基于S32K144實(shí)現(xiàn)TPS929120的基本控制功能

1.TPS92910簡(jiǎn)介

TPS929120是TI公司在2019年4月份發(fā)布的具有FlexWire接口的12通道汽車級(jí)40V高邊LED驅(qū)動(dòng)芯片，其主要特點(diǎn)如下：

• 12路高邊精確電流輸出通道
  • 供電電壓4.5V到40V
  • 電阻預(yù)設(shè)電流最高到75mA
  • 2bit全局的，6bit獨(dú)立的電流設(shè)置
  • 輸出電流在5mA到75mA時(shí)，精度可達(dá)±5%
  • 輸出電流在1mA時(shí)，精度為±10%
  • 輸出電流50mA時(shí)的壓降為0.5V
  • 12bit獨(dú)立PWM調(diào)光
  • 可編程的PWM頻率最高可達(dá)20kHz
  • 支持線性和指數(shù)兩種調(diào)光方式
• FlexWire控制接口
  • 最高1MHz的時(shí)鐘頻率
  • FlexWire總線最多可掛16個(gè)器件
  • 一幀命令最多可以傳輸8字節(jié)的寄存器數(shù)據(jù)
  • 內(nèi)部集成5V LDO可以給CAN收發(fā)器供電
• 診斷和保護(hù)功能
  • 可編程的fail-safe狀態(tài)
  • LED開路檢測(cè)
  • LED短路檢測(cè)
  • 單顆LED短路診斷
  • 可編程的欠壓檢測(cè)
  • 開漏模式的ERR引腳，可以通知主機(jī)是否發(fā)生故障
  • 用于判斷FlexWire通信是否正常的看門狗和CRC校驗(yàn)
  • 用于引腳電壓測(cè)量的8bit的ADC
  • 過(guò)溫保護(hù)

2.硬件調(diào)試平臺(tái)

筆者用來(lái)調(diào)試TPS929120所制作的DEMO板，整體框圖如下：

DEMO板分為驅(qū)動(dòng)板和燈板兩部分，接近客戶的實(shí)際使用情況。其中，

• 驅(qū)動(dòng)板上面主要是給燈板供電的DCDC，給S32K和TJA1044供電的LDO；
• 燈板上面主要是燈驅(qū)TPS929120和LED燈驅(qū)；
• 驅(qū)動(dòng)板和燈板之間通過(guò)差分總線進(jìn)行通信，抗干擾能力相比傳統(tǒng)的I2C，SPI提高很多；
• 由于給燈板供電只有6.5V，所以TPS929120的整體功耗相比正常的12V供電系統(tǒng)能降低不少。

另外，該Demo板也預(yù)留了MCU的UART引腳作為測(cè)試點(diǎn)，方便查看S32K144和TPS929120的通信數(shù)據(jù)，從而在調(diào)試時(shí)更快地鎖定問(wèn)題。

2.1 燈板原理圖

燈板原理圖參考如下官方demo板進(jìn)行設(shè)計(jì)：

2.2 參考電流

參考電流計(jì)算公式如下，其中Vref為1.235V（數(shù)據(jù)手冊(cè)典型值），Kref默認(rèn)值為512(可以通過(guò)修改寄存器CONF_MISC1中的CONF_REFRANGE進(jìn)行調(diào)整）。

根據(jù)查表，此電路中TPS929120默認(rèn)的參考電流為50mA（燈板上TPS929120貼的REF電阻為12.4K，計(jì)算值為51mA）。

2.3 器件地址

TPS929120可以使用外部地址，也可以使用內(nèi)部EEPROM預(yù)燒寫的地址，此次DEMO使用外部地址。兩片TPS929120的ADDR0，ADDR1，ADDR2引腳電壓分別為000,100；根據(jù)下面的器件地址設(shè)置表格可以知道（EEP_DEVADDR[3:0]的默認(rèn)值為0000b），兩片TPS929120的地址分別為0和1。

3.TPS929120通信協(xié)議

TPS929120使用的通信方式，TI稱之為FlexWire，其實(shí)就是UART（數(shù)據(jù)鏈路層）+CAN物理層，然后在傳輸層增加一些自定義的幀格式，目前其他廠家新出的多通道LED Driver基本都是采用這種通信方式。

3.1 物理層

FlexWire的物理層使用CAN收發(fā)器，主要的作用就是將普通的串行信號(hào)轉(zhuǎn)換成差分信號(hào)（時(shí)序圖如下），比較常用的有TJA1044，TCAN1042等。

