AT32講堂011 | 如何使用雅特力AT32 MCU定時器進行PWM輸入測試

AT32定時器說明

定時器框架介紹

定時器由一個16位的自動裝載計數(shù)器組成（TMR2和TMR5較為特殊，其自動裝載計數(shù)器為32位），它由一個可編程的預(yù)分頻器驅(qū)動。它適合多種用途，包含測量輸入信號的脈沖寬度（輸入捕獲），或者產(chǎn)生輸出波形（輸出比較、PWM、嵌入死區(qū)時間的互補PWM等）。

使用定時器預(yù)分頻器和CRM時鐘控制預(yù)分頻器，可以實現(xiàn)脈沖寬度和波形周期從幾個微秒到幾個毫秒的調(diào)節(jié)。

圖1. 通用定時器的框圖

定時器由四個主要部分組成（見圖1）。第一部分時鐘單元。此單元提供定時器的時鐘驅(qū)動。第二部分時鐘基單元，此單元提供定時器計數(shù)功能。第三部分輸入捕獲，此單元允許輸入信號進入定時器模塊。第四部分輸出比較，此單元將定時器整合后的PWM輸出。

定時器一般配置步驟

1) 時鐘使能。crm_periph_clock_enable(CRM_TMR2_PERIPH_CLOCK, TRUE);

2) 初始化定時器參數(shù)，設(shè)置自動重裝值，分頻系數(shù)，計數(shù)方式等。

在庫函數(shù)中，定時器的初始化參數(shù)是通過初始化函數(shù)tmr_base_init()及tmr_cnt_dir_set()實現(xiàn)的：

void tmr_base_init(tmr_type* tmr_x, uint32_t tmr_pr, uint32_t tmr_div);

其中，第一個參數(shù)是確定是哪個定時器，這個比較容易理解。第二個參數(shù)tmr_pr是定時器計數(shù)的周期值。第二個參數(shù)tmr_div是定時器的分頻系數(shù)。

void tmr_cnt_dir_set(tmr_type *tmr_x, tmr_count_mode_type tmr_cnt_dir);

其中，第一個參數(shù)是確定是哪個定時器，第二個參數(shù)tmr_cnt_dir為定時器的計數(shù)模式（向上，向下，中央對齊）。特別地，增強模式是TMR2和TMR5獨有的功能。tmr_32_bit_function_enable()為增強模式使能（Plus Mode Enable）函數(shù)。開啟TMRx增強模式，該模式下TMRx_CVAL，TMRx_PR，TMRx_CxDT由16位擴展為32位。void tmr_32_bit_function_enable(tmr_type *tmr_x, confirm_state new_state);

當需要配置時鐘除頻參數(shù)時(注意和 TMR_DIV 的區(qū)別，配置濾波、死區(qū)時間時需配置該參數(shù))，會使用到tmr_clock_source_div_set()函數(shù)；當需要配置重復(fù)周期寄存器時（高級定時器TMR1/TMR8/TMR15才有），會使用到tmr_repetition_counter_set()函數(shù)。本例程不使用這兩個函數(shù)，僅做簡要介紹。

void tmr_clock_source_div_set(tmr_type *tmr_x, tmr_clock_division_type tmr_clock_div);void tmr_repetition_counter_set(tmr_type *tmr_x, uint8_t tmr_rpr_value);

3) 設(shè)置TMRx_ IDEN允許更新中斷。

void tmr_interrupt_enable(tmr_type *tmr_x, uint32_t tmr_interrupt, confirm_state new_state);這里著重描述參數(shù)tmr_interrupt，它是用來指明我們使能的定時器中斷的類型，定時器中斷的類型有很多種，包括更新中斷，觸發(fā)中斷，以及輸入捕獲中斷等等。

4) TMRx中斷優(yōu)先級設(shè)置。

調(diào)用nvic_irq_enable()函數(shù)即可。

5)允許TMRx工作，也就是使能TMRx。

void tmr_counter_enable(tmr_type *tmr_x, confirm_state new_state);

6)編寫中斷服務(wù)函數(shù)。

規(guī)格說明

AT32 PWM高頻測試說明

圖2. 高頻測試原理框圖

測試高頻信號時，將高頻信號輸入作為定時器TMR2的時鐘源（如上圖所示），驅(qū)動定時器TMR2的 Counter計數(shù)，使用另一個定時器做時鐘基準，例如每隔1s，獲取TMR2的Counter變化值，則TMR2的變化值即為高頻信號的頻率值。

使用兩個定時器，其中一個定時器為TMR2（這里選取TMR2的原因在于其可以通過設(shè)置TMRx_CTRL1中的PMEN位，開啟TMRx增強模式，該模式下TMRx_CVAL，TMRx_PR，TMRx_CxDT由16位擴展為32位），測試高頻時，有利于Counter計數(shù)，不容易產(chǎn)生溢出。這樣做的好處在于，既可以測試高頻信號：最高50MHz（受限于I/O口的最高頻率），且沒有頻繁產(chǎn)生中斷，代碼也有冗余，去處理客戶任務(wù)。

使用此方法測試的頻率范圍在：50MHz到1Hz（TMR2的工作頻率為240MHz）。

注意：增強模式是TMR2和TMR5獨有的功能，使用不支持增強模式的其他TMR，或使用不含有增強模式TMR的AT32時，測試頻率會受限。

AT32 PWM低頻測試說明

圖3. 低頻測試原理框圖

測試低頻信號時，將低頻信號輸入作為定時器TMR2的捕獲輸入（如上圖所示），觸發(fā)TMR2的輸入捕獲中斷，利用TMR2工作時鐘除以兩次輸入捕獲之間Counter變化值，即可得到低頻信號頻率值。

