9、增强型脉冲捕获模块eCAP

第九讲：增强型脉冲捕获模块eCAP1、脉冲捕获基本原理2、F28335增强型CAP3、捕获单元的APWM操作模式4、CAP寄存器介绍5、手把手教你-CAP捕获信号发生器信号边沿“事无巨细，无非因果”，输入对输出有着非常重要的影响。脉冲量的输入是在数字控制系统中最常见的一类输入量，控制器专门设置了脉冲捕获模块（eCAP）来处理脉冲量，通过脉冲捕获模块捕获脉冲量的上升沿与下降沿，进而可以计算脉冲的宽度和占空比，可以采用脉冲信号进行相关控制。捕获单元模块能够捕获外部输入引脚的逻辑状态（电平的高或低、电平翻转时的上升沿或下降沿），并利用内部定时器对外部事件或者引脚状态变化进行处理。典型应用如下：1.电机测速；2.测量脉冲电平宽度；3.测量一系列脉冲占空比和周期；4.电流/电压传感器的PWM编码信号的解码。脉冲捕获基本原理图9.1控制器给每个捕获单元模块都分配一个捕获引脚，在捕获引脚上输入待测脉冲波形，捕获模块会捕获到指定捕获的逻辑状态，如图9.1中的下降沿，捕获单元记录下定时器的时间，两个下降沿间的时间差就是脉冲周期，同理也可以捕获脉冲的上升沿，计算上升沿与下降沿之间的时间差就可以获得占空比，所以捕获单元可以用于测量脉冲周期以及脉冲的宽度。在一些数字脉冲测速场合，如电机的常见测速方法之一，在电机某个固定位置通过光电传感器发出一个脉冲，每周一个脉冲，两个脉冲之间的时间，就是电机的转速。在一些精确控制的场合中，一周当然不止发出一个脉冲，这取决于传感器（光电编码器）的选型与性能。脉冲捕获基本原理F28335增强型CAPF28335共有6组eCAP模块，每个eCAP不但具有捕获功能，而且还可用作PWM输出功能。F28335捕获模块的主要特征如下：1.150MHz系统时钟的情况下，32位时基的时间分辨率为6.67ns；2.4组32位的时间标志寄存器；3.4级捕获事件序列，可以灵活配置捕获事件边沿极性；4.四级触发事件均可以产生中断；5.软件配置一次捕获可以最多得到4个捕获时间；6.可连续循环4级捕获；7.绝对时间捕获；8.不同模式的时间捕获；9.所有捕获都发生在一个输入引脚上；10.如果eCAP模块不作捕获使用，可以配置成一个单通道输出的PWM模式。eCAP模块中一个捕获通道完成一次捕获任务，需要以下关键资源：1、专用捕获输入引脚；2、32位时基（计数器）；3、4*32位时间标签捕获寄存器；4、4级序列器，与外部eCAP引脚的上升/下降沿同步；5、4个事件可独立配置边沿极性；6、输入捕获信号预定标（2-62）;7、一个2位的比较寄存器，一次触发后可以捕获4个时间标签事件；8、采用4级深度的循环缓冲器以进行连续捕获；9、4个捕获事件中任意一个都可以产生中断。见图9.2F28335增强型CAP同步信号CTRPHS32位相位寄存器TSCTR32位计数器同步输出同步输入CAP1APWM周期寄存器CAP2APWM周期寄存器CAP3APWM周期影子寄存器CAP4APWM周期影子寄存器32323232323232CTR(0-31)CMP0-31事件识别PRD(0-31)LD1LD2LD3LD4CTROVFDelta-modeECCTL2[SYNCI_EN,SYNCOSEL,SWSYNC]RSTECCTL1[CAPLDEN,CTRRSTX]极性选择极性选择极性选择极性选择分频APWM模式CTR[0-31]PRE[0-31]CMP[0-31]PWM比较逻辑CTR=PRDCTR=CMP模式选择CAPECCTL2[CAP/APWM]ECCTL1[EVTPS]ECCTL1[CAPxPOL]连续或者一次性模式中断触发和标志管理PIECTR=OVFCTR=PRDCTR=CMP图9.2F28335增强型CAP事件分频（预定标）可以对一个输入的捕捉信号进行分频系数为N=2~62的分频，这在输入信号频率很高的时候非常有用。其框图和信号波形分别如图9.3和图9.4所示。