目錄

什么是PWM？

FTM模塊（FlexTimer Module）

EPWM模式（Edge-Aligned PWM (EPWM) mode）

代碼

實(shí)例

正交解碼模式（Quadrature Decoder mode）

代碼

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今天突然遇到一個(gè)問題，所以決定還是把智能車?yán)镉玫降腇TM模塊好好來理一下吧。

什么是PWM？

? ? ? ?PWM全稱是脈沖寬度調(diào)制，是現(xiàn)代電力電子控制里不可或缺的一項(xiàng)技術(shù)，其基本原理大家都懂，不懂得的隔壁左轉(zhuǎn)百度。這里只貼一下定義：

? ? ? ?采樣控制理論中有一個(gè)重要結(jié)論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。PWM控制技術(shù)就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ)，對半導(dǎo)體開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷進(jìn)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(guī)則對各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)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(gè)點(diǎn)值得提及，那就是他的適用范圍：具有慣性的環(huán)節(jié)。這就是為什么伺服機(jī)構(gòu)可以用PWM控制，因?yàn)樗菓T性環(huán)節(jié)，這點(diǎn)很重要。

FTM模塊（FlexTimer Module）

? ? ? ?FTM全稱FlexTimer Module (柔性定時(shí)器模塊)，它的工作框圖如下：

? ? ? ?FTM模塊的核心是一個(gè)16位計(jì)數(shù)器，該計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘來源可設(shè)置（由FTMx_SC寄存器中的CLKS設(shè)置），既可來自系統(tǒng)時(shí)鐘System Clock，外部時(shí)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(jì)數(shù)功能，我們都會(huì)采用系統(tǒng)時(shí)鐘的 Bus Clock 為FTM提供時(shí)鐘。
? ? ? ?FTM的時(shí)鐘源可進(jìn)行分頻（由FTMx_SC寄存器中的PS設(shè)置）：

? ? ? ?作為一個(gè)高級單片機(jī)里的定時(shí)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(jìn)行配置，如下圖：

FTMx_CnSC 寄存器的配置

? ? ? ?值得注意的是，這個(gè)寄存器是每個(gè)通道都有的，意味著單個(gè)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(jī)、舵機(jī)）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(yīng)的是中心對齊模式（CPWM），在這里我們選擇使用EPWM模式。

技術(shù)手冊里EPWM模式的描述

? ? ? ?該模式下計(jì)數(shù)值主要依據(jù)（FTMx_CNV）計(jì)數(shù)值寄存器和（FTMx_MOD）系數(shù)值寄存器兩者進(jìn)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(shè)置為0

? ? ? ?CNTIN這個(gè)系數(shù)在使用EPWM模式時(shí)必須設(shè)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(gè)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(gè)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?yàn)楦鱾€(gè)通道可以配置自己獨(dú)立的 Channel Value（FTMx_CNV） 寄存器，但是他們只有一個(gè)公用的 Modulo（FTMx_MOD） 寄存器：

每組FTM模塊公用一個(gè)Modulo寄存器，各個(gè)通道都有各自的Channel Value寄存器

代碼

? ? ? ? 當(dāng)使用這個(gè)模式時(shí)，應(yīng)該首先將上圖對應(yīng)通道的狀態(tài)控制寄存器（FTMx_CnSC）對應(yīng)位按上圖配置。然后再配置時(shí)鐘和分頻。最后寫入對應(yīng)的計(jì)數(shù)值完成計(jì)數(shù)。具體代碼如下（如果看不懂可以看下面的實(shí)例）：

//@Src By ChenYX /******************** 選擇輸出模式為 邊沿對齊PWM *******************/ //通道狀態(tài)控制，根據(jù)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(shí)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(shí)鐘選擇，bus時(shí)鐘 = system clock/2); /******************** 單個(gè)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(tǒng)頻率/2/(2^FTM1_SC_PS)/FTMn_MOD FTM_CNTIN_REG(ftmn) = 0; //計(jì)數(shù)器初始化值CNTIN設(shè)置為0。 FTM_CnV_REG(ftmn, ch) = cv; //寫入計(jì)數(shù)值，設(shè)置脈沖寬度：CnV. FTM_CNT_REG(ftmn) = 0; //計(jì)數(shù)器開啟（寫任何值到此寄存器，都會(huì)加載 CNTIN 的值）

實(shí)例

? ? ? ? 我們以手冊里典型實(shí)例來舉個(gè)例子：

典型的EPWM模式應(yīng)用實(shí)例 寄存器名稱位所屬位范圍設(shè)置值作用FTMx_SCFTMx_CNTINFTMx_MODFTMx_CnV

PS	[2:0]	001B	配置預(yù)分頻系數(shù)ps為2（2^1），對總線時(shí)鐘進(jìn)行二分頻（也就是對總線時(shí)鐘每記兩次后歸零）
CLKS	[4:3]	01B	時(shí)鐘源為系統(tǒng)時(shí)鐘（System Clock）
INIT	[15:0]	0x0000	計(jì)數(shù)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(xiàn)在，我們假設(shè)系統(tǒng)時(shí)鐘（System Clock）為120Mhz：
? ? ? ?則總線時(shí)鐘（Bus Clock）為系統(tǒng)時(shí)鐘一半60Mhz；
? ? ? ?經(jīng)過預(yù)分頻計(jì)數(shù)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(jià)為1/5=6Mhz；
? ? ? ?配置CnV寄存器為2，則占空比為2/5=40%。

