第8课-FTM的PWM输入捕获正交解码

[跟我学OSKinetis]第8课-FTM的PWM、输入捕获、正交解码Postedon2013年11月18日bylpldcnFTM是一个神奇的模块，他能输出PWM，能输入捕获，能输出比较还能正交解码。英文全称是FlexTimerModule，你可以理解为高级定时器模块、易用定时器模块等等。不仅仅在Kinetis32位处理器中，FTM是个常用的模块，在飞思卡尔的8位处理器中，他也是个常用的模块，只不过名字叫TPM。FTM会用了，飞思卡尔的其他单片机的FTM、TPM你就都会用了。在OSKinetis固件库中，我们可以用FTM模块来实现PWM、输入捕获和正交解码等常用功能，借用库函数实现功能不难，难的是理解这些功能怎么用、什么原理才是最重要的，下面我们一一介绍这3个功能。当然看完本文你就能用寄存器编写FTM的各个功能吗，呵呵，不可能的！否则要那1000多页的技术文档干什么用，但是我希望本文能起到抛砖引玉的功能，在你会用库函数的基础上，对他的内部机制有一个了解。介绍几个小伙伴（FTM寄存器）要想搞清楚FTM模块，首先我们要介绍几个重要的寄存器给大家，他们就像小伙伴一样，好好利用可以帮大忙呢。FTMx_CNT小朋友（计数器寄存器），他负责喊号（计数）。FTMx_SC小朋友（状态和控制寄存器），他负责……寄存器名字面意思，具体说就是决定CNT小朋友的喊号的快慢（计数频率，包括时钟源的选择和分频系数）。他还负责其他一些杂事，比如计数溢出、中断使能等等。FTMx_MOD小朋友（模数寄存器），他负责记住一个数字，当CNT小朋友喊道这个数字的时候，他就提醒相关人员干一些事情，比如产生溢出中断标志，比如让CNT重新开始喊号。FTMx_CNTIN小朋友（计数器初始值寄存器），他告诉CNT小朋友哪哪个数开始喊。其中x代表不同的FTM模块的标号，比如MK60D系列单片机，有3个FTM模块，x就为0~2。PWM输出功能PWM工作原理PWM是什么，能做什么用，不是我们要讲的，相信你也能百度到。这里我们主要讲PWM在Kinetis的FTM模块中是怎么工作的。还记得上面介绍的几个小朋友吗，他们只要一起干活，我们的PWM波就可以生成了，下面我来说说他们是怎么干活的。哦对了，说到PWM还有一个小朋友要介绍，就是FTMx_CnV（通道值寄存器）小朋友。其中n代表FTMx有n个这样的小朋友，对于FTM0模块来说，有8个。他们8个人负责PWM的脉宽（即占空比），他们每个人也会记住一个数字，当CNT喊道这个数字的时候，他就让PWM的输出产生上升或下降沿。PWM最重要参数就是频率（周期的倒数）和占空比，下面的两个公式解释了他们是怎么确定的：PWM的周期=(MOD–CNTIN+1)x计数器周期PWM的占空比=(CnV−CNTIN)/PWM的周期怎么样，上面的公式结果都是由我们认识的小朋友决定的吧。下面我来解说下这个工作流程，首先公式中的计数器周期是SC小朋友决定的，前面说了他负责喊号的快慢，因为他负责决定采用哪个频率为输入频率，这些频率候选有系统时钟、固定频率时钟以及外部时钟，他还负责这些输入频率的分频系数，总之SC小朋友决定了计数器周期，也就是CNT小朋友喊号的快慢。然后CNT小朋友从CNTIN小朋友那里知道了要喊的第一个数，他按照SC决定的快慢一直喊道MOD告诉他的数，喊完这些数，一个PWM周期也就产生了！那么PWM的脉宽是怎么决定的呢，首先假定CNT在喊第一个数的时候，PWM通道输出高电平，当CNT喊到CnV小朋友告诉他的号的时候，PWM输出通道就会变为低电平，直到CNT继续喊道MOD的时候一个PWM周期结束，当重新开始喊CNTIN的号的时候，PWM的输出通道又变为了高电平，这样持续下去，就产生了PWM波形！你以为一个FTMx模块只能输出一路PWM就错了，我们刚才说了CnV根据x的不同，有n个通道可以输出PWM，如果是x=0，那么FTM0就有8个CnV，C0V到C7V这8个小朋友，因此FTM0可以输出8路不同占空比的PWM，但是由于负责喊号的CNT以及他的其他小伙伴在FTM0中仅仅各有1人，因此FTM0只能输出一种频率的PWM。