增強(qiáng)型脈沖捕獲模塊eCAP

1、2016“”第九講：增強(qiáng)型脈沖捕獲模塊eCAPeCAP1 1、脈沖捕獲基本原理、脈沖捕獲基本原理2 2、F28335 F28335 增強(qiáng)型增強(qiáng)型CAPCAP3 3、捕獲單元的、捕獲單元的APWMAPWM操作模式操作模式4 4、CAPCAP寄存器介紹寄存器介紹5 5、手把手教你、手把手教你-CAP-CAP捕獲信號發(fā)生器信號邊捕獲信號發(fā)生器信號邊沿沿“” “事無巨細(xì)，無非因果”，輸入對輸出有著非常重要的影響。脈沖量的輸入是在數(shù)字控制系統(tǒng)中最常見的一類輸入量，控制器專門設(shè)置了脈沖捕獲模塊（eCAP）來處理脈沖量，通過脈沖捕獲模塊捕獲脈沖量的上升沿與下降沿，進(jìn)而可以計(jì)算脈沖的寬度和占空比，可以采用脈沖

2、信號進(jìn)行相關(guān)控制。 捕獲單元模塊能夠捕獲外部輸入引腳的邏輯狀態(tài)（電平的高或低、電平翻轉(zhuǎn)時(shí)的上升沿或下降沿），并利用內(nèi)部定時(shí)器對外部事件或者引腳狀態(tài)變化進(jìn)行處理。典型應(yīng)用如下：1.電機(jī)測速；2.測量脈沖電平寬度；3.測量一系列脈沖占空比和周期；4.電流/電壓傳感器的PWM編碼信號的解碼。脈沖捕獲基本原理脈沖捕獲基本原理圖9.1“” 控制器給每個(gè)捕獲單元模塊都分配一個(gè)捕獲引腳，在捕獲引腳上輸入待測脈沖波形，捕獲模塊會捕獲到指定捕獲的邏輯狀態(tài)，如圖9.1中的下降沿，捕獲單元記錄下定時(shí)器的時(shí)間，兩個(gè)下降沿間的時(shí)間差就是脈沖周期，同理也可以捕獲脈沖的上升沿，計(jì)算上升沿與下降沿之間的時(shí)間差就可以獲得占空比

3、，所以捕獲單元可以用于測量脈沖周期以及脈沖的寬度。在一些數(shù)字脈沖測速場合，如電機(jī)的常見測速方法之一，在電機(jī)某個(gè)固定位置通過光電傳感器發(fā)出一個(gè)脈沖，每周一個(gè)脈沖，兩個(gè)脈沖之間的時(shí)間，就是電機(jī)的轉(zhuǎn)速。在一些精確控制的場合中，一周當(dāng)然不止發(fā)出一個(gè)脈沖，這取決于傳感器（光電編碼器）的選型與性能。脈沖捕獲基本原理脈沖捕獲基本原理“”F28335 F28335 增強(qiáng)型增強(qiáng)型CAPCAPF28335共有6組eCAP模塊，每個(gè)eCAP不但具有捕獲功能，而且還可用作PWM輸出功能。F28335捕獲模塊的主要特征如下：1. 150MHz系統(tǒng)時(shí)鐘的情況下，32位時(shí)基的時(shí)間分辨率為6.67ns；2. 4組32位的時(shí)間

4、標(biāo)志寄存器；3. 4級捕獲事件序列，可以靈活配置捕獲事件邊沿極性；4. 四級觸發(fā)事件均可以產(chǎn)生中斷；5. 軟件配置一次捕獲可以最多得到4個(gè)捕獲時(shí)間；6. 可連續(xù)循環(huán)4級捕獲；7. 絕對時(shí)間捕獲；8. 不同模式的時(shí)間捕獲；9. 所有捕獲都發(fā)生在一個(gè)輸入引腳上；10. 如果eCAP模塊不作捕獲使用，可以配置成一個(gè)單通道輸出的PWM模式。eCAP模塊中一個(gè)捕獲通道完成一次捕獲任務(wù)，需要以下關(guān)鍵資源：1、專用捕獲輸入引腳；2、32位時(shí)基（計(jì)數(shù)器）；3、4*32位時(shí)間標(biāo)簽捕獲寄存器； 4、4級序列器，與外部eCAP引腳的上升/下降沿同步；5、4個(gè)事件可獨(dú)立配置邊沿極性；6、輸入捕獲信號預(yù)定標(biāo)（2-62）

