工程苗小兵

先楫資深FAE工程師

電力電子與電力傳動(dòng)專業(yè)碩士研究生，一個(gè)從事了20多年的功率控制的工程小兵，有多年的電機(jī)驅(qū)動(dòng)和電源控制經(jīng)驗(yàn)，專注電力電子控制方向。

HPM67/63/62系列中幾個(gè)常見應(yīng)用需求

輸出固定個(gè)數(shù)的脈沖

• 伺服應(yīng)用中需要輸出正交的固定脈沖反饋當(dāng)前運(yùn)動(dòng)位置
• 步進(jìn)電機(jī)控制應(yīng)用需要MCU輸出指定脈沖個(gè)數(shù)，配置運(yùn)行步長
• 常規(guī)方法是配置PWM或GPTIMER，在每個(gè)脈沖輸出后在中斷中計(jì)數(shù)，最后軟件封波
  
  

高速、大數(shù)據(jù)量ADC采樣

光伏上拉弧檢測需要采集多路ADC通道實(shí)現(xiàn)FFT運(yùn)算，采集數(shù)據(jù)量大，采樣頻率高

電能質(zhì)量檢測需要采集多路電流電壓數(shù)據(jù)

ADC模塊中雖然有序列采樣DMA模式，但沒有序列模式DMA轉(zhuǎn)換完成中斷，需要通過HDMA實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換搬移，需要占用DMA通道。對(duì)于HPM67/63/62只有8個(gè)通道，會(huì)影響到其他應(yīng)用使用DMA

LED顯示屏驅(qū)動(dòng)

大屏LED顯示需要確定固定脈沖個(gè)數(shù)和相位

通常只能靠硬件指令控制延遲

本文以正交輸出脈沖和ADC序列采樣為例介紹QEI靈活計(jì)數(shù)功能

QEI功能簡介

支持A，B，Z，H四個(gè)信號(hào)輸入

輸入信號(hào)來自互聯(lián)管理器TRGM

來自TRGM的輸入輸出IO

來自其他片上模塊

多種計(jì)數(shù)方式

支持單相、兩相 (正交/上下/方向脈沖)方波輸入

多個(gè)計(jì)數(shù)器

相位計(jì)數(shù)器，即位置計(jì)數(shù)器

Z相計(jì)數(shù)器，即周數(shù)計(jì)數(shù)器測速計(jì)數(shù)器

測定A，B相信號(hào)保持特定狀態(tài)的時(shí)長，可反應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速信息

位置匹配

支持位置進(jìn)行匹配檢測。當(dāng)電機(jī)運(yùn)行到指定位置時(shí)，產(chǎn)生位置匹配標(biāo)志事件

該事件可以觸發(fā)中斷，DMA 請(qǐng)求，也可以作為事件輸出

定時(shí)器計(jì)數(shù)器

32位，全局計(jì)數(shù)器

輸出固定脈沖原理

程序中使用了PWM、互聯(lián)管理器、QEI三個(gè)模塊

PWM負(fù)責(zé)輸出脈沖和通過故障輸入封鎖脈沖

互聯(lián)管理器負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)模塊之間互聯(lián)

QEI負(fù)責(zé)脈沖計(jì)數(shù)和計(jì)數(shù)比較產(chǎn)生故障信號(hào)，用于封波控制

通過軟件配置，不需要額外中斷，內(nèi)部連接不需要外部引腳連線

正交脈沖輸出的PWM配置

正交脈沖輸出配置

配置比較器值位于周期的1/4和3/4處

每個(gè)輸出都包含2個(gè)比較器，A相為比較器0、1，B相為比較器2、3

封波狀態(tài)

封波時(shí)輸出電平均為低

封波后需通過軟件恢復(fù)輸出

QEI脈沖輸入配置

配置比較輸出通道8作為內(nèi)部輸出，與A、B脈沖輸出獨(dú)立，配置相位時(shí)更靈活

通過比較器配置可以選擇封波時(shí)刻

使能內(nèi)部故障封波

使能內(nèi)部故障0作為封波信號(hào)

