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蓝桥杯嵌入式G4开发板实战：用TIM2和TIM16捕获555信号，手把手教你测频率和占空比

news 2026/4/24 11:26:21

蓝桥杯嵌入式G4开发板实战：TIM2/TIM16捕获555信号全流程解析

在嵌入式系统开发中，定时器的捕获功能是测量外部信号频率和占空比的核心技术。对于参加蓝桥杯嵌入式竞赛的选手而言，掌握STM32G4系列定时器的捕获功能不仅能解决竞赛中的实际问题，更是提升嵌入式开发能力的重要一环。本文将基于蓝桥杯官方开发板，通过555定时器产生的信号，详细讲解如何利用TIM2和TIM16实现频率和占空比的精确测量。

1. 硬件连接与原理分析

蓝桥杯嵌入式开发板集成了两个NE555定时器电路，分别连接到旋钮R39和R40。这两个555定时器可以产生可调频率的方波信号，为定时器捕获功能提供了理想的信号源。

关键硬件连接点：

PA15引脚通过跳线帽连接到R40控制的555输出
PB4引脚连接到R39控制的555输出

开发板上555定时器的典型电路配置如下：

元件	功能描述
R39/R40	频率调节电位器
C13/C14	定时电容
U6/U7	NE555定时器芯片

提示：在开始实验前，请确保所有跳线帽正确连接，特别是PA15和PB4对应的信号通路。

2. CubeMX基础配置

使用STM32CubeMX进行定时器配置是开发的第一步，正确的配置可以避免后续许多问题。

2.1 TIM2通道1配置

在Pinout视图中找到PA15，将其配置为TIM2_CH1
进入TIM2配置界面，设置以下参数：
- Clock Source: Internal Clock
- Channel1: Input Capture direct mode
- Prescaler: 79 (实现1MHz的计数频率)
- Counter Mode: Up
- AutoReload Preload: Enable

// 生成的TIM2初始化代码片段 htim2.Instance = TIM2; htim2.Init.Prescaler = 79; htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP; htim2.Init.Period = 65535; htim2.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;

2.2 TIM16通道1配置

将PB4配置为TIM16_CH1
TIM16配置参数与TIM2类似：
- Prescaler: 79
- Counter Period: 65535
- Capture/Compare 1: Input Capture direct mode

// TIM16初始化关键参数 htim16.Instance = TIM16; htim16.Init.Prescaler = 79; htim16.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;

3. 频率测量实现

频率测量的核心原理是利用定时器的捕获功能记录信号边沿的时间间隔，通过计算得到频率值。

3.1 中断回调函数实现

在stm32g4xx_it.c中实现捕获回调函数：

// 全局变量定义 volatile uint32_t ccr1_val1 = 0, ccr1_val2 = 0; volatile uint32_t frq1 = 0, frq2 = 0; void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) { if(htim->Instance == TIM2) // PA15信号处理 { ccr1_val1 = HAL_TIM_ReadCapturedValue(htim, TIM_CHANNEL_1); __HAL_TIM_SetCounter(htim, 0); frq1 = (SystemCoreClock/80)/ccr1_val1; HAL_TIM_IC_Start(htim, TIM_CHANNEL_1); } if(htim->Instance == TIM16) // PB4信号处理 { ccr1_val2 = HAL_TIM_ReadCapturedValue(htim, TIM_CHANNEL_1); __HAL_TIM_SetCounter(htim, 0); frq2 = (SystemCoreClock/80)/ccr1_val2; HAL_TIM_IC_Start(htim, TIM_CHANNEL_1); } }

3.2 主程序中的初始化

在main函数中启动定时器和中断：

// 启动定时器捕获功能 HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim2, TIM_CHANNEL_1); HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim16, TIM_CHANNEL_1);

4. 占空比测量进阶

测量PWM信号的占空比需要同时捕获上升沿和下降沿，计算高电平时间与周期的比值。

4.1 CubeMX额外配置

为TIM2增加一个间接捕获通道：
- Channel2: Input Capture indirect mode
- Trigger: Falling Edge
生成代码后，需要修改回调函数：

volatile float ccrl_val1a = 0, ccrl_val1b = 0; volatile float duty1 = 0; void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) { if(htim->Instance == TIM2) { if(htim->Channel == HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_1) { ccrl_val1a = HAL_TIM_ReadCapturedValue(htim, TIM_CHANNEL_1); __HAL_TIM_SetCounter(htim, 0); frq1 = (SystemCoreClock/80)/ccrl_val1a; HAL_TIM_IC_Start(htim, TIM_CHANNEL_1); HAL_TIM_IC_Start(htim, TIM_CHANNEL_2); } else if(htim->Channel == HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_2) { ccrl_val1b = HAL_TIM_ReadCapturedValue(htim, TIM_CHANNEL_2); duty1 = (ccrl_val1b/ccrl_val1a) * 100; HAL_TIM_IC_Start(htim, TIM_CHANNEL_2); } } // TIM16处理保持不变... }