
二、原理与配置题
Q4. 输入捕获信号链由哪几部分组成？
A：
外部引脚 TIx → 输入滤波器 ICxF（滤毛刺）→ 边沿检测（CCxP 选上升/下降沿）→ 捕获预分频 ICxPSC → 边沿瞬间把 CNT 锁存进 CCRx → 置 CCxIF，可触发中断/DMA。
Q5. 输入捕获的配置"三件套"是什么？
A：
CCMR 的 CC1S=01（通道配为输入，IC1 映射到 TI1 直接输入）+ CCER 的 CC1P=0（上升沿触发）+ DIER 的 CC1IE=1（使能捕获中断）。
另外 GPIO 配浮空/上拉输入，CR1.CEN=1 启动计数。
Q6. CCMR 里 CC1S、IC1PSC、IC1F 分别是什么？
A：
CC1S1:0：通道方向/映射，00=输出、01=输入直接映射 TI1、10=输入间接映射 TI2；
IC1PSC：捕获预分频（每 N 个边沿捕一次，一般 0=每边沿都捕）；
IC1F3:0：输入滤波（连续采样多次确认边沿，滤噪声毛刺，初学设 0）。
三、测量原理题
Q7. 怎么用输入捕获测方波周期？
A：
**CH1 捕上升沿，连续两次上升沿分别记下 CCR1=T1、T2，**周期 = T2 - T1（计数拍），频率 = CK_CNT/(T2-T1)。
注意处理 CNT 溢出（16 位最大 65535），长周期要在更新中断里累计溢出次数。
Q8. 怎么测高电平脉宽？两种方法各是什么？
A：
脉宽 = 下降沿时刻 - 上升沿时刻。
方法一 单通道：
捕上升沿记 CCR，然后翻转极性捕下降沿，软件改 CC1P；
方法二 双通道：
CH1 捕上升沿（CCR1=T1）、CH2 捕下降沿（CCR2=T2），脉宽 = CCR2 - CCR1。双通道无需软件翻转极性，更常用。
Q9. 直接输入、间接输入、直接间接输入三种模式是什么？
A：
直接：TI1→IC1、TI2→IC2 一一对应；
间接（交叉）：TI1→IC2、TI2→IC1；
直接间接：同一个 TI1 同时进 IC1 和 IC2，两个捕获单元极性不同（一捕上升沿、一捕下降沿），这样一个引脚就能测脉宽，是双通道测脉宽的经典接法。
Q10. 测量长信号时为什么要处理 CNT 溢出？怎么处理？
A：
CNT 是 16 位，最大 65535，一个周期超过 65535 个计数拍就会溢出回绕，光靠 CCR 相减会少算好几圈。
解决：
在更新中断（溢出中断）里累加溢出次数 ovf，
真实时间差 =
(ovf × 65536) + 当前CCR - 起始CCR。四、整合对比题
Q11. 输入捕获的中断和 DMA 怎么选？
A：
只测几个值、低频信号 → 中断（CCxIE=1，进 CCx 中断读 CCR 计算）；
连续采样一串脉冲、高频不丢数据 → DMA（CCxDE=1，硬件自动把 CCR 值搬到内存数组）。
Q12. 对比输出比较/PWM 和输入捕获。
A：
输出比较/PWM 输入捕获 方向 定时器→引脚 引脚→定时器 CCR 谁写 软件写（占空比） 硬件写（捕获时刻） GPIO 复用推挽输出 浮空/上拉输入 用途 PWM、发波形 测脉宽、测频率
Q13. CK_CNT=1MHz，两次上升沿 CCR 分别是 1000 和 50000（无溢出），周期和频率是多少？
A：
周期 = 50000-1000 = 49000 拍，1MHz 下一拍 1us → 周期 49ms，
频率 = 1/0.049 ≈ 20.4 Hz。
【STM32】 通用定时器：输入捕获与输出比较详解 测脉宽、测频率
Brilliantwxx2026-10-14 18:19
相关推荐
意法半导体STM321 小时前
【官方原创】LAT1703 STM32C5 LL Cordic例程FPGA小徐2 小时前
电子工程师面试真题：LM7805 扩流 + 过流保护电路原理分析霖霖7142 小时前
【ESP32笔记】RGB灯WS2812实验西城微科方案开发2 小时前
激光测距仪模组选择——M01还是M03？zjxtxdy2 小时前
STM32hal库开发-中断与串口和通信协议霖霖7142 小时前
【ESP32笔记】开发环境的搭建wuyk5552 小时前
27.LeetCode 2265. 统计值等于子树平均值的节点数 —— 后序遍历实战糖糖单片机设计3 小时前
基于 STM32 的配网变压器涌流抑制器设计与实现威嵌神州3 小时前
10.1 寸带扩展坞维保加固平板｜分体式维保终端硬件基线选型评估