如果上面的描述让你和你的小伙伴都惊呆了，那么就看看上面这幅图，从技术文档中的Figure39-181截出来的。红圈后面的波形就行PWM输出通道输出的波形。深绿色的圈代表CNT从CNTIN开始计数，此时输出高电平。当计数到CnV的时候，浅绿色圈处，产生channel(n)match通道匹配事件，变为低电平。当整个计数周期完成，即蓝圈的范围，CNT计数到MOD时，一个波形输出完成。PWM例程讲解前面讲了FTM中的几个小伙伴的故事，目的是为了让大家了解PWM的工作流程，下面我们来具体看看例程中，是如何利用库函数来生成PWM的。首先看例程“LPLD_ServoControl”，这是一个控制舵机转动的例程，我们知道舵机的控制PWM频率一般是50Hz，其他的舵机有可能不同，因此我们的初始化函数初始化PWM频率为50,定位pwm_init()函数，看其代码：01ftm_init_struct.FTM_Ftmx=FTM0;//使能FTM0通道02ftm_init_struct.FTM_Mode=FTM_MODE_PWM;//使能PWM模式03ftm_init_struct.FTM_PwmFreq=50;//PWM频率50Hz04LPLD_FTM_Init(ftm_init_struct);05LPLD_FTM_PWM_Enable(FTM0,//使用FTM006FTM_Ch0,//使能Ch0通道07angle_to_period(0),//初始化角度0度08PTC1,//使用Ch0通道的PTC1引脚09ALIGN_LEFT//脉宽左对齐10);Line1：使能FTM0通道。Line2：配置FTM_Mode成员变量，使用FTM的PWM输出功能。Line3：配置PWM输出的频率为50Hz，你只要直接写频率的数值即可，至于刚才讲的CNTIN、MOD、SC寄存器的值，库函数会自动搞定。而且切记，每个FTMx只能产生一种频率，这个频率在初始化配置时就确定了，如果你想用第二种频率，就使能再初始化FTM1或FTM2了。Line4：调用FTM通用初始化函数初始化该模块。Line5：PWM通道输出使能函数，你光配置了FTM0的PWM输出功能还不够，还要决定用哪个PWM通道来输出波形哦！其中FTM0有8个通道，这里使能通道0FTM_Ch0，每个通道又可能有不同的物理输出引脚，这里用CH0的PTC1引脚来输出PWM，还要配置占空比，这里我们用了自定义函数angle_to_period()来将舵机的角度值转化为函数需要的占空比值。最后一个参数是PWM脉宽的对其方式，默认是左对齐。关于此函数的参数的具体范围，请参考FTM模块的在线函数手册（点击进入）。初始化完成后的代码如下所示：1delay(1000);2//初始化延时后改变角度为45度3LPLD_FTM_PWM_ChangeDuty(FTM0,FTM_Ch0,angle_to_period(45));Line1：在初始化完毕后，首先应该延时一段时间，以保证舵机可以有足够的时间归位。Line3：调用LPLD_FTM_PWM_ChangeDuty()函数来改变CH0通道的占空比，该函数和PWM通道使能函数的个别参数一样，使用时最好先参考在线函数手册。输入捕获功能IC工作原理IC就是InputCapture的英文缩写，即输入捕获。很多新手不仅疑惑FTM，还疑惑他怎么还有这么多功能，更疑惑这么多功能中输入捕获到底干什么用。首先FTM为什么除了能生成PWM，还有其他功能，这都是因为他有这么多给力的小伙伴（寄存器），上面介绍那些小朋友不仅能生成PWM，还能利用自身特长，摇身一变成输入捕获功能。那么输入捕获有什么用呢，输入什么？捕获什么？他就像PWM的逆变一样，通过输入PWM方波，捕获上升沿或者下降沿，来计算出PWM的频率或者占空比。