干货|MCU如何实现对外部脉冲信号的计数功能?

电子工程世界 2023-01-14 10:00

有的传感器会输出脉冲信号,MCU需要统计脉冲输入的个数,通常有如下实现方式:

1、GPIO中断

原理很简单,利用GPIO的上升沿或者下降沿中断,进中断的次数就是脉冲的个数。只需要在中断服务函数里计数即可。

使用GPIO中断需要注意:

  • 脉冲信号的频率不能太高,否则MCU可能处理不过来
  • GPIO中断处理程序应尽可能短,否则影响处理速度
  • GPIO中断优先级应高,否则会延迟对脉冲信号的处理

我们先用一个板子产生频率为10Khz的PWM波,时长为100ms 。

下降沿的脉冲数理论为100ms/0.1ms=1000个,实际上因为有少许误差,从上面逻辑分析仪可以看到实际脉冲数为1.009k,即1009个。

然后将PWM接到另外一个板子的GPIO引脚上,开启下降沿中断,在中断服务函数中计数,可以看到实际值就是1009。

2、定时器输入捕获

输入捕获常用来测量脉冲宽度和频率,它也可以用来对脉冲计数。它的原理和上述GPIO中断类似,只不过用的是定时器的输入捕获中断。

3、定时器用作计数

定时器和计数器其实很相似,只不过定时器是对内部的时钟脉冲进行计数,计数到一定数值时就可以根据频率,计算出时间。

而计数器是对外部脉冲进行计数,即外部引脚每发生一次变化,计数器就计数一次。

可以将外部脉冲信号接入到MCU的TIMx_ETR引脚,就可以使用MCU的定时器来计数。

它的使用也很简单,主要就是配置TIMx_SMCR寄存器(slave mode control register),具体可以参考芯片参考手册。
可以看到,定时器CNT的值就是脉冲的个数。

4、总结

1)尽量使用TIMER ETR引脚通过计数器方式来实现脉冲计数,如果条件不允许,外部脉冲输入频率不是很高,也可以使用GPIO中断来实现,不过还是要同时考虑高频中断对整体系统的影响。

比如上面MCU主频是48Mhz,将10Khz调整为100Khz,实测GPIO中断还可以准确计数,但是当再继续增大到1Mhz时,就处理不过来了,实测发出约50000个脉冲,GPIO中断只测出了10206个,而使用计数器模式则可以准确的计数。

2)如果使用GPIO中断计数,要特别注意GPIO上不能有接地的电容,否则会改变脉冲波形,导致错误的计数。

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