3.2 數(shù)據(jù)鏈路層

FlexWire的數(shù)據(jù)鏈路層使用的是UART通信，因?yàn)門PS929120內(nèi)部的時(shí)鐘最高為1MHz，為了通信穩(wěn)定，所以MCU內(nèi)部的UART配置的波特率為500K；其它配置為8bit數(shù)據(jù)位，無(wú)奇偶校驗(yàn)，1bit停止位。

3.3 傳輸層

2.3.1 讀寫時(shí)序

• 主機(jī)向TPS929120寫數(shù)據(jù)：
  
• 主機(jī)從TPS929120讀數(shù)據(jù)：

需要注意的是，如果加了CAN收發(fā)器，由于CAN收發(fā)器自帶的回環(huán)功能，實(shí)際上主機(jī)也會(huì)收到他自身發(fā)的數(shù)據(jù)，所以實(shí)際主機(jī)收到的數(shù)據(jù)應(yīng)該是 自身發(fā)的數(shù)據(jù) + TPS929120響應(yīng)的數(shù)據(jù) 。

當(dāng)一次性寫8個(gè)寄存器數(shù)據(jù)時(shí)，MCU的UART_RX收到的數(shù)據(jù)最多，為MCU發(fā)出的12字節(jié)+2字節(jié)

2.3.2 幀格式說(shuō)明

• 總體格式如下：

• 其中DEV_ADDR的組成元素較多，如下所示，其他都是單一元素組成。

2.3.3 寄存器lock與unlock

配置其他寄存器之前需要先配置CONF_LOCK Register（61h）進(jìn)行解鎖，主要是如下四個(gè)4bit，這4個(gè)bit上電之后默認(rèn)為1，處于lock狀態(tài)，需要清0進(jìn)行unlock。

這4個(gè)bit分別能夠lock與unlock的寄存器如下圖：

2.3.4 輸出通道控制

• CONF_EN0（50h）,CONF_EN1（51h）分別控制通道0-7，8-11的使能；默認(rèn)值為0h。
• IOUT0（00h）到IOUT11（0Bh）分別通道0到11的電流，一共64-step，實(shí)際的通道輸出電流的計(jì)算公式如下，其中此電路板的I(FULL_RANGE)為50mA；這些寄存器在reset之后加載對(duì)應(yīng)的EEPROM中EEPIx寄存器的值，EEPIx默認(rèn)為3Fh。

• PWM0（20h）到PWM11（2Bh），PMWL0（40h）到PWML11（4Bh）都是控制通道0到11的PWM占空比，前者用于粗調(diào)，后者用于微調(diào)，計(jì)算公式如下；前者在reset之后加載對(duì)應(yīng)的EEPROM中EEPPx寄存器的值，為FFh，后者的默認(rèn)值為Fh。

根據(jù)上面的分析，如果只配置通道使能，其他寄存器不設(shè)置，使能的通道會(huì)輸出50mA的電流。

TPS929120在配置通道使能的情況下，即使配置PWM占空比為0，也會(huì)有微亮的情況。

4.使用S32K144驅(qū)動(dòng)TPS92910

接下來(lái)，將基于S32K144介紹如何使用MCU驅(qū)動(dòng)TPS929120，實(shí)現(xiàn)一些基本的燈光控制功能。

4.1 實(shí)現(xiàn)命令幀格式

4.1.1 寫寄存器的幀格式

寫寄存器的幀格式如2.3.2章節(jié)所述，先發(fā)SYNC（0x55），然后是DEV_ADDR(由4種元素組成)，然后是REG_ADDR(數(shù)據(jù)手冊(cè)中寄存器的地址)，然后是DATA（要寫入寄存器的數(shù)據(jù)），最后是CRC。

整體實(shí)現(xiàn)代碼如下：

void FlexWrite(uint8_t DEV_ADDR_x, uint8_t registerAddr, uint8_t DATA_BYTES[], uint8_t DATA_LENGTH_x, uint16_t checkResponse)
{
    uint8_t DEV_ADDR=0x00, REG_ADDR;
    uint8_t commandFrame[12] = {0};// one longest command frame length is 12
    uint8_t dataLength=0, frameLength=0, responseLength = 0;
    uint16_t i;