? ? ? ?當(dāng)然，這只是個(gè)例子，智能車?yán)锏乃欧C(jī)構(gòu)：電機(jī)、舵機(jī)是用不到這么高的頻率的，舵機(jī)一般均為50Hz，電機(jī)一般5~20 KHz不等，其設(shè)置的依據(jù)主要是其是否會(huì)對電磁信號產(chǎn)生影響，具體可以自己配置。

正交解碼模式（Quadrature Decoder mode）

? ? ? ?在現(xiàn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)速，還能表示方向，如圖所示，A相和B相脈沖數(shù)均表示轉(zhuǎn)數(shù)，但當(dāng)A相信號相位超前時(shí)，表示正轉(zhuǎn)；B相信號相位超前時(shí)，表示反轉(zhuǎn)：

編碼器輸出脈沖

? ? ? ?編碼器輸出的兩相脈沖需要靠單片機(jī)進(jìn)行解碼才能讀取轉(zhuǎn)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(jì)數(shù)值，進(jìn)而我們就可以獲得轉(zhuǎn)速信息進(jìn)行閉環(huán)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(jīng)過同步器，再經(jīng)過配置濾波后，兩相信號會(huì)被送入FTM方向計(jì)數(shù)器，計(jì)算出方向后會(huì)再送入FTM計(jì)數(shù)器進(jìn)行帶方向的計(jì)數(shù)。

? ? ? ?正交解碼模式下可以通過 Quadrature Decoder Control And Status（FTMx_QDCTRL）寄存器進(jìn)行相關(guān)功能的配置。在該模式下有計(jì)數(shù)/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(jì)數(shù)/方向編碼模式：B相輸入值用于指示計(jì)數(shù)方向，A相輸入用于計(jì)數(shù)，FTM計(jì)數(shù)器在A相輸入的每個(gè)上升沿進(jìn)行計(jì)數(shù)，累加或遞減由B相電平?jīng)Q定。

計(jì)數(shù)/方向編碼模式? ? Count and direction encoding mode

? ? ? AB相編碼模式：計(jì)數(shù)方向由AB相之間的關(guān)系決定，計(jì)數(shù)頻率由A相B相輸入信號決定。當(dāng)A相或B相的信號出現(xiàn)跳變，即可觸發(fā)FTM計(jì)數(shù)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(yīng)該使用的是第二種方式來計(jì)數(shù)呢？其實(shí)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(jì)數(shù)/方向編碼模式。：

? ? ? ?這里肯定有個(gè)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(jì)數(shù)/方向模式呢？別急，我把上面的圖標(biāo)記一下：

? ? ? ?明白了嗎？當(dāng)我們采用A方案時(shí)，如果將B相信號用來計(jì)數(shù)，A相信號用來表示方向的話。如果正轉(zhuǎn)，A相信號一直超前于B相信號，所以每當(dāng)B相上升沿捕獲的時(shí)候，表示方向的A相都為1，則記為正傳，計(jì)數(shù)器+1。反之，當(dāng)反轉(zhuǎn)時(shí)，每當(dāng)B相信號上升沿時(shí)，A相滯后均為0，所以為反轉(zhuǎn)，計(jì)數(shù)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(gè)出現(xiàn)跳變時(shí)就會(huì)計(jì)數(shù)，那么最后獲得的結(jié)果自然不是我們所需要的，不考慮臨界情況的會(huì)是我們實(shí)際脈沖的兩倍。

代碼

? ? ? ?當(dāng)使用正交解碼模式時(shí)，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(hù)禁止（不取消寫保護(hù)無法使能FTM） FTM_QDCTRL_REG(ftmn) |= FTM_QDCTRL_QUADMODE_MASK; //使用計(jì)數(shù)/方向編碼模式 FTM_CNTIN_REG(ftmn) = 0; //初始計(jì)數(shù)值為0 FTM_MOD_REG(ftmn) = FTM_MOD_MOD_MASK; //將MOD容器設(shè)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(jì)數(shù)器開啟（寫任何值到此寄存器，都會(huì)加載 CNTIN 的值）

? ? ? ?如果我們需要獲得編碼器的數(shù)值，那我們需要設(shè)置PIT中斷，并在中斷里讀取 FTMx_CNT 寄存器里的COUNT數(shù)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(jì)數(shù)值 FTM_CNT_REG(ftmn) = 0; //寄存器數(shù)值清空，為下一個(gè)周期脈沖計(jì)數(shù)做準(zhǔn)備 return val;

如有疑問或錯(cuò)誤，歡迎和我私信交流指正。
W.By ChenYX，未經(jīng)授權(quán)，請勿轉(zhuǎn)載！

over~

總結(jié)

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(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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