那么这几个小朋友是怎么工作，来实现输入捕获功能的呢，且听我一一道来。首先CnV小朋友不再负责记住一个数了，而是随时待命，随时准备记录下CNT小朋友喊的数字。当FTM的输入通道产生一个上升沿或者下降沿的时候，就会产生一个中断，这是CnV小朋友就会立刻记录下CNT小朋友喊的数字，我们只要知道两次中断之间CnV小朋友记录的计数的差，就可以间接计算出中断间隔时间了，从而可以计算出PWM方波的频率。当然CNT小朋友喊号的频率还是有SC小朋友决定的。假设我们知道CNT喊号的频率为fCNT,CnV自从上次中断后记录的计数差为cv,配置捕获上升沿时产生中断，那么两次中断的时间差的倒数就是PWM方波的频率：输入PWM频率=fCNT/cv同样还是来看一下我从技术文档中截下来的图，原图初出自Figure39-175。红框圈出来的是FTM的通道输入，这个通道在物理引脚上和PWM的输出通道是共用的，只不过随着功能的不同，输入输出都可以。橙色圈代表的是判断到底是上升沿还是下降沿来触发冲断。深色绿圈代表了CnV在这个事件来临的时候记录下CNT的数值，浅绿色是CNT计数器的值。蓝色圈代表我们即将产生的中断信号。IC例程讲解打开例程“LPLD_InputCapture”，在这里例程中，我们利用FTM0生成一路PWM，用于测试他的频率，用FTM1配置为输入捕获模块，来采集PWM并计算他的频率。pwm_init()初始化函数的代码我们就不赘述了，相信大家都能看懂，直接看下输入捕获的初始化函数ic_init()的代码：1ftm1_init_struct.FTM_Ftmx=FTM1;//使能FTM1通道2ftm1_init_struct.FTM_Mode=FTM_MODE_IC;//使能输入捕获模式3ftm1_init_struct.FTM_ClkDiv=FTM_CLK_DIV128;//计数器频率为总线时钟的128分频4ftm1_init_struct.FTM_Isr=ic_isr;//设置中断函数5LPLD_FTM_Init(ftm1_init_struct);6LPLD_FTM_IC_Enable(FTM1,FTM_Ch0,PTB0,CAPTURE_RI);7LPLD_FTM_EnableIrq(ftm1_init_struct);Line2：配置FTM1为输入捕获模式。Line3：设置计数器的分频系数为128,刚才我们讲过要计算PWM的频率，就要知道CNT计数器的频率，在OSKinetis固件库中，CNT的时钟源为总线时钟，如果这里设置为FTM_CLK_DIV128，那么CNT的频率就是总线频率/128。Line4：设置FTM的中断函数，用于处理捕获事件。Line6：使能输入捕获的输入通道，和PWM的使能通道同理，这里要设置需要用到的通道号为FTM_Ch0，通道对应的物理引脚为PTB0，捕获边缘为上升沿CAPTURE_RI。关于此函数的参数的具体范围，请参考FTM模块的在线函数手册（点击进入）。Line7：一定要记住使能中断。输入捕获初始化完毕后，FTM1就会在PTB0有输入PWM的时候产生中断了，接下来看一下其中断函数是怎么写的：01voidic_isr(void)02{03uint32cnt;04if(LPLD_FTM_IsCHnF(FTM1,FTM_Ch0))05{06cnt=LPLD_FTM_GetChVal(FTM1,FTM_Ch0);07Freq1=(g_bus_clock/LPLD_FTM_GetClkDiv(FTM1))/cnt;08LPLD_FTM_ClearCounter(FTM1);09LPLD_FTM_ClearCHnF(FTM1,FTM_Ch0);10}11}Line4：首先调用LPLD_FTM_IsCHnF()函数判断是不是FTM1的Ch0通道产生的捕获事件，因为每个FTMx的所有通道中断都是公用一个中断函数的，所以为了安全，必须在中断中判断是哪个通道产生的中断。Line6：获得Ch0通道的计数值，