    DEV_ADDR = (FLEX_Write | DATA_LENGTH_x | DEV_ADDR_x);
    REG_ADDR = registerAddr;

    commandFrame[0] = 0x55; //SYNC byte
    commandFrame[1] = DEV_ADDR;
    commandFrame[2] = REG_ADDR;

    switch (DATA_LENGTH_x)
    {
    case 0:
        {
            dataLength = 1;
            break;
        }
    case 16:
        {
            dataLength = 2;
            break;
        }
    case 32:
        {
            dataLength = 4;
            break;
        }
    case 48:
        {
            dataLength = 8;
            break;
        }
    default : break;
    }

    for(i=0;i

4.1.1 讀寄存器的幀格式

讀寄存器的幀格式和寫寄存器的幀格式相近，這里就不贅述了。

4.2 實(shí)現(xiàn)Uart串口收發(fā)

硬件上使用LPUART1模塊，引腳選擇PTC8和PTC9，軟件配置為波特率500K，8N1。同時(shí)，因?yàn)槭褂昧薈AN收發(fā)器，所以串口實(shí)際接收到的數(shù)據(jù)是發(fā)送的數(shù)據(jù)加上TPS929120響應(yīng)的數(shù)據(jù)。

整體實(shí)現(xiàn)代碼如下：

/*********************************************************************************************************
** Function name:       uartWrite
** Descriptions:        N/A
** input parameters:    N/A
** output parameters:   N/A
** Returned value:      N/A
*********************************************************************************************************/
void uartWrite(uint8_t commandFrame[], uint16_t frameLength, uint16_t checkResponse, uint16_t responseLength)
{
    uint8_t i =0;

    /* Enable  the receiver and receive data full interrupt of LPUART1*/
    LPUART_DRV_ReceiveData(INST_LPUART1, responseData, 1u);
    /* The function does not return until the transmit is complete or timeout(2ms) occured*/
    LPUART_DRV_SendDataBlocking(INST_LPUART1, commandFrame, frameLength, 2);
    if(checkResponse == TRUE)
    {
        /* launch timer and set wait time = 2000us
        * This time should be larger than the time to receive all the response bytes,
        * And the response receiving time depends on the buard rate and the number of response byte,
        * For example, baurd rate = 500000, 2 response byte, so the wait time should be larger than 2*10*1/500000 = 40us
        * Why 2*10 because for each byte there are additional 1 start bit and 1 stop bit
        */
        timeOut(2000);
 
        /* received all response byte or the wait time exceeds the specified time */
        while(!((timeOutFlag == 1) || (receiveByteNum == responseLength)));

        /*Take some action when successfully received response*/
        if(receiveByteNum == responseLength)
        {
            /* Turn off Red LED and turn on Green LED*/
            PINS_DRV_WritePin(LED_PORT, RED_LED, 1);
            PINS_DRV_TogglePins(LED_PORT, 1<

4.3 實(shí)現(xiàn)基本的控制功能

4.3.1 操作TPS92910的基本函數(shù)

實(shí)現(xiàn)寫寄存器的函數(shù)之后，就可以基于該函數(shù)實(shí)現(xiàn)一些基本的操作TPS929120函數(shù)了，主要是如下幾個(gè)：

如下代碼中包含了很多寄存器的宏定義，沒(méi)有進(jìn)行展開，讀者可以借助數(shù)據(jù)手冊(cè)進(jìn)行對(duì)比。

1.unlock與lock寄存器的函數(shù)實(shí)現(xiàn)如下：

3.清除錯(cuò)誤狀態(tài)和標(biāo)志的函數(shù)實(shí)現(xiàn)如下：

4. 配置通道電流的函數(shù)實(shí)現(xiàn)如下：

5. 打開通道的函數(shù)實(shí)現(xiàn)如下：

6. 關(guān)閉通道的函數(shù)實(shí)現(xiàn)如下：

7. 配置通道的PWM占空比的函數(shù)實(shí)現(xiàn)如下：

4.3.1 TPS929120控制流程

實(shí)現(xiàn)了上述基本控制函數(shù)之后，接下來(lái)就是控制TPS929120實(shí)現(xiàn)基本的燈效了。

首先需要對(duì)TPS92910進(jìn)行初始化，主要流程參考如下代碼:

然后就是在主循環(huán)中實(shí)現(xiàn)燈效，這里以呼吸效果為例，代碼如下:

下面代碼在測(cè)試TPS92910競(jìng)品更改過(guò)，PWM占空比為0時(shí)仍有漏電流的問(wèn)題被修復(fù)了。如果驅(qū)動(dòng)TPS929120，建議在PWM占空比到0時(shí)，增加關(guān)閉通道的操作。