实战解析：基于STM32 TIM输入捕获精准测量PWM频率与占空比

1. 硬件连接与原理分析

用STM32测量PWM信号的频率和占空比，就像用秒表测量脉搏一样简单。我们先来看看硬件连接方案：PA0作为PWM输出引脚，PA6作为输入捕获引脚。这种设计巧妙利用了STM32内部定时器的联动特性，不需要额外元器件就能完成精准测量。

TIM2定时器负责生成PWM信号，TIM3定时器则专职捕获分析。这两个定时器就像工厂里的生产线和质检员，一个负责制造标准产品，一个负责检测产品质量。在硬件连接上，只需要用杜邦线将PA0和PA6短接即可，连三岁小孩都能搞定。

注意：虽然PA0和PA6同属GPIOA端口，但它们的定时器归属不同。PA0对应TIM2_CH1，PA6对应TIM3_CH1，这种设计避免了信号冲突。

定时器的时钟源配置是第一个关键点。TIM2和TIM3都挂载在APB1总线上，默认时钟频率为72MHz。不过有个小细节需要注意：当APB1预分频系数不为1时，定时器时钟会自动倍频。这就好比原本限速60km/h的道路，突然允许开到120km/h，测量精度自然大幅提升。

2. PWM信号生成实战

要让PA0输出标准PWM信号，得先给TIM2定时器做好"上岗培训"。整个过程分为六个步骤，我把它总结为"定时器初始化六部曲"：

1. 开启时钟：同时使能TIM2和GPIOA的时钟
2. GPIO配置：将PA0设置为复用推挽输出模式
3. 时基初始化：配置预分频器(PSC)和自动重装载值(ARR)
4. 输出比较配置：选择PWM模式1，设置初始占空比
5. 定时器使能：启动TIM2计数器
6. 动态调节：通过TIM_SetCompare1()实时调整占空比

这里有个新手常踩的坑：PWM频率计算公式是72MHz/((PSC+1)*(ARR+1))。如果想输出1kHz信号，设置PSC=719，ARR=99最合适。占空比则由CCR值决定，当CCR=50时就是50%占空比。

c复制// PWM配置示例代码
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;

// 时基单元配置
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 99; // ARR值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 719; // PSC值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);

// 输出比较配置
TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStructure); // 先赋默认值
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 50; // 初始占空比50%
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);

TIM_Cmd(TIM2, ENABLE); // 使能定时器

3. 输入捕获模块配置

测量PWM就像给信号做"体检"，需要两套检测设备：一套测脉搏次数（频率），一套测脉搏强度（占空比）。STM32的PWMI模式正好能同时完成这两项检测。

配置TIM3输入捕获需要八个步骤，我称之为"八仙过海"：

1. 开启时钟：使能TIM3和GPIOA时钟
2. GPIO初始化：PA6设置为浮空输入模式
3. 时基配置：ARR设为最大值65535
4. 输入捕获配置：通道1上升沿触发，通道2下降沿触发
5. 触发源选择：TI1FP1作为从模式触发源
6. 从模式设置：复位模式
7. 定时器使能：启动TIM3计数器
8. 数据读取：通过TIM_GetCapture1()获取捕获值

这里有个精妙设计：使用TIM_PWMIConfig()函数可以一键配置双通道，通道1捕获上升沿，通道2自动配置为下降沿。就像买一送一的促销活动，省去了手动配置的麻烦。

c复制// 输入捕获配置示例
TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;

// 时基单元配置（略）
// ...

// PWMI模式配置
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_PWMIConfig(TIM3, &TIM_ICInitStructure);

// 从模式配置
TIM_SelectInputTrigger(TIM3, TIM_TS_TI1FP1);
TIM_SelectSlaveMode(TIM3, TIM_SlaveMode_Reset);
TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);

4. 频率与占空比计算

拿到捕获数据后，真正的数学游戏才开始。频率计算就像测量心跳，需要统计两次心跳的间隔时间。占空比测量则像计算脉搏的强弱比例。

频率计算公式为：Freq = 72MHz / (PSC+1) / (CCR2_val)。这里CCR2_val就是相邻两个上升沿之间的计数值。比如当PSC=0时，测得CCR2_val=72000，那么频率就是1kHz。

占空比计算公式更简单：Duty = CCR1_val / CCR2_val * 100%。CCR1_val是上升沿到下降沿的计数值。假设测得CCR1_val=36000，那么占空比就是50%。

c复制// 计算示例
uint32_t ic1Value = TIM_GetCapture1(TIM3);
uint32_t ic2Value = TIM_GetCapture2(TIM3);

if (ic1Value != 0 && ic2Value != 0) {
    float dutyCycle = (float)ic1Value / ic2Value * 100;
    float frequency = (float)72000000 / (TIM3->PSC + 1) / ic2Value;
    printf("占空比: %.1f%%, 频率: %.2fHz\n", dutyCycle, frequency);
}

实际调试时会发现，当信号频率较高时，ARR值需要适当减小。这就好比用秒表测量快节奏音乐，如果秒表精度不够，测量结果就会失真。我的经验是：对于10kHz以上信号，建议将PSC设置为71，这样时基时钟就是1MHz，既能保证精度又不会溢出。

5. 调试技巧与常见问题

调试输入捕获功能就像侦探破案，需要仔细观察每一个线索。这里分享几个我踩过的坑：

第一个坑是信号抖动问题。当PWM频率超过10kHz时，输入捕获值可能会跳动。解决方法很简单：启用输入滤波。TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter可以设置为0x0F，相当于16个时钟周期的滤波窗口。

第二个坑是计数器溢出。当测量低频信号时，ARR值可能不够大。我的解决方案是启用定时器更新中断，在中断中记录溢出次数。最终周期计算公式变为：T = (overflow_count * 65536 + CCR2_val) * 时钟周期。

第三个坑是相位误差。当PWM占空比接近0%或100%时，捕获值可能会有偏差。这时需要检查GPIO配置，确保没有启用内部上/下拉电阻影响信号电平。

c复制// 带溢出处理的频率计算
volatile uint32_t overflowCount = 0;

void TIM3_IRQHandler(void) {
    if (TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) != RESET) {
        overflowCount++;
        TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update);
    }
}

// 在主程序中
uint32_t totalCount = overflowCount * 65536 + TIM_GetCapture2(TIM3);
float realFreq = 72000000.0 / (TIM3->PSC + 1) / totalCount;

最后提醒一点：不同STM32系列的定时器结构略有差异。比如F1系列只有TIM1/TIM8有互补输出功能，而H7系列几乎所有定时器都支持高精度捕获。在移植代码时一定要查阅对应型号的参考手册。