在嵌入式系統(tǒng)中，對外部信號的時序特性（如周期、脈沖寬度）進(jìn)行精準(zhǔn)測量是眾多應(yīng)用的核心需求，從電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測、紅外遙控信號解碼，到超聲波測距、通信協(xié)議同步，都需要實時獲取外部信號的時間維度信息。而定時器的輸入捕獲模式，正是通過硬件級別的信號檢測與時間鎖存，實現(xiàn)對外部信號邊沿（上升沿、下降沿或雙邊沿）的精準(zhǔn)捕捉，為后續(xù)時序分析提供高可靠性的時間數(shù)據(jù)，其底層邏輯圍繞 “信號觸發(fā) - 硬件鎖存 - 時間計算” 展開，是嵌入式系統(tǒng)中實現(xiàn)高精度時序測量的關(guān)鍵技術(shù)之一。

輸入捕獲模式的本質(zhì)，是利用定時器的計數(shù)功能與外部引腳的信號檢測能力，將外部信號的特定邊沿與定時器的當(dāng)前計數(shù)值進(jìn)行 “綁定”—— 當(dāng)外部信號出現(xiàn)預(yù)設(shè)的邊沿（如上升沿）時，硬件電路會立即將定時器的當(dāng)前計數(shù)值鎖存到專用的捕獲寄存器中，同時可觸發(fā)中斷通知 CPU 讀取該值。這種硬件級別的鎖存機(jī)制，避免了軟件查詢方式帶來的延遲誤差，確保捕獲到的計數(shù)值能真實反映信號邊沿發(fā)生的時刻，從而為時間差計算提供精準(zhǔn)依據(jù)。從硬件架構(gòu)來看，支持輸入捕獲模式的定時器通常包含外部信號輸入引腳（如 TIMx_CH1~CH4）、邊沿檢測電路、捕獲寄存器（如 TIMx_CCR1~CCR4）、計數(shù)器（TIMx_CNT）以及中斷生成邏輯：外部信號通過輸入引腳進(jìn)入后，首先經(jīng)過邊沿檢測電路，該電路可通過寄存器配置選擇檢測上升沿、下降沿或雙邊沿；當(dāng)檢測到預(yù)設(shè)邊沿時，觸發(fā)信號會直接控制捕獲邏輯，將計數(shù)器當(dāng)前值 “凍結(jié)” 并寫入捕獲寄存器，整個過程無需 CPU 干預(yù)，響應(yīng)延遲僅為幾個時鐘周期，遠(yuǎn)低于軟件層面的信號處理速度。

要理解輸入捕獲模式的完整工作流程，需結(jié)合具體的時序測量場景展開。以測量外部信號的脈沖寬度（高電平持續(xù)時間）為例，其底層邏輯可分為三個關(guān)鍵階段：首先是模式配置階段，CPU 需通過寄存器配置定時器的工作參數(shù) —— 設(shè)定定時器的計數(shù)時鐘頻率（如由 APB 總線時鐘分頻得到），確保計數(shù)精度滿足測量需求；配置輸入捕獲引腳對應(yīng)的通道（如 TIM2_CH1），并選擇捕獲邊沿為 “上升沿”；同時使能捕獲中斷，以便信號邊沿到來時 CPU 能及時讀取捕獲值。當(dāng)配置完成后，定時器開始自由計數(shù)，計數(shù)器數(shù)值從 0 開始隨時鐘周期遞增（或遞減，具體取決于計數(shù)模式）。

第二階段是上升沿捕獲階段，當(dāng)外部信號從低電平變?yōu)楦唠娖綍r，邊沿檢測電路檢測到上升沿，立即觸發(fā)捕獲操作，將此時計數(shù)器的當(dāng)前值（記為 CNT1）鎖存到捕獲寄存器 TIMx_CCR1 中，同時生成捕獲中斷。CPU 響應(yīng)中斷后，讀取 CNT1 的值并存儲，隨后通過寄存器重新配置該通道的捕獲邊沿為 “下降沿”，為后續(xù)捕獲信號的下降沿做準(zhǔn)備 —— 這一步的核心是通過切換捕獲邊沿，實現(xiàn)對同一信號高電平起始與結(jié)束時刻的分別捕獲。

