利用可编程逻辑单元PLU与CTIMER计数器解码电机-icspec

利用可编程逻辑单元PLU与CTIMER计数器解码电机

来源:恩智浦MCU加油站发布时间:2022-12-01

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本文来自恩智浦NXP社区。帖链接如下：
https://www.nxpic.org.cn/module/forum/thread-622747-1-1.html

在电机控制中，实时获取电机转子位置是非常重要的。通过监测电机轴或机械设备运动的位置可以计算电机转速。当电机转动时，编码盘传感器（Encoder）会发出类似于正交PWM波的高低电平信号，对此信号进行解码，可以得到电机转动角度及方向。

DSC系列MCU的Quad Timer(TMR)外设可以对正交编码信号解码，有些客户使用LPC55XX系列也需要解码，本文用PLU模块对Encoder的信号解码，用计数器计数解码信号，进而得到转子位置及速度。

1. 标准推拉输出

DSP系列MCU的Quad Timer(TMR)外设可以对正交编码信号进行解码，如下：

在进行解码时，其实是两个信号发生电平翻转时进行计数，那么可以理解为对这两个信号做异或运算，对结果信号上升沿和下降沿进行计数，就可实现解码功能。利用可编程逻辑单元PLU对正交编码信号做异或运算，利用CTIMER计数器对输出信号进行计数，同样可以达到Quad Timer(TMR)解码效果。

2. 配置PLU与CTIMER

PLU（Programmable Logic Unit），即可编程逻辑单元，可创建小型组合与时序逻辑电路。LPC804与LPC55XX的PLU在使用上是完全相同的，包含了6个输入、8个输出、26个5输入查找表（LUT）、4个触发器（state Flip-Flops），详细介绍如下：

https://www.nxpic.org.cn/module/forum/thread-622667-1-1.html

用PIO_19与PIO_20产生类似于正交编码信号，将两路信号输入PLU模块的IN3与IN4，进行异或运算，再输出到OUT5，将OUT5信号输入到CTIMER计数器进行计数，如下：

以LPC55S69-EVK开发板为例，具体的引脚使用如下：

配置PLU与CTIMER引脚，如下：

打开PLU与CTIMER时钟，如下：

添加PLU外设，如下：

配置CTIMER外设，在main.c文件中添加CTIMER初始化，上升沿与下降沿都可触发计数器。假如电机转一圈触发4096次计数器，电机在旋转60°时要控制电机变相，当计数器值为4096/6 = 682时，触发一次ctimer中断，在中断处理函数中控制电机，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++;
}

下载PLU configure tool，下载链接如下：

https://www.nxp.com/mcu-plu-config-tool

打开PLU配置工具，选择原理图设计，做一个异或运算，如下：

点击菜单栏File->Export->PLU source file将其导出为C文件，将C文件的内容复制到main函数中，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产生正交编码信号，CTimer进行计数，当计数到682时会触发中断进入回调函数，计数器值（TC）会自动清零，重新计数，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. 测试结果

逻辑分析仪测试结果如下：