【智能车学习】FTM模块
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什么是PWM？
FTM模块（FlexTimer Module）
EPWM模式（Edge-Aligned PWM (EPWM) mode）
代码
实例
正交解码模式（Quadrature Decoder mode）
代码
今天突然遇到一个问题，所以决定还是把智能车里用到的FTM模块好好来理一下吧。
什么是PWM？
PWM全称是脉冲宽度调制，是现代电力电子控制里不可或缺的一项技术，其基本原理大家都懂，不懂得的隔壁左转百度。这里只贴一下定义：
采样控制理论中有一个重要结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。PWM控制技术就是以该结论为理论基础，对半导体开关器件的导通和关断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。
这里有一个点值得提及，那就是他的适用范围：具有惯性的环节。这就是为什么伺服机构可以用PWM控制，因为它是惯性环节，这点很重要。
FTM模块（FlexTimer Module）
FTM全称FlexTimer Module (柔性定时器模块)，它的工作框图如下：
FTM模块的核心是一个16位计数器，该计数器的时钟来源可设置（由FTMx_SC寄存器中的CLKS设置），既可来自系统时钟System Clock，外部时钟 External Clock，也可来自MCG模块的 MCGFFCLK（MCG fixed frenquency clock）。一般情况下，只要不是对外部计数功能，我们都会采用系统时钟的 Bus Clock 为FTM提供时钟。
FTM的时钟源可进行分频（由FTMx_SC寄存器中的PS设置）：
作为一个高级单片机里的定时器模块，FTM模块具有多种功能供用户使用，例如输入捕获，输出比较，PWM比较，PWM输出，AB相正交解码等等，他们通过FTMx_CnSC寄存器进行配置，如下图：
值得注意的是，这个寄存器是每个通道都有的，意味着单个FTM模块的不同通道可以工作在不同模式下。
这其中我们用到的就是PWM输出（电机、舵机）和正交解码（编码器），下面分别介绍。
EPWM模式（Edge-Aligned PWM (EPWM) mode）
EPWM模式全称为边缘对齐PWM模式，也就是输出依照边沿对齐，与之对应的是中心对齐模式（CPWM），在这里我们选择使用EPWM模式。
该模式下计数值主要依据（FTMx_CNV）计数值寄存器和（FTMx_MOD）系数值寄存器两者进行控制，也就是通过分别配置MOD和CnV来控制。其中EPWM周期由(MOD-CNTIN+0x0001)决定，脉冲宽度（占空比）由(CnV-CNTIN)决定。
CNTIN这个系数在使用EPWM模式时必须设置为0，因此周期和脉宽就分别由：（MOD+1）和（CnV）决定。
那么问题来了？模块下各个通道间PWM频率是否可以不同？
答案是不能，一组FTM模块下的各个通道如果输出PWM可以有不同的占空比，但不可以有不同的频率。原因是因为各个通道可以配置自己独立的 Channel Value（FTMx_CNV） 寄存器，但是他们只有一个公用的 Modulo（FTMx_MOD） 寄存器：
代码
当使用这个模式时，应该首先将上图对应通道的状态控制寄存器（FTMx_CnSC）对应位按上图配置。然后再配置时钟和分频。最后写入对应的计数值完成计数。具体代码如下（如果看不懂可以看下面的实例）：
//@Src By ChenYX /******************** 选择输出模式为 边沿对齐PWM *******************/ //通道状态控制，根据模式来选择 边沿或电平 FTM_CnSC_REG(ftmn, ch) &= ~FTM_CnSC_ELSA_MASK; FTM_CnSC_REG(ftmn, ch) = FTM_CnSC_MSB_MASK | FTM_CnSC_ELSB_MASK;/******************** 配置时钟和分频 ********************/ FTM_SC_REG(ftmn) = ( 0| FTM_SC_PS(3) //分频2^FTM_SC_PS,频率为 bus clock/8| FTM_SC_CLKS(1) //时钟选择，bus时钟 = system clock/2); /******************** 单个通道PWM频率 ********************/ /*********** EPWM的周期为 ：MOD - CNTIN + 0x0001 *********/ /*********** EPWM的占空比为 ： CnV-CNTIN *****************/FTM_MOD_REG(ftmn) = mod; //PMW频率=系统频率/2/(2^FTM1_SC_PS)/FTMn_MOD FTM_CNTIN_REG(ftmn) = 0; //计数器初始化值CNTIN设置为0。 FTM_CnV_REG(ftmn, ch) = cv; //写入计数值，设置脉冲宽度：CnV. FTM_CNT_REG(ftmn) = 0; //计数器开启（写任何值到此寄存器，都会加载 CNTIN 的值）
实例
我们以手册里典型实例来举个例子：
| 寄存器名称 | 位所属 | 位范围 | 设置值 | 作用 |
