利用電機(jī)控制中PLU模塊與CTIMER計(jì)數(shù)器解碼電機(jī)

在電機(jī)控制中，實(shí)時(shí)獲取電機(jī)轉(zhuǎn)子位置是非常重要的。通過(guò)監(jiān)測(cè)電機(jī)軸或機(jī)械設(shè)備運(yùn)動(dòng)的位置可以計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，編碼盤傳感器（Encoder）會(huì)發(fā)出類似于正交PWM波的高低電平信號(hào)，對(duì)此信號(hào)進(jìn)行解碼，可以得到電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度及方向。

DSC系列MCU的Quad Timer（TMR）外設(shè)可以對(duì)正交編碼信號(hào)解碼，有些客戶使用LPC55XX系列也需要解碼，本文用PLU模塊對(duì)Encoder的信號(hào)解碼，用計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)解碼信號(hào)，進(jìn)而得到轉(zhuǎn)子位置及速度。

1. 標(biāo)準(zhǔn)推拉輸出

DSP系列MCU的Quad Timer（TMR）外設(shè)可以對(duì)正交編碼信號(hào)進(jìn)行解碼，如下：

在進(jìn)行解碼時(shí)，其實(shí)是兩個(gè)信號(hào)發(fā)生電平翻轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行計(jì)數(shù)，那么可以理解為對(duì)這兩個(gè)信號(hào)做異或運(yùn)算，對(duì)結(jié)果信號(hào)上升沿和下降沿進(jìn)行計(jì)數(shù)，就可實(shí)現(xiàn)解碼功能。利用可編程邏輯單元PLU對(duì)正交編碼信號(hào)做異或運(yùn)算，利用CTIMER計(jì)數(shù)器對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，同樣可以達(dá)到Quad Timer（TMR）解碼效果。

2. 配置PLU與CTIMER

PLU（Programmable Logic Unit），即可編程邏輯單元，可創(chuàng)建小型組合與時(shí)序邏輯電路。LPC804與LPC55XX的PLU在使用上是完全相同的，包含了6個(gè)輸入、8個(gè)輸出、26個(gè)5輸入查找表（LUT）、4個(gè)觸發(fā)器（state Flip-Flops），詳細(xì)介紹如下： https://www.nxpic.org.cn/module/forum/thread-622667-1-1.html 用PIO_19與PIO_20產(chǎn)生類似于正交編碼信號(hào)，將兩路信號(hào)輸入PLU模塊的IN3與IN4，進(jìn)行異或運(yùn)算，再輸出到OUT5，將OUT5信號(hào)輸入到CTIMER計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，如下：

以LPC55S69-EVK開(kāi)發(fā)板為例，具體的引腳使用如下：

配置PLU與CTIMER引腳，如下：

打開(kāi)PLU與CTIMER時(shí)鐘，如下：

添加PLU外設(shè)，如下：

配置CTIMER外設(shè)，在main.c文件中添加CTIMER初始化，上升沿與下降沿都可觸發(fā)計(jì)數(shù)器。假如電機(jī)轉(zhuǎn)一圈觸發(fā)4096次計(jì)數(shù)器，電機(jī)在旋轉(zhuǎn)60°時(shí)要控制電機(jī)變相，當(dāng)計(jì)數(shù)器值為4096/6 = 682時(shí)，觸發(fā)一次ctimer中斷，在中斷處理函數(shù)中控制電機(jī)，如下：

uint32_t motor_flag = 0;
const ctimer_config_t CTIMER0_config = {
  .mode = kCTIMER_IncreaseOnBothEdge,
  .input = kCTIMER_Capture_0,
  .prescale = 0
};
const ctimer_match_config_t CTIMER0_Match_0_config = {
  .matchValue = 681,
  .enableCounterReset = true,
  .enableCounterStop = false,
  .outControl = kCTIMER_Output_NoAction,
  .outPinInitState = false,
  .enableInterrupt = true
};
/*Single callback functions definition */
ctimer_callback_t CTIMER0_callback[] ={ctimer0_match0_callback};
static void CTIMER0_init(void) {
  /* CTIMER0 peripheral initialization */
  CTIMER_Init(CTIMER0, &CTIMER0_config);
  /* Interrupt vector CTIMER0_IRQn priority settings in theNVIC. */
  NVIC_SetPriority(CTIMER0_IRQn, 0);
  /* Match channel 0 of CTIMER0 peripheral initialization*/
  CTIMER_SetupMatch(CTIMER0, kCTIMER_Match_0, &CTIMER0_Match_0_config);
  CTIMER_RegisterCallBack(CTIMER0,CTIMER0_callback, kCTIMER_SingleCallback);
  CTIMER_StartTimer(CTIMER0);
}
void ctimer0_match0_callback(uint32_t flags)
{
    motor_flag++;
}

下載PLU configure tool，下載鏈接如下：

https://www.nxp.com/mcu-plu-config-tool 打開(kāi)PLU配置工具，選擇原理圖設(shè)計(jì)，做一個(gè)異或運(yùn)算，如下：

點(diǎn)擊菜單欄File->Export->PLU source file將其導(dǎo)出為C文件，將C文件的內(nèi)容復(fù)制到main函數(shù)中，如下：

    PLU->LUT[4].INP_MUX[0] = 0x00000003; /* IN3 (IN3) */
    PLU->LUT[4].INP_MUX[1] = 0x00000004; /* IN4 (IN4) */
    PLU->LUT[4].INP_MUX[2] = 0x0000003F; /* default */
    PLU->LUT[4].INP_MUX[3] = 0x0000003F; /* default */
    PLU->LUT[4].INP_MUX[4] = 0x0000003F; /* default */
    PLU->LUT_TRUTH[4] = 0x66666666; /* XOR01 (XOR01) STD 2INPUT XOR */
    PLU->OUTPUT_MUX[5] = 0x00000004; /* LUT4 (XOR01) ->OUT5 */

利用GPIO產(chǎn)生正交編碼信號(hào)，CTimer進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)到682時(shí)會(huì)觸發(fā)中斷進(jìn)入回調(diào)函數(shù)，計(jì)數(shù)器值（TC）會(huì)自動(dòng)清零，重新計(jì)數(shù)，如下：

while(1) {
     GPIO_PortToggle(GPIO,0, 1u << 19);
     SysTick_DelayTicks(5U);
     GPIO_PortToggle(GPIO,0, 1u << 20);
     SysTick_DelayTicks(5U);
        motor_counter = CTIMER0->TC;    }

3. 測(cè)試結(jié)果 邏輯分析儀測(cè)試結(jié)果如下：

調(diào)試時(shí)，計(jì)數(shù)器的值如下所示：

示例代碼：LPC55S69_Project_motor_counter.zip

審核編輯：郭婷