图9.4图9.3F28335增强型CAP边沿极性选择Ø四个独立的边沿极性选择器，每个捕获事件可以设置不同的边沿极性；Ø每个边沿事件由MODULE4序列发生器进行事件量化Ø通过Mod4计数器将边沿事件锁存到相应的Cap寄存器中，Cap寄存器工作在下降沿。连续/单次控制2位的Mod4计数器对相应的边沿捕获事件递增计数（CEVT1-CEVT4）Mod4计数器循环计数（0-1-2-3-0），直至停止工作。在单次模式下,一个2位的停止寄存器与Mod4计数器的输出值进行比较，如果等于停止寄存器的值，Mod4计数器将不再计数，并且阻止CAP1-CAP4寄存器加载数值。连续/单次模块通过单次控制方式控制Mod4计数器的开始、停止和复位，这种单次控制方式由比较器的停止值触发，可通过软件进行强制控制。在单次控制的时候，eCAP模块等待N（1-4）个捕捉事件发生，N的值为停止寄存器的值。一旦N值达到后，MOD4计数器和CAP寄存器的值都被冻结。如果向CAP控制寄存器ECCTL2中的单次重加载RE-ARM位写入1后，Mod4计数器就会复位并从冻结状态恢复作用，同时如果将CAP控制寄存器ECCTL1中CAP寄存器加载使能CAPLDEN位置1，那么CAP1-CAP4寄存器会再次加载新值。在连续模式下，Mod4计数器持续工作（0-1-2-3-0），捕捉值在一个环形缓冲里按顺序不断的写入CAP1-CAP4。图9.5为连续/单次控制框图。图9.5F28335增强型CAP32位计数器与相位控制计数器为事件捕获提供时基，其时钟信号为系统时钟的分频。通过软件或硬件强制，可以用相位寄存器与其他计数器同步。在APWM模式中,这个相位寄存器在模块之间需要相位差时很有用。在四个捕捉事件的数值加载中，可以选择复位这个32位计数器，这点对时间偏差捕捉很有用。首先32位计数器的值被捕获到，然后被LD1-LD4中任意一个信号复位为0。其工作原理框图如图9.6所示。图9.6CAP1-CAP4寄存器通过32位的定时/计数器总线加载数值，当相应的捕获事件发生时，CTR[0-31]值加载到相应的CAP寄存器中。通过控制CAP控制寄存器ECCTL1[CAPLDEN]位可以阻止捕捉寄存器数值的加载。在单次模式下，一个停止信号产生的时候（StopValue=Mod4）该位被自动清除（不加载）。在APWM模式下CAP1与CAP2寄存器为有效的周期寄存器和比较寄存器；CAP3与CAP4寄存器相对CAP1与CAP2寄存器为独立的影子寄存器（APRD与ACMP）。中断控制捕捉事件的发生（CEVT1-CEVT4，CTROVF）或者APWM事件的发生（CTR=PRD，CTR=CMP）都将会产生中断请求。这些事件中的任一个事件都可以被选作中断源（从eCAPx模块中）连到PIE。中断使能寄存器（ECEINT）用于使能/屏蔽中断源。中断标志寄存器（ECFLG）包含中断事件标志和全局中断标志位（INT）。如果相应的中断事件使能标志位为1，INT标志位为0，那么一个中断脉冲就会告知PIE。在其他的中断脉冲产生之前，在中断服务程序里必须通过中断清除寄存器（ECCLR）清除全局中断标志和相应的中断事件。通过强制中断寄存器（ECFRC）可以强制发生某个中断事件，这个在测试的时候比较有用。注意：CEVT1、CEVT2、CEVT3、CEVT4标志工作在捕捉模式（ECCTL2[CAP/APWM]==0）；CTR=PRD，CTR=CMP标志工作在APWM模式（ECCTL2[CAP/APWM]==1）；CNTOVF标志在两种模式下都可工作。F28335增强型CAP如果eCAP模块不用作捕获输入，可以将它用来产生一个单通道的PWM。计数器工作在计数增模式，可以提供时基能产生不同占空比的PWM。CAP1与CAP2寄存器作为主要的周期和比较寄存器，CAP3与CAP4寄存器作为周期和比较寄存器的影子寄存器，其原理框图如图9.7所示。捕获单元的APWM操作模式图9.7时间计数器不断与2个32位的比较寄存器比较。