5、;7、一個(gè)2位的比較寄存器，一次觸發(fā)后可以捕獲4個(gè)時(shí)間標(biāo)簽事件；8、采用4級深度的循環(huán)緩沖器以進(jìn)行連續(xù)捕獲；9、4個(gè)捕獲事件中任意一個(gè)都可以產(chǎn)生中斷。見圖9.2“”F28335 F28335 增強(qiáng)型增強(qiáng)型CAPCAP圖9.2“”F28335 F28335 增強(qiáng)型增強(qiáng)型CAPCAP 事件分頻（預(yù)定標(biāo)） 可以對一個(gè)輸入的捕捉信號進(jìn)行分頻系數(shù)為N=262的分頻，這在輸入信號頻率很高的時(shí)候非常有用。其框圖和信號波形分別如圖9.3和圖9.4所示。圖9.4圖9.3“”F28335 F28335 增強(qiáng)型增強(qiáng)型CAPCAP邊沿極性選擇 四個(gè)獨(dú)立的邊沿極性選擇器，每個(gè)捕獲事件可以設(shè)置不同的邊沿極性； 每個(gè)邊沿事

6、件由MODULE4序列發(fā)生器進(jìn)行事件量化 通過Mod4計(jì)數(shù)器將邊沿事件鎖存到相應(yīng)的Cap寄存器中，Cap寄存器工作在下降沿。連續(xù)/單次控制2位的Mod4計(jì)數(shù)器對相應(yīng)的邊沿捕獲事件遞增計(jì)數(shù)（CEVT1-CEVT4）Mod4計(jì)數(shù)器循環(huán)計(jì)數(shù)（0-1-2-3-0），直至停止工作。在單次模式下,一個(gè)2位的停止寄存器與Mod4計(jì)數(shù)器的輸出值進(jìn)行比較，如果等于停止寄存器的值，Mod4計(jì)數(shù)器將不再計(jì)數(shù)，并且阻止CAP1-CAP4寄存器加載數(shù)值。 連續(xù)/單次模塊通過單次控制方式控制Mod4計(jì)數(shù)器的開始、停止和復(fù)位，這種單次控制方式由比較器的停止值觸發(fā)，可通過軟件進(jìn)行強(qiáng)制控制。 在單次控制的時(shí)候，eCAP模塊等待

7、N（1-4）個(gè)捕捉事件發(fā)生，N的值為停止寄存器的值。一旦N值達(dá)到后，MOD4計(jì)數(shù)器和CAP寄存器的值都被凍結(jié)。如果向CAP控制寄存器ECCTL2中的單次重加載RE-ARM位寫入1后，Mod4計(jì)數(shù)器就會復(fù)位并從凍結(jié)狀態(tài)恢復(fù)作用，同時(shí)如果將CAP控制寄存器ECCTL1中CAP寄存器加載使能CAPLDEN位置1，那么CAP1-CAP4寄存器會再次加載新值。 在連續(xù)模式下，Mod4計(jì)數(shù)器持續(xù)工作（0-1-2-3-0），捕捉值在一個(gè)環(huán)形緩沖里按順序不斷的寫入CAP1-CAP4。圖9.5為連續(xù)/單次控制框圖。圖9.5“”F28335 F28335 增強(qiáng)型增強(qiáng)型CAPCAP 32位計(jì)數(shù)器與相位控制 計(jì)數(shù)器為

8、事件捕獲提供時(shí)基，其時(shí)鐘信號為系統(tǒng)時(shí)鐘的分頻。通過軟件或硬件強(qiáng)制，可以用相位寄存器與其他計(jì)數(shù)器同步。在APWM模式中,這個(gè)相位寄存器在模塊之間需要相位差時(shí)很有用。在四個(gè)捕捉事件的數(shù)值加載中，可以選擇復(fù)位這個(gè)32位計(jì)數(shù)器，這點(diǎn)對時(shí)間偏差捕捉很有用。首先32位計(jì)數(shù)器的值被捕獲到，然后被LD1-LD4中任意一個(gè)信號復(fù)位為0。其工作原理框圖如圖9.6所示。圖9.6“” CAP1-CAP4寄存器通過32位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器總線加載數(shù)值，當(dāng)相應(yīng)的捕獲事件發(fā)生時(shí)，CTR0-31值加載到相應(yīng)的CAP寄存器中。 通過控制CAP控制寄存器ECCTL1CAPLDEN位可以阻止捕捉寄存器數(shù)值的加載。在單次模式下，一個(gè)停止