|---|---|---|---|---|
| FTMx_SC | PS | [2:0] | 001B | 配置预分频系数ps为2（2^1），对总线时钟进行二分频（也就是对总线时钟每记两次后归零） |
| CLKS | [4:3] | 01B | 时钟源为系统时钟（System Clock） | |
| FTMx_CNTIN | INIT | [15:0] | 0x0000 | 计数器无初始值（无初始相位偏移） |
| FTMx_MOD | MOD | [15:0] | 0x0004 | PWM脉宽为 MOD + 1 = 4 + 1 = 5 |
| FTMx_CnV | VAL | [15:0] | 0x0002 | 高电平宽度为 VAL = 2 |
现在，我们假设系统时钟（System Clock）为120Mhz：
则总线时钟（Bus Clock）为系统时钟一半60Mhz；
经过预分频计数器后频率再降低一半为30Mhz；
配置MOD寄存器为4，脉宽为5，则PWM频率等价为1/5=6Mhz；
配置CnV寄存器为2，则占空比为2/5=40%。
当然，这只是个例子，智能车里的伺服机构：电机、舵机是用不到这么高的频率的，舵机一般均为50Hz，电机一般5~20 KHz不等，其设置的依据主要是其是否会对电磁信号产生影响，具体可以自己配置。
正交解码模式（Quadrature Decoder mode）
在现如今的比赛中，我们使用的大部分都是两相输出的增量型旋转编码器。这种编码器输出A、B两相脉冲，这两组脉冲不仅能够表示转速，还能表示方向，如图所示，A相和B相脉冲数均表示转数，但当A相信号相位超前时，表示正转；B相信号相位超前时，表示反转：
编码器输出的两相脉冲需要靠单片机进行解码才能读取转速信息，FTM模块就提供了正交解码这种工作模式。通过这种模式，它可以将输入的A、B两相脉冲解码后得到计数值，进而我们就可以获得转速信息进行闭环控制。
这张图简述了FTM正交解码的简单流程，输入的信号先经过同步器，再经过配置滤波后，两相信号会被送入FTM方向计数器，计算出方向后会再送入FTM计数器进行带方向的计数。
正交解码模式下可以通过 Quadrature Decoder Control And Status（FTMx_QDCTRL）寄存器进行相关功能的配置。在该模式下有计数/方向编码模式（Count and direction encoding mode）和 AB相编码模式（Phase A and phase B encoding mode）。
计数/方向编码模式：B相输入值用于指示计数方向，A相输入用于计数，FTM计数器在A相输入的每个上升沿进行计数，累加或递减由B相电平决定。
AB相编码模式：计数方向由AB相之间的关系决定，计数频率由A相B相输入信号决定。当A相或B相的信号出现跳变，即可触发FTM计数器改变。
大家是不是都觉得我们应该使用的是第二种方式来计数呢？其实恰恰相反，我们的增量式编码器输出的信号是两相同值信号，采用的是图一的计数/方向编码模式。：
这里肯定有个疑问，明明增量式编码器输出的是A、B两相信号，判断方向依靠的是相位前后，为什么还要用计数/方向模式呢？别急，我把上面的图标记一下：
明白了吗？当我们采用A方案时，如果将B相信号用来计数，A相信号用来表示方向的话。如果正转，A相信号一直超前于B相信号，所以每当B相上升沿捕获的时候，表示方向的A相都为1，则记为正传，计数器+1。反之，当反转时，每当B相信号上升沿时，A相滞后均为0，所以为反转，计数器-1。
那为什么不用AB相编码模式呢？道理也很简单，如图所示，A、B相信号只要有一个出现跳变时就会计数，那么最后获得的结果自然不是我们所需要的，不考虑临界情况的会是我们实际脉冲的两倍。
代码
当使用正交解码模式时，我们只需要使能正交解码和FTM模块即可，下面是具体的代码：
//@Src By ChenYX
FTM_MODE_REG(ftmn) |= FTM_MODE_WPDIS_MASK; //写保护禁止（不取消写保护无法使能FTM）
FTM_QDCTRL_REG(ftmn) |= FTM_QDCTRL_QUADMODE_MASK; //使用计数/方向编码模式
FTM_CNTIN_REG(ftmn) = 0; //初始计数值为0
FTM_MOD_REG(ftmn) = FTM_MOD_MOD_MASK; //将MOD容器设置为最大，用于正交解码
FTM_QDCTRL_REG(ftmn) |= FTM_QDCTRL_QUADEN_MASK; //使能正交解码模式
FTM_MODE_REG(ftmn) |= FTM_MODE_FTMEN_MASK; //使能FTM
FTM_CNT_REG(ftmn) = 0; //计数器开启（写任何值到此寄存器，都会加载 CNTIN 的值）如果我们需要获得编码器的数值，那我们需要设置PIT中断，并在中断里读取 FTMx_CNT 寄存器里的COUNT数值，并在读取后将其清零：
//@Src By ChenYX
int16 val;
val = FTM_CNT_REG(ftmn); //读取寄存器里的计数值
FTM_CNT_REG(ftmn) = 0; //寄存器数值清空，为下一个周期脉冲计数做准备
return val;如有疑问或错误，欢迎和我私信交流指正。
W.By ChenYX，未经授权，请勿转载！
over~
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