Lucas. 技术手记

驱动、bootloader、文件系统

嵌入式 SoC 与接口 31：定时器、PWM、输入捕获与编码器

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合集 · 嵌入式 SoC 与接口：从芯片框图到系统调试已发布 50 篇
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  1. 嵌入式 SoC 与接口 01：从摄像头框图认识 SoC
  2. 嵌入式 SoC 与接口 02：电平、地与逻辑阈值
  3. 嵌入式 SoC 与接口 03：差分、阻抗、端接与信号完整性
  4. 嵌入式 SoC 与接口 04：PMIC、供电时序与掉电行为
  5. 嵌入式 SoC 与接口 05：晶振、PLL、时钟树与跨时钟域
  6. 嵌入式 SoC 与接口 06：复位域、看门狗与故障恢复
  7. 嵌入式 SoC 与接口 07：ADC、DAC、参考电压与采样
  8. 嵌入式 SoC 与接口 08：MCU、MPU、SoC 与操作系统
  9. 嵌入式 SoC 与接口 09：CPU、异常、中断与多核
  10. 嵌入式 SoC 与接口 10：GPU：并行计算、图形与数据搬运
  11. 嵌入式 SoC 与接口 11：DSP：滤波、FFT、定点数与饱和
  12. 嵌入式 SoC 与接口 12：NPU：张量计算、片上存储与 TOPS
  13. 嵌入式 SoC 与接口 13：ISP：从传感器 RAW 到可用图像
  14. 嵌入式 SoC 与接口 14：视频编解码器与图像加速器
  15. 嵌入式 SoC 与接口 15：Boot ROM、Bootloader 与系统启动
  16. 嵌入式 SoC 与接口 16：NOR、NAND、擦写与 ECC
  17. 嵌入式 SoC 与接口 17：eMMC：总线模式、内部管理与分区
  18. 嵌入式 SoC 与接口 18：安全启动、固件签名与 A/B 升级
  19. 嵌入式 SoC 与接口 19：寄存器、地址空间与 MMIO
  20. 嵌入式 SoC 与接口 20：SRAM、DDR、带宽与延迟
  21. 嵌入式 SoC 与接口 21：Cache、一致性与可见性
  22. 嵌入式 SoC 与接口 22：DMA、描述符与环形缓冲
  23. 嵌入式 SoC 与接口 23：MMU、IOMMU 与三种地址
  24. 嵌入式 SoC 与接口 24：AXI、AHB、APB 与片内互连
  25. 嵌入式 SoC 与接口 25：零拷贝、dma-buf 与缓冲生命周期
  26. 嵌入式 SoC 与接口 26：共享内存、Mailbox 与核间通信
  27. 嵌入式 SoC 与接口 27：GPIO、Pinmux、上下拉与引脚状态
  28. 嵌入式 SoC 与接口 28：UART、RS-232 与 RS-485
  29. 嵌入式 SoC 与接口 29：I²C：地址、ACK、重复起始与上拉
  30. 嵌入式 SoC 与接口 30：SPI、QSPI 与 Flash 访问
  31. 嵌入式 SoC 与接口 31：定时器、PWM、输入捕获与编码器
  32. 嵌入式 SoC 与接口 32：I²S、PCM、TDM 与音频时钟
  33. 嵌入式 SoC 与接口 33：CAN 与 CAN FD：仲裁、帧和错误状态
  34. 嵌入式 SoC 与接口 34：USB：角色、端点、传输类型与 UVC
  35. 嵌入式 SoC 与接口 35：SD 与 SDIO：存储卡和外设功能
  36. 嵌入式 SoC 与接口 36：Ethernet：MAC、PHY、MDIO 与吞吐
  37. 嵌入式 SoC 与接口 37：PCIe：链路、枚举、BAR、中断与 DMA
  38. 嵌入式 SoC 与接口 38：MIPI 全景：CSI、DSI 与 PHY
  39. 嵌入式 SoC 与接口 39：摄像头接入：供电、复位、MCLK 与配置
  40. 嵌入式 SoC 与接口 40：CSI-2：数据类型、虚拟通道与带宽预算
  41. 嵌入式 SoC 与接口 41：显示链路：DSI、RGB、LVDS 与 HDMI
  42. 嵌入式 SoC 与接口 42：设备树、probe、IRQ 与资源生命周期
  43. 嵌入式 SoC 与接口 43：实时性、中断延迟与优先级反转
  44. 嵌入式 SoC 与接口 44：万用表、示波器、逻辑分析仪与 JTAG
  45. 嵌入式 SoC 与接口 45：综合排障：无图、花屏、丢帧与 NPU 慢
  46. 嵌入式 SoC 与接口 46：选修：Wi-Fi、Bluetooth 与蜂窝通信
  47. 嵌入式 SoC 与接口 47：选修：工业以太网、EtherCAT 与 TSN
  48. 嵌入式 SoC 与接口 48：选修：FPGA、流水线与时序约束
  49. 嵌入式 SoC 与接口 49：选修：长距离视频 SerDes 与 A-PHY
  50. 嵌入式 SoC 与接口 50：选修：温度、功耗、EMC 与长期可靠性
嵌入式 SoC 与接口 31：定时器、PWM、输入捕获与编码器的封面

第 31 / 50 课 · 核心课程。返回课程合集。

定时器频率从实际输入时钟计算

在一种常见向上计数模型中，周期频率为 timer_clock/((PSC+1)×(ARR+1))。具体计数模式、时钟倍频、中心对齐和更新时机由芯片规定，不能只看到 APB 频率就直接代入。

PWM 占空比由比较和计数规则决定，极性与零/满占空比边界也要确认。软件 sleep 周期性翻 GPIO 会受调度抖动影响，不等价于硬件 PWM。

捕获与编码器提供反馈

输入捕获在边沿锁存计数值，两个捕获值的差给出周期。计数器回绕需要模运算，若跨越多个回绕周期还要额外计数或限定测量范围。输入滤波可抑制毛刺，也可能引入延迟或漏掉过快脉冲。

正交编码器利用 A/B 相位判断方向，x1/x2/x4 计数和机械每圈脉冲的定义需要统一。控制程序中的“步数”不自动等于实际位置，开环步进可能失步。

定时器、PWM、输入捕获与编码器：时钟与计数、比较与 PWM、捕获和位置

练习与参考结论

代码计算 72MHz、PSC=71、ARR=999 的 1kHz 周期，并处理 16 位捕获值从 65530 到 10 的回绕差 16。

硬件实验记录目标频率、实测频率、占空比和负载变化，再接已有云台系列。电机接口要经过对应驱动器，GPIO 不能直接承担电机电流。

配套代码

下载包包含独立运行所需文件，使用 Python 标准库；这里验证机制和计算，不代表开发板测量结果。

运行本课机制与计算示例

查看完整代码：main.py
def main():
    clock, psc, arr = 72_000_000, 71, 999
    frequency = clock / ((psc + 1) * (arr + 1))
    delta = (10 - 65530) % (1 << 16)
    assert frequency == 1000 and delta == 16
    print("assumed upcounter PWM Hz", frequency, "single-wrap capture ticks", delta)
    print("回绕公式假设间隔小于一次完整计数周期；多次回绕需要额外信息")


if __name__ == "__main__":
    main()
下载代码

在项目根目录执行；下载包解压后，在解压目录执行 python3 main.py。

cd 'content/posts/驱动、bootloader、文件系统/嵌入式SoC与接口/31-定时器、PWM、输入捕获与编码器/code' && python3 main.py

延伸阅读

上一课：SPI、QSPI 与 Flash 访问 · 下一课：I²S、PCM、TDM 与音频时钟