巧用QEI，計數(shù)更靈活

工程苗小兵

先楫資深FAE工程師

電力電子與電力傳動專業(yè)碩士研究生，一個從事了20多年的功率控制的工程小兵，有多年的電機驅動和電源控制經(jīng)驗，專注電力電子控制方向。

HPM67/63/62系列中幾個常見應用需求

輸出固定個數(shù)的脈沖

• 伺服應用中需要輸出正交的固定脈沖反饋當前運動位置
• 步進電機控制應用需要MCU輸出指定脈沖個數(shù)，配置運行步長
• 常規(guī)方法是配置PWM或GPTIMER，在每個脈沖輸出后在中斷中計數(shù)，最后軟件封波
  
  

高速、大數(shù)據(jù)量ADC采樣

光伏上拉弧檢測需要采集多路ADC通道實現(xiàn)FFT運算，采集數(shù)據(jù)量大，采樣頻率高

電能質量檢測需要采集多路電流電壓數(shù)據(jù)

ADC模塊中雖然有序列采樣DMA模式，但沒有序列模式DMA轉換完成中斷，需要通過HDMA實現(xiàn)轉換搬移，需要占用DMA通道。對于HPM67/63/62只有8個通道，會影響到其他應用使用DMA

LED顯示屏驅動

大屏LED顯示需要確定固定脈沖個數(shù)和相位

通常只能靠硬件指令控制延遲

本文以正交輸出脈沖和ADC序列采樣為例介紹QEI靈活計數(shù)功能

QEI功能簡介

支持A，B，Z，H四個信號輸入

輸入信號來自互聯(lián)管理器TRGM

來自TRGM的輸入輸出IO

來自其他片上模塊

多種計數(shù)方式

支持單相、兩相 (正交/上下/方向脈沖)方波輸入

多個計數(shù)器

相位計數(shù)器，即位置計數(shù)器

Z相計數(shù)器，即周數(shù)計數(shù)器測速計數(shù)器

測定A，B相信號保持特定狀態(tài)的時長，可反應電機轉速信息

位置匹配

支持位置進行匹配檢測。當電機運行到指定位置時，產(chǎn)生位置匹配標志事件

該事件可以觸發(fā)中斷，DMA 請求，也可以作為事件輸出

定時器計數(shù)器

32位，全局計數(shù)器

輸出固定脈沖原理

程序中使用了PWM、互聯(lián)管理器、QEI三個模塊

PWM負責輸出脈沖和通過故障輸入封鎖脈沖

互聯(lián)管理器負責實現(xiàn)模塊之間互聯(lián)

QEI負責脈沖計數(shù)和計數(shù)比較產(chǎn)生故障信號，用于封波控制

通過軟件配置，不需要額外中斷，內部連接不需要外部引腳連線

正交脈沖輸出的PWM配置

正交脈沖輸出配置

配置比較器值位于周期的1/4和3/4處

每個輸出都包含2個比較器，A相為比較器0、1，B相為比較器2、3

封波狀態(tài)

封波時輸出電平均為低

封波后需通過軟件恢復輸出

QEI脈沖輸入配置

配置比較輸出通道8作為內部輸出，與A、B脈沖輸出獨立，配置相位時更靈活

通過比較器配置可以選擇封波時刻

使能內部故障封波

使能內部故障0作為封波信號

禁止硬件恢復脈沖輸出

正交脈沖輸出的QEI配置

QEI模式

設置為方向+脈沖模式

脈沖計數(shù)時是上下沿同時計數(shù)，即單個脈沖計兩次

禁止Z信號復位相位計數(shù)器

使能位置匹配功能

使能位置匹配功能，并允許匹配事件輸出

正交脈沖輸出的互聯(lián)管理器配置

互聯(lián)管理器功能

多路復選器（MUX）陣列

支持多個輸入和多個輸出

每個輸出都可以單獨配置，從眾多輸入中選擇

輸入信號數(shù)字濾波器

輸出信號極性取反

信號邊沿到脈沖轉換

DMA 請求管理，管理 PWMT，QDEC 和 HALL 的 DMA 請求

互聯(lián)管理器配置

關聯(lián)PWM 8通道輸出至QEI脈沖輸入

禁止QEI的Z信號和方向信號

關聯(lián)QEI事件輸出至PWM故障信號0

設置輸出脈沖個數(shù)

PWM設置

停止PWM模塊，復位時基

根據(jù)方向配置A、B相輸出相位

軟件恢復PWM輸出

恢復PWM時需注意：GCR寄存器的FAULTCLR寫1后，故障清除；隨后需要把FAULTCLR位清0，否則再下一次故障發(fā)生后，當故障消除后PWM還會自動恢復

啟動PWM

QEI配置

復位QEI計數(shù)器

配置計數(shù)比較器，考慮QEI為上下沿計數(shù)，配置計數(shù)值為：計數(shù)值*2-1

開啟計數(shù)

正交脈沖輸出波形

上圖是正交脈沖輸出的波形

棕色是A相輸出、灰色是B相輸出、紅色是QEI計數(shù)事件

程序設置為輸出10個脈沖、正轉

不增加中斷需求，減少軟件開銷

ADC序列模式中DMA連續(xù)轉換

程序中使用了PWM、互聯(lián)管理器、ADC、QEI四個模塊

PWM負責定時輸出脈沖

互聯(lián)管理器負責實現(xiàn)模塊之間互聯(lián)

ADC啟動序列DMA轉換，最多轉換4906個數(shù)據(jù)

QEI負責脈沖計數(shù)并產(chǎn)生計數(shù)比較中斷，中斷切換DMA存儲地址

選用ADC內部DMA，不占用HDMA通道

ADC序列模式中DMA連續(xù)轉換代碼

PWM、互聯(lián)管理器、QEI配置與前文相似

在QEI匹配中斷中切換DMA目標地址

無論是通過HDMA還是ADC內部DMA，在完成大數(shù)據(jù)量轉換后都需要進入中斷快速處理，QEI+ADC序列模式并不增加額外中斷需求

切換內部DMA目標地址時，需要復位內部DMA位；否則周期（Cycle）位將無法正確顯示當前轉換

總結

QEI可以實現(xiàn)更靈活的計數(shù)，并產(chǎn)生相應的計數(shù)事件匹配。

互聯(lián)管理器的內部互聯(lián)更加自由，不占用外部引腳，可以產(chǎn)生中斷或內部事件。

PWM模塊包含多個比較器，可以實現(xiàn)多相位輸出脈沖，控制更靈活、相位精度更高。

通過多種組合用戶可以根據(jù)實際應用實現(xiàn)更多功能。