9、信號產(chǎn)生的時(shí)候（StopValue=Mod4）該位被自動清除（不加載）。 在APWM模式下CAP1與CAP2寄存器為有效的周期寄存器和比較寄存器；CAP3與CAP4寄存器相對CAP1與CAP2寄存器為獨(dú)立的影子寄存器（APRD與ACMP）。 中斷控制 捕捉事件的發(fā)生（CEVT1-CEVT4，CTROVF）或者APWM事件的發(fā)生（CTR=PRD，CTR=CMP）都將會產(chǎn)生中斷請求。 這些事件中的任一個(gè)事件都可以被選作中斷源（從eCAPx模塊中）連到PIE。 中斷使能寄存器（ECEINT）用于使能/屏蔽中斷源。中斷標(biāo)志寄存器（ECFLG）包含中斷事件標(biāo)志和全局中斷標(biāo)志位（INT）。 如果相應(yīng)的中斷

10、事件使能標(biāo)志位為1，INT標(biāo)志位為0，那么一個(gè)中斷脈沖就會告知PIE。 在其他的中斷脈沖產(chǎn)生之前，在中斷服務(wù)程序里必須通過中斷清除寄存器（ECCLR）清除全局中斷標(biāo)志和相應(yīng)的中斷事件。通過強(qiáng)制中斷寄存器（ECFRC）可以強(qiáng)制發(fā)生某個(gè)中斷事件，這個(gè)在測試的時(shí)候比較有用。 注意：CEVT1、CEVT2、CEVT3、CEVT4標(biāo)志工作在捕捉模式（ECCTL2CAP/APWM=0）；CTR=PRD，CTR=CMP標(biāo)志工作在APWM模式（ECCTL2CAP/APWM=1）；CNTOVF標(biāo)志在兩種模式下都可工作。F28335 F28335 增強(qiáng)型增強(qiáng)型CAPCAP“”如果eCAP模塊不用作捕獲輸入，可以將

11、它用來產(chǎn)生一個(gè)單通道的PWM。計(jì)數(shù)器工作在計(jì)數(shù)增模式，可以提供時(shí)基能產(chǎn)生不同占空比的PWM。CAP1與CAP2寄存器作為主要的周期和比較寄存器，CAP3與CAP4寄存器作為周期和比較寄存器的影子寄存器，其原理框圖如圖9.7所示。捕獲單元的捕獲單元的APWMAPWM操作模式操作模式圖9.7“”時(shí)間計(jì)數(shù)器不斷與2個(gè)32位的比較寄存器比較。CAP1與CAP2用作周期與比較寄存器。與影子寄存器APRD、ACMP（CAP3、CAP4）配合形成雙緩沖機(jī)制。如果選擇立即模式，只要數(shù)據(jù)寫入影子寄存器，影子寄存器的值就會立即加載到CAP1或者CAP2寄存器；如果選擇周期加載模式，在CTR=PRD的時(shí)候，影子寄存

12、器的值就會加載到CAP1或者CAP2寄存器。寫數(shù)值到有效寄存器CAP1/2后，數(shù)值也將寫到各自相應(yīng)的影子寄存器CAP3/4里。在初始化的時(shí)候，周期值與比較值必須寫到有效寄存器CAP1與CAP2，模塊會自動復(fù)制初始化數(shù)值到影子寄存器中。在之后的數(shù)據(jù)更改時(shí)，只需要使用影子寄存器就可以了。APWM產(chǎn)生波形如圖9.8所示。捕獲單元的捕獲單元的APWMAPWM操作模式操作模式圖9.8“”下面進(jìn)行實(shí)例講解?！啊钡谝唬翰东@外部信號，可以設(shè)置為捕捉信號的上升還是下降沿，該功能一般最常用；“”第二：計(jì)算外部方波信號的周期和占空比，在這里可以分別對CAP1、CAP2、CAP3和CAP4上升沿或下降沿動作進(jìn)行設(shè)置，

13、當(dāng)外部信號和當(dāng)前CAPx設(shè)置一致時(shí)，并將當(dāng)前CTR值賦給CAPx寄存器。這樣，可以根據(jù)四個(gè)CAPx寄存器里面的值，進(jìn)行捕獲的方波信號周期和占空比的計(jì)算。另外，CTR的變化模式取決于ECap6Regs.ECCTL1.bit.CTRRSTx的設(shè)置，如果為0，則動作匹配時(shí)，不復(fù)位CTR，將一直往上增加，直至溢出；如果為1，則動作匹配時(shí)，復(fù)位CTR?！啊比绻?，一個(gè)程序當(dāng)中，四個(gè)CAPx均用到的話，假如：CAP1：上升沿CAP2：下降沿CAP3：上升沿CAP4：下降沿“”對于輸入信號，第一上升沿時(shí)，CAP1動作，并且產(chǎn)生CEVT1事件（如果該事件中斷使能的話，則可以進(jìn)入中斷），同時(shí)將CTR數(shù)加載到CPA

