【智能车学习】FTM模块
目錄
什么是PWM？
FTM模塊（FlexTimer Module）
EPWM模式（Edge-Aligned PWM (EPWM) mode）
代碼
實例
正交解碼模式（Quadrature Decoder mode）
代碼
今天突然遇到一個問題，所以決定還是把智能車里用到的FTM模塊好好來理一下吧。
什么是PWM？
? ? ? ?PWM全稱是脈沖寬度調制，是現代電力電子控制里不可或缺的一項技術，其基本原理大家都懂，不懂得的隔壁左轉百度。這里只貼一下定義：
? ? ? ?采樣控制理論中有一個重要結論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環節上時，其效果基本相同。PWM控制技術就是以該結論為理論基礎，對半導體開關器件的導通和關斷進行控制，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或其他所需要的波形。按一定的規則對各脈沖的寬度進行調制，既可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。
? ? ? ?這里有一個點值得提及，那就是他的適用范圍：具有慣性的環節。這就是為什么伺服機構可以用PWM控制，因為它是慣性環節，這點很重要。
FTM模塊（FlexTimer Module）
? ? ? ?FTM全稱FlexTimer Module (柔性定時器模塊)，它的工作框圖如下：
? ? ? ?FTM模塊的核心是一個16位計數器，該計數器的時鐘來源可設置（由FTMx_SC寄存器中的CLKS設置），既可來自系統時鐘System Clock，外部時鐘 External Clock，也可來自MCG模塊的 MCGFFCLK（MCG fixed frenquency clock）。一般情況下，只要不是對外部計數功能，我們都會采用系統時鐘的 Bus Clock 為FTM提供時鐘。
? ? ? ?FTM的時鐘源可進行分頻（由FTMx_SC寄存器中的PS設置）：
? ? ? ?作為一個高級單片機里的定時器模塊，FTM模塊具有多種功能供用戶使用，例如輸入捕獲，輸出比較，PWM比較，PWM輸出，AB相正交解碼等等，他們通過FTMx_CnSC寄存器進行配置，如下圖：
FTMx_CnSC 寄存器的配置? ? ? ?值得注意的是，這個寄存器是每個通道都有的，意味著單個FTM模塊的不同通道可以工作在不同模式下。
? ? ? ?這其中我們用到的就是PWM輸出（電機、舵機）和正交解碼（編碼器），下面分別介紹。
EPWM模式（Edge-Aligned PWM (EPWM) mode）
? ? ? ? EPWM模式全稱為邊緣對齊PWM模式，也就是輸出依照邊沿對齊，與之對應的是中心對齊模式（CPWM），在這里我們選擇使用EPWM模式。
技術手冊里EPWM模式的描述? ? ? ?該模式下計數值主要依據（FTMx_CNV）計數值寄存器和（FTMx_MOD）系數值寄存器兩者進行控制，也就是通過分別配置MOD和CnV來控制。其中EPWM周期由(MOD-CNTIN+0x0001)決定，脈沖寬度（占空比）由(CnV-CNTIN)決定。
CNTIN必須設置為0? ? ? ?CNTIN這個系數在使用EPWM模式時必須設置為0，因此周期和脈寬就分別由：（MOD+1）和（CnV）決定。
? ? ? ??那么問題來了？模塊下各個通道間PWM頻率是否可以不同？
? ? ? ? 答案是不能，一組FTM模塊下的各個通道如果輸出PWM可以有不同的占空比，但不可以有不同的頻率。原因是因為各個通道可以配置自己獨立的 Channel Value（FTMx_CNV） 寄存器，但是他們只有一個公用的 Modulo（FTMx_MOD） 寄存器：
每組FTM模塊公用一個Modulo寄存器，各個通道都有各自的Channel Value寄存器代碼
? ? ? ? 當使用這個模式時，應該首先將上圖對應通道的狀態控制寄存器（FTMx_CnSC）對應位按上圖配置。然后再配置時鐘和分頻。最后寫入對應的計數值完成計數。具體代碼如下（如果看不懂可以看下面的實例）：
//@Src By ChenYX /******************** 選擇輸出模式為 邊沿對齊PWM *******************/ //通道狀態控制，根據模式來選擇 邊沿或電平 FTM_CnSC_REG(ftmn, ch) &= ~FTM_CnSC_ELSA_MASK; FTM_CnSC_REG(ftmn, ch) = FTM_CnSC_MSB_MASK | FTM_CnSC_ELSB_MASK;/******************** 配置時鐘和分頻 ********************/ FTM_SC_REG(ftmn) = ( 0| FTM_SC_PS(3) //分頻2^FTM_SC_PS,頻率為 bus clock/8| FTM_SC_CLKS(1) //時鐘選擇，bus時鐘 = system clock/2); /******************** 單個通道PWM頻率 ********************/ /*********** EPWM的周期為 ：MOD - CNTIN + 0x0001 *********/ /*********** EPWM的占空比為 ： CnV-CNTIN *****************/FTM_MOD_REG(ftmn) = mod; //PMW頻率=系統頻率/2/(2^FTM1_SC_PS)/FTMn_MOD FTM_CNTIN_REG(ftmn) = 0; //計數器初始化值CNTIN設置為0。 FTM_CnV_REG(ftmn, ch) = cv; //寫入計數值，設置脈沖寬度：CnV. FTM_CNT_REG(ftmn) = 0; //計數器開啟（寫任何值到此寄存器，都會加載 CNTIN 的值）實例
? ? ? ? 我們以手冊里典型實例來舉個例子：