第三階段是下降沿捕獲與時間計算階段，當(dāng)外部信號從高電平變?yōu)榈碗娖綍r，邊沿檢測電路檢測到下降沿，再次觸發(fā)捕獲操作，將此時計數(shù)器的當(dāng)前值（記為 CNT2）鎖存到捕獲寄存器中，并再次生成中斷。CPU 響應(yīng)中斷后讀取 CNT2 的值，此時需判斷計數(shù)器在兩次捕獲之間是否發(fā)生 “溢出”—— 若 CNT2 大于 CNT1，說明計數(shù)器未溢出，脈沖寬度對應(yīng)的計數(shù)差值為 ΔCNT=CNT2 - CNT1；若 CNT2 小于 CNT1，說明計數(shù)器在兩次捕獲之間已溢出（即數(shù)值從最大值重置為 0 后繼續(xù)計數(shù)），此時需通過溢出中斷記錄的溢出次數(shù)（記為 N）計算總差值，即 ΔCNT=（N× 計數(shù)器最大值） + CNT2 - CNT1。最后，結(jié)合定時器的計數(shù)周期（T=1 / 計數(shù)頻率），即可計算出脈沖寬度的實際時間：脈沖寬度 =ΔCNT×T。例如，若定時器計數(shù)頻率為 1MHz（計數(shù)周期 1μs），ΔCNT=1000，則脈沖寬度為 1000×1μs=1ms。

在實際應(yīng)用中，輸入捕獲模式的底層邏輯還需處理一些關(guān)鍵細(xì)節(jié)，以確保測量精度與可靠性。首先是計數(shù)器溢出問題，由于定時器計數(shù)器的位數(shù)有限（如 16 位定時器最大值為 65535），當(dāng)測量的信號周期或脈沖寬度超過計數(shù)器的最大計數(shù)值對應(yīng)的時間時，必然會發(fā)生溢出，若未及時處理會導(dǎo)致計數(shù)差值計算錯誤。因此，需同時使能定時器的溢出中斷，在中斷服務(wù)函數(shù)中記錄溢出次數(shù)，確保兩次捕獲之間的總計數(shù)差值能準(zhǔn)確反映實際時間。其次是信號噪聲濾波問題，外部信號可能因干擾產(chǎn)生毛刺（如短時間的虛假邊沿），若被誤檢測為有效邊沿，會導(dǎo)致捕獲值錯誤。為此，部分定時器外設(shè)集成了 “輸入濾波” 功能，可通過配置濾波系數(shù)，讓邊沿檢測電路僅識別持續(xù)時間超過一定時鐘周期的邊沿，過濾掉高頻毛刺，例如配置濾波系數(shù)為 8，意味著只有當(dāng)外部信號的邊沿持續(xù) 8 個時鐘周期以上時，才會被判定為有效邊沿，從而提升捕獲的抗干擾能力。

此外，輸入捕獲模式還支持 “雙邊沿捕獲” 與 “多通道同步捕獲” 等擴(kuò)展功能，進(jìn)一步豐富其應(yīng)用場景。雙邊沿捕獲模式下，無需軟件切換邊沿，硬件可自動捕獲信號的上升沿與下降沿，并分別鎖存對應(yīng)的計數(shù)值，適用于需要快速測量信號周期（一次上升沿與一次下降沿的時間差為半周期）的場景；多通道同步捕獲則利用定時器的多個輸入通道，同時捕獲多個外部信號的邊沿，例如在電機(jī)控制中，通過兩個通道分別捕獲電機(jī)編碼器的 A、B 相脈沖，結(jié)合輸入捕獲值計算電機(jī)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)向，其底層邏輯是通過硬件同步確保兩個通道的捕獲時刻具有嚴(yán)格的時間關(guān)聯(lián)性，避免軟件延遲導(dǎo)致的相位偏差。

從本質(zhì)來看，輸入捕獲模式的底層邏輯是 “硬件實時響應(yīng)” 與 “軟件精準(zhǔn)計算” 的協(xié)同 —— 通過硬件電路實現(xiàn)對外部信號邊沿的無延遲捕獲，將時間信息轉(zhuǎn)化為計數(shù)器的數(shù)值，再通過軟件處理溢出、計算差值，最終還原為實際的時間數(shù)據(jù)。這種機(jī)制既發(fā)揮了硬件的高速響應(yīng)優(yōu)勢，又借助軟件的靈活性解決了計數(shù)溢出、噪聲過濾等問題，使其在需要高精度時序測量的嵌入式場景中不可或缺。無論是工業(yè)領(lǐng)域的轉(zhuǎn)速監(jiān)測、消費(fèi)電子的遙控解碼，還是汽車電子的傳感器信號處理，輸入捕獲模式都以其高可靠性與低 CPU 占用率，成為連接外部信號與嵌入式系統(tǒng)的關(guān)鍵橋梁，深刻體現(xiàn)了嵌入式技術(shù)中 “硬件為基、軟件賦能” 的核心思想。