這里定時器為TMR2（這里選取TMR2的原因在于其可以通過設(shè)置TMRx_CTRL1中的PMEN位，開啟TMRx增強模式，該模式下TMRx_CVAL，TMRx_PR，TMRx_CxDT由16位擴展為32位），有利于低頻測試。

使用此方法測試的最低頻率為：56mHz。（TMR2的工作頻率在240MHz）。

注意：增強模式是TMR2和TMR5獨有的功能，使用不支持增強模式的其他TMR，或使用不含有增強模式TMR的AT32時，測試頻率會受限。

AT32 PWM占空比測試說明

圖4. 占空比測試原理框圖

測試PWM占空比時，利用門控模式（Hang Mode）方式來測量（如上圖所示），將輸入信號同時作為兩個定時器的輸入信號，利用輸入信號來控制定時器的Counter計數(shù)。一個定時器在輸入信號的高電平階段計數(shù)，另一個定時器在輸入信號的低電平階段計數(shù)，使用第三個定時器作為時間基準，例如產(chǎn)生1s的中斷，在中斷內(nèi)，獲取這段時間內(nèi)，兩定時器Counter計數(shù)值，將兩值做比值即可獲取當前的PWM占空比。

這里定時器為TMR2和TMR5（這里選取TMR2、TMR5的原因在于其可以通過設(shè)置TMRx_CTRL1中的PMEN位，開啟TMRx增強模式，該模式下TMRx_CVAL，TMRx_PR，TMRx_CxDT由16位擴展為32位），有利于測試。

這樣做的好處在于，可以測量較高頻率的占空比值，例如10MHz內(nèi)，誤差在1%以內(nèi)。且沒有頻繁產(chǎn)生中斷，代碼也有冗余，去處理客戶任務(wù)。

注意：增強模式是TMR2和TMR5獨有的功能，使用不支持增強模式的其他TMR，或使用不含有增強模式TMR的AT32時，測試頻率會受限。

PWM Test快速使用方法

硬件資源

1) AT-START-F403A實驗板圖5. AT-START-F403A實驗板

注意：該Demo是基于AT32F403A的硬件條件，若使用者需要在AT32其他型號上使用，請修改相應(yīng)配置即可。

pwm input test demo使用

• 打開pwm input test project源程序，其中，在at32f403a_407_clock.h里面有三個宏定義：

分別用于測試高頻信號，低頻信號，PWM占空比，打開需要測試的宏【注意：每次只開一個宏】。

打開pwm output源程序，其中，在at32f403a_407_clock.h中有三個宏定義：

分別產(chǎn)生高頻信號，低頻信號，PWM占空比用于測試。

AT-START板載的AT-LINK-EZ自帶串口輸出功能，它可以將USART1_TX口PA9輸出至PC。也可使用其他串口工具進行測試結(jié)果的輸出。

若測試高頻信號時：

1)打開pwm output源程序宏定義：#define Output_High_Frequency，PA8產(chǎn)生60MHz PWM

（I/O口已超頻工作，可適當降低主頻）。編譯下載到實驗板1。

2) 打開pwm input test程序宏定義：#define high_frequency_test，編譯下載到實驗板2。

3) 將實驗板1的PA8接入到實驗板2的PA0，USART1通過PA9輸出當前的PWM頻率信息。

串口打印信息如下：

圖6. 測試高頻信號，串口打印信息

若測試低頻信號時：

1) 打開pwm output源程序宏定義：#define Output_Low_Frequency，PA8產(chǎn)生500mHz PWM。編譯下載到實驗板1。

2) 打開pwm input test程序宏定義：#define low_frequency_test，編譯下載到實驗板2。

3) 將實驗板1的PA8接入到實驗板2的PA0，USART1通過PA9輸出當前的PWM頻率信息。

串口打印信息如下（應(yīng)將第一個數(shù)據(jù)舍棄）：

圖7. 測試低頻信號，串口打印信息

若測試PWM占空比時，

1) 打開pwm output源程序宏定義：#define Output_PWM_Duty_Ration_10，PA8產(chǎn)生6MHzPWM，占空比為10%。編譯下載到實驗板1。

2) 打開pwm input test程序宏定義：#define duty_ration_test，編譯下載到實驗板2。

3) 將實驗板1的PA8接入到實驗板2的PA0，USART1通過PA9輸出當前的PWM占空比信息。

串口打印信息如下：圖8. 測試 PWM 占空比，串口打印信息關(guān)于雅特力雅特力科技于2016年成立，是一家致力于推動全球市場32位微控制器(MCU)創(chuàng)新趨勢的芯片設(shè)計公司，專注于ARM Cortex-M4/M0+的32位微控制器研發(fā)與創(chuàng)新，全系列采用55nm先進工藝及ARM Cortex-M4高效能或M0+低功耗內(nèi)核，締造M4業(yè)界最高主頻288MHz運算效能，并支持工業(yè)級別芯片工作溫度范圍（-40°~105°）。雅特力目前已累積相當多元的終端產(chǎn)品成功案例：如微型打印機、掃地機、光流無人機、熱成像儀、激光雷達、工業(yè)縫紉機、伺服驅(qū)控、電競周邊市場、斷路器、ADAS、T-BOX、數(shù)字電源、電動工具等終端設(shè)備應(yīng)用，廣泛地覆蓋5G、物聯(lián)網(wǎng)、消費、商務(wù)及工控等領(lǐng)域。