禁止硬件恢復(fù)脈沖輸出

正交脈沖輸出的QEI配置

QEI模式

設(shè)置為方向+脈沖模式

脈沖計(jì)數(shù)時(shí)是上下沿同時(shí)計(jì)數(shù)，即單個(gè)脈沖計(jì)兩次

禁止Z信號(hào)復(fù)位相位計(jì)數(shù)器

使能位置匹配功能

使能位置匹配功能，并允許匹配事件輸出

正交脈沖輸出的互聯(lián)管理器配置

互聯(lián)管理器功能

多路復(fù)選器（MUX）陣列

支持多個(gè)輸入和多個(gè)輸出

每個(gè)輸出都可以單獨(dú)配置，從眾多輸入中選擇

輸入信號(hào)數(shù)字濾波器

輸出信號(hào)極性取反

信號(hào)邊沿到脈沖轉(zhuǎn)換

DMA 請(qǐng)求管理，管理 PWMT，QDEC 和 HALL 的 DMA 請(qǐng)求

互聯(lián)管理器配置

關(guān)聯(lián)PWM 8通道輸出至QEI脈沖輸入

禁止QEI的Z信號(hào)和方向信號(hào)

關(guān)聯(lián)QEI事件輸出至PWM故障信號(hào)0

設(shè)置輸出脈沖個(gè)數(shù)

PWM設(shè)置

停止PWM模塊，復(fù)位時(shí)基

根據(jù)方向配置A、B相輸出相位

軟件恢復(fù)PWM輸出

恢復(fù)PWM時(shí)需注意：GCR寄存器的FAULTCLR寫1后，故障清除；隨后需要把FAULTCLR位清0，否則再下一次故障發(fā)生后，當(dāng)故障消除后PWM還會(huì)自動(dòng)恢復(fù)

啟動(dòng)PWM

QEI配置

復(fù)位QEI計(jì)數(shù)器

配置計(jì)數(shù)比較器，考慮QEI為上下沿計(jì)數(shù)，配置計(jì)數(shù)值為：計(jì)數(shù)值*2-1

開啟計(jì)數(shù)

正交脈沖輸出波形

上圖是正交脈沖輸出的波形

棕色是A相輸出、灰色是B相輸出、紅色是QEI計(jì)數(shù)事件

程序設(shè)置為輸出10個(gè)脈沖、正轉(zhuǎn)

不增加中斷需求，減少軟件開銷

ADC序列模式中DMA連續(xù)轉(zhuǎn)換

程序中使用了PWM、互聯(lián)管理器、ADC、QEI四個(gè)模塊

PWM負(fù)責(zé)定時(shí)輸出脈沖

互聯(lián)管理器負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)模塊之間互聯(lián)

ADC啟動(dòng)序列DMA轉(zhuǎn)換，最多轉(zhuǎn)換4906個(gè)數(shù)據(jù)

QEI負(fù)責(zé)脈沖計(jì)數(shù)并產(chǎn)生計(jì)數(shù)比較中斷，中斷切換DMA存儲(chǔ)地址

選用ADC內(nèi)部DMA，不占用HDMA通道

ADC序列模式中DMA連續(xù)轉(zhuǎn)換代碼

PWM、互聯(lián)管理器、QEI配置與前文相似

在QEI匹配中斷中切換DMA目標(biāo)地址

無論是通過HDMA還是ADC內(nèi)部DMA，在完成大數(shù)據(jù)量轉(zhuǎn)換后都需要進(jìn)入中斷快速處理，QEI+ADC序列模式并不增加額外中斷需求

切換內(nèi)部DMA目標(biāo)地址時(shí)，需要復(fù)位內(nèi)部DMA位；否則周期（Cycle）位將無法正確顯示當(dāng)前轉(zhuǎn)換

總結(jié)

QEI可以實(shí)現(xiàn)更靈活的計(jì)數(shù)，并產(chǎn)生相應(yīng)的計(jì)數(shù)事件匹配。

互聯(lián)管理器的內(nèi)部互聯(lián)更加自由，不占用外部引腳，可以產(chǎn)生中斷或內(nèi)部事件。

PWM模塊包含多個(gè)比較器，可以實(shí)現(xiàn)多相位輸出脈沖，控制更靈活、相位精度更高。

通過多種組合用戶可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用實(shí)現(xiàn)更多功能。