14、1中；接下來，下降沿時(shí)，CAP2動作，并且產(chǎn)生CEVT2事件（如果該事件中斷使能的話，則可以進(jìn)入中斷），同時(shí)將CTR數(shù)加載到CAP2中；再接下來，上升沿時(shí)，CAP3動作，并且產(chǎn)生CEVT3事件（如果該事件中斷使能的話，則可以進(jìn)入中斷），同時(shí)將CTR數(shù)加載到CAP3中；再接下來，下降沿時(shí)，CAP4動作，并且產(chǎn)生CEVT4事件（如果該事件中斷使能的話，則可以進(jìn)入中斷），同時(shí)將CTR數(shù)加載到CAP4中；接下來在從CAP1往返動作。這時(shí)在一個(gè)循環(huán)里，可以利用四個(gè)CAPx里面的值進(jìn)行周期和占空比的計(jì)算?！啊比绻?，程序不需要計(jì)算輸入信號的周期和占空比，那么可能只要用到一個(gè)CAPx，這時(shí)就更簡單了。（如下面

15、覺得例子），這時(shí)CTR可以不運(yùn)行（ECap6Regs.ECCTL2.bit.TSCTRSTOP = EC_FREEZE），CAPx寄存器加載也可以禁止（ECap6Regs.ECCTL1.bit.CAPLDEN = EC_DISABLE;）。“”以上2個(gè)其實(shí)均為CAP口捕獲功能，對應(yīng)的I/O口為輸入。ECAP口另外一個(gè)功能是產(chǎn)生APWM，和上述2個(gè)有很大的差別，對應(yīng)的I/O口為輸出。由于上面2個(gè)比較常用，特別是第一個(gè)，所以接下來，對設(shè)置CAP口為捕獲功能的配置進(jìn)行相關(guān)說明，以Ecap為例：“”首先要設(shè)置GPIO引腳：EALLOW;GpioCtrlRegs.GPAPUD.bit.GPIO1 = 0

16、; / Enable pull-up on GPIO1 (CAP6)/ GpioCtrlRegs.GPBPUD.bit.GPIO49 = 0; / Enable pull-up on GPIO49 (CAP6)/ Inputs are synchronized to SYSCLKOUT by default./ Comment out other unwanted lines.GpioCtrlRegs.GPAQSEL1.bit.GPIO1 = 0; / Synch to SYSCLKOUT GPIO1 (CAP6)/ GpioCtrlRegs.GPBQSEL2.bit.GPIO49 = 0;

17、/ Synch to SYSCLKOUT GPIO49 (CAP6)GpioCtrlRegs.GPAMUX1.bit.GPIO1 = 2; / Configure GPIO1 as CAP6/ GpioCtrlRegs.GPBMUX2.bit.GPIO49 = 1; / Configure GPIO49 as CAP6EDIS;“”Ecap6的外部信號輸入引腳，可以選擇GPIO1或GPIO49?！啊逼浯危跏蓟δ芗拇嫫髟O(shè)置：ECap6Regs.ECEINT.all = 0 x0000; / Disable all capture interruptsECap6Regs.ECCLR.all =

18、 0 xFFFF; / Clear all CAP interrupt flagsECap6Regs.ECCTL1.bit.CAPLDEN = EC_DISABLE; / Disable CAP1-CAP4 register loadsECap6Regs.ECCTL2.bit.TSCTRSTOP = EC_FREEZE; / Make sure the counter is stopped“”/ Configure peripheral registersECap6Regs.ECCTL2.bit.CAP_APWM = EC_CAP_MODE; /CAP modeECap6Regs.ECCTL2

19、.bit.CONT_ONESHT = EC_ONESHOT; / One-shotECap6Regs.ECCTL2.bit.STOP_WRAP = EC_EVENT1; / Stop at 1 eventsECap6Regs.ECCTL1.bit.CAP1POL = EC_FALLING; / Falling edge 其中，ECap6Regs.ECCTL2.bit.REARM這位決定ECAP口能否多次捕捉，外部信號的邊沿。如果在中斷響應(yīng)函數(shù)里面沒有“ECap6Regs.ECCTL2.bit.REARM = 1;”語句，則該ECAP口以后不響應(yīng)信號邊沿中斷；如果為有“ECap6Regs.ECCTL2.bit.REARM = 1;”語句，則該ECAP口可以繼續(xù)響應(yīng)下一次中斷?！啊盓CAP可以產(chǎn)生以下幾個(gè)中斷：CTR = CMPCTR = PRD - 針對APWM功能CTROVFCEVT4CEVT3CEVT2CEVT1 - ECAP口，CAPx對應(yīng)的動作匹配“”最后，外部PIE和CPU中斷使能。DINT;EALLOW; / This is needed to write to EALLOW protected registersPieVectTable.ECA