CAP1与CAP2用作周期与比较寄存器。与影子寄存器APRD、ACMP（CAP3、CAP4）配合形成双缓冲机制。如果选择立即模式，只要数据写入影子寄存器，影子寄存器的值就会立即加载到CAP1或者CAP2寄存器；如果选择周期加载模式，在CTR=PRD的时候，影子寄存器的值就会加载到CAP1或者CAP2寄存器。写数值到有效寄存器CAP1/2后，数值也将写到各自相应的影子寄存器CAP3/4里。在初始化的时候，周期值与比较值必须写到有效寄存器CAP1与CAP2，模块会自动复制初始化数值到影子寄存器中。在之后的数据更改时，只需要使用影子寄存器就可以了。APWM产生波形如图9.8所示。捕获单元的APWM操作模式图9.8下面进行实例讲解。第一：捕获外部信号，可以设置为捕捉信号的上升还是下降沿，该功能一般最常用；第二：计算外部方波信号的周期和占空比，在这里可以分别对CAP1、CAP2、CAP3和CAP4上升沿或下降沿动作进行设置，当外部信号和当前CAPx设置一致时，并将当前CTR值赋给CAPx寄存器。这样，可以根据四个CAPx寄存器里面的值，进行捕获的方波信号周期和占空比的计算。另外，CTR的变化模式取决于ECap6Regs.ECCTL1.bit.CTRRSTx的设置，如果为‘0’，则动作匹配时，不复位CTR，将一直往上增加，直至溢出；如果为‘1’，则动作匹配时，复位CTR。如果，一个程序当中，四个CAPx均用到的话，假如：CAP1：上升沿CAP2：下降沿CAP3：上升沿CAP4：下降沿对于输入信号，第一上升沿时，CAP1动作，并且产生CEVT1事件（如果该事件中断使能的话，则可以进入中断），同时将CTR数加载到CPA1中；接下来，下降沿时，CAP2动作，并且产生CEVT2事件（如果该事件中断使能的话，则可以进入中断），同时将CTR数加载到CAP2中；再接下来，上升沿时，CAP3动作，并且产生CEVT3事件（如果该事件中断使能的话，则可以进入中断），同时将CTR数加载到CAP3中；再接下来，下降沿时，CAP4动作，并且产生CEVT4事件（如果该事件中断使能的话，则可以进入中断），同时将CTR数加载到CAP4中；接下来在从CAP1往返动作。这时在一个循环里，可以利用四个CAPx里面的值进行周期和占空比的计算。如果，程序不需要计算输入信号的周期和占空比，那么可能只要用到一个CAPx，这时就更简单了。（如下面觉得例子），这时CTR可以不运行（ECap6Regs.ECCTL2.bit.TSCTRSTOP=EC_FREEZE），CAPx寄存器加载也可以禁止（ECap6Regs.ECCTL1.bit.CAPLDEN=EC_DISABLE;）。以上2个其实均为CAP口捕获功能，对应的I/O口为输入。ECAP口另外一个功能是产生APWM，和上述2个有很大的差别，对应的I/O口为输出。由于上面2个比较常用，特别是第一个，所以接下来，对设置CAP口为捕获功能的配置进行相关说明，以Ecap为例：首先要设置GPIO引脚：EALLOW;GpioCtrlRegs.GPAPUD.bit.GPIO1=0;//Enablepull-uponGPIO1(CAP6)//GpioCtrlRegs.GPBPUD.bit.GPIO49=0;//Enablepull-uponGPIO49(CAP6)//InputsaresynchronizedtoSYSCLKOUTbydefault.//Commentoutotherunwantedlines.GpioCtrlRegs.GPAQSEL1.bit.GPIO1=0;//SynchtoSYSCLKOUTGPIO1(CAP6)//GpioCtrlRegs.GPBQSEL2.bit.GPIO49=0;//SynchtoSYSCLKOUTGPIO49(CAP6)GpioCtrlRegs.GPAMUX1.bit.GPIO1=2;//ConfigureGPIO1asCAP6//GpioCtrlRegs.GPBMUX2