典型的EPWM模式應用實例| PS | [2:0] | 001B | 配置預分頻系數ps為2（2^1），對總線時鐘進行二分頻（也就是對總線時鐘每記兩次后歸零） |
| CLKS | [4:3] | 01B | 時鐘源為系統時鐘（System Clock） |
| INIT | [15:0] | 0x0000 | 計數器無初始值（無初始相位偏移） |
| MOD | [15:0] | 0x0004 | PWM脈寬為?MOD + 1 = 4 + 1 =?5 |
| VAL | [15:0] | 0x0002 | 高電平寬度為 VAL = 2 |
? ? ? ?現在，我們假設系統時鐘（System Clock）為120Mhz：
? ? ? ?則總線時鐘（Bus Clock）為系統時鐘一半60Mhz；
? ? ? ?經過預分頻計數器后頻率再降低一半為30Mhz；
? ? ? ?配置MOD寄存器為4，脈寬為5，則PWM頻率等價為1/5=6Mhz；
? ? ? ?配置CnV寄存器為2，則占空比為2/5=40%。
? ? ? ?當然，這只是個例子，智能車里的伺服機構：電機、舵機是用不到這么高的頻率的，舵機一般均為50Hz，電機一般5~20 KHz不等，其設置的依據主要是其是否會對電磁信號產生影響，具體可以自己配置。
正交解碼模式（Quadrature Decoder mode）
? ? ? ?在現如今的比賽中，我們使用的大部分都是兩相輸出的增量型旋轉編碼器。這種編碼器輸出A、B兩相脈沖，這兩組脈沖不僅能夠表示轉速，還能表示方向，如圖所示，A相和B相脈沖數均表示轉數，但當A相信號相位超前時，表示正轉；B相信號相位超前時，表示反轉：
編碼器輸出脈沖? ? ? ?編碼器輸出的兩相脈沖需要靠單片機進行解碼才能讀取轉速信息，FTM模塊就提供了正交解碼這種工作模式。通過這種模式，它可以將輸入的A、B兩相脈沖解碼后得到計數值，進而我們就可以獲得轉速信息進行閉環控制。
? ? ? ?這張圖簡述了FTM正交解碼的簡單流程，輸入的信號先經過同步器，再經過配置濾波后，兩相信號會被送入FTM方向計數器，計算出方向后會再送入FTM計數器進行帶方向的計數。
? ? ? ?正交解碼模式下可以通過 Quadrature Decoder Control And Status（FTMx_QDCTRL）寄存器進行相關功能的配置。在該模式下有計數/方向編碼模式（Count and direction encoding mode）和 AB相編碼模式（Phase A and phase B encoding mode）。
? ? ? ?計數/方向編碼模式：B相輸入值用于指示計數方向，A相輸入用于計數，FTM計數器在A相輸入的每個上升沿進行計數，累加或遞減由B相電平決定。
計數/方向編碼模式? ? Count and direction encoding mode? ? ? AB相編碼模式：計數方向由AB相之間的關系決定，計數頻率由A相B相輸入信號決定。當A相或B相的信號出現跳變，即可觸發FTM計數器改變。
AB相編碼模式? ? ? Phase A and phase B encoding mode? ? ? ?大家是不是都覺得我們應該使用的是第二種方式來計數呢？其實恰恰相反，我們的增量式編碼器輸出的信號是兩相同值信號，采用的是圖一的計數/方向編碼模式。：
? ? ? ?這里肯定有個疑問，明明增量式編碼器輸出的是A、B兩相信號，判斷方向依靠的是相位前后，為什么還要用計數/方向模式呢？別急，我把上面的圖標記一下：
? ? ? ?明白了嗎？當我們采用A方案時，如果將B相信號用來計數，A相信號用來表示方向的話。如果正轉，A相信號一直超前于B相信號，所以每當B相上升沿捕獲的時候，表示方向的A相都為1，則記為正傳，計數器+1。反之，當反轉時，每當B相信號上升沿時，A相滯后均為0，所以為反轉，計數器-1。
? ? ? ?那為什么不用AB相編碼模式呢？道理也很簡單，如圖所示，A、B相信號只要有一個出現跳變時就會計數，那么最后獲得的結果自然不是我們所需要的，不考慮臨界情況的會是我們實際脈沖的兩倍。
代碼
? ? ? ?當使用正交解碼模式時，我們只需要使能正交解碼和FTM模塊即可，下面是具體的代碼：
//@Src By ChenYX FTM_MODE_REG(ftmn) |= FTM_MODE_WPDIS_MASK; //寫保護禁止（不取消寫保護無法使能FTM） FTM_QDCTRL_REG(ftmn) |= FTM_QDCTRL_QUADMODE_MASK; //使用計數/方向編碼模式 FTM_CNTIN_REG(ftmn) = 0; //初始計數值為0 FTM_MOD_REG(ftmn) = FTM_MOD_MOD_MASK; //將MOD容器設置為最大，用于正交解碼 FTM_QDCTRL_REG(ftmn) |= FTM_QDCTRL_QUADEN_MASK; //使能正交解碼模式 FTM_MODE_REG(ftmn) |= FTM_MODE_FTMEN_MASK; //使能FTM FTM_CNT_REG(ftmn) = 0; //計數器開啟（寫任何值到此寄存器，都會加載 CNTIN 的值）? ? ? ?如果我們需要獲得編碼器的數值，那我們需要設置PIT中斷，并在中斷里讀取 FTMx_CNT 寄存器里的COUNT數值，并在讀取后將其清零：
//@Src By ChenYX int16 val; val = FTM_CNT_REG(ftmn); //讀取寄存器里的計數值 FTM_CNT_REG(ftmn) = 0; //寄存器數值清空，為下一個周期脈沖計數做準備 return val;如有疑問或錯誤，歡迎和我私信交流指正。
W.By ChenYX，未經授權，請勿轉載！
over~
總結
以上是生活随笔為你收集整理的【智能车学习】FTM模块的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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