第10章Exynos4412的PWM控制脈寬調(diào)制(Pulse-WidthModulation，PWM)是嵌入式控制系統(tǒng)中使用較多的直流電機調(diào)速技術(shù)，大多用在閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)中，具有調(diào)速范圍寬、升降速穩(wěn)定、使用方便的優(yōu)點，有廣泛的應用場合，應看懂例子，學會編程。主要內(nèi)容§10.1PWM定時器概述§10.2PWM輸出電平控制§10.3PWM定時器控制寄存器§10.4PWM實驗§10.1PWM定時器概述10.1.1什么是脈寬調(diào)制在嵌入式控制系統(tǒng)中，有許多場合需要用直流電機作為驅(qū)動。直流電機給定直流電壓就可以旋轉(zhuǎn)。給定的電壓高，電機轉(zhuǎn)速就快；給定的電壓低，電機轉(zhuǎn)速就慢。這樣，控制給定電壓的大小就可以控制電機的轉(zhuǎn)速。假定用定時器控制在微處理器的I/O端口輸出周期為500μs的方波，一個周期中，高低電平各占250μs。人們把高電平占整個周期的時間比率稱為“占空比”，上面周期為500μs的方波的占空比為50%。用占空比可以改變的方波控制直流電機，就可以改變直流電機的輸入平均電壓，進而控制電機速度。占空比可以改變的方波叫作PWM。PWM大多用在直流電機調(diào)速上。10.1.2Exynos4412的PWM及其控制Exynos4412有5個32位定時器，其中定時器0、1、2、3具有PWM功能，定時器4具有內(nèi)部定時作用，但是沒有輸出引腳。定時器0、1具有死區(qū)生成器，可以控制大電流設(shè)備。定時器0和1共用一個8位預定標器，定時器2、3和4共用另一個8位預定標器，每個定時器都有一個時鐘分頻器，信號分頻輸出有5種模式：1/2、1/4、1/8、1/16和外部時鐘TCLK。定時器結(jié)構(gòu)框圖如圖10-1所示。每個定時器模塊都從時鐘定標器接收自己的時鐘信號，時鐘分頻器接收的時鐘信號來自于8位預定標器。可編程8位預分頻器根據(jù)存儲在TCFG0和TCFG1中的數(shù)據(jù)對PCLK進行預分頻。分頻器的功能如表10-1所示。當時鐘被允許后，定時器計數(shù)緩沖寄存器(TCNTBn)把計數(shù)初值下載到減法計數(shù)器TCNTn中。定時器比較緩沖寄存器(TCMPBn)把初始值下載到比較寄存器中，和減法計數(shù)器的值相比，這種TCNTBn和TCMPBn雙緩沖寄存器特性能使定時器產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出，且占空比可變。圖10-1

定時器結(jié)構(gòu)框圖每個定時器都有自己的用定時器時鐘驅(qū)動的32位減法計數(shù)器TCNTn。當減法計數(shù)器減到0時，就會產(chǎn)生定時器中斷來通知CPU，定時器操作完成。當定時器減法計數(shù)器減到0時，相應的TCNTBn的值被自動重載到減法計數(shù)器TCNTn中繼續(xù)下一次操作。然而，如果定時器停止了，如在運行時通過清除TCON中的定時器使能位來中止定時器的運行，則TCNTBn的值不會被重載到減法計數(shù)器中。TCMPBn的值用于PWM。當定時器的減法計數(shù)器的值與TCMPBn的值相等時，定時器輸出改變輸出電平。因此，比較寄存器決定了PWM的占空比。10.1.3Exynos4412定時器的特性Exynos4412定時器具有如下特性：●5個32位定時器。●2個8位預定標器和2個8位分頻器?！窨删幊谈淖働WM輸出占空比?！褡詣又剌d模式或單個脈沖輸出模式?！窬哂兴绤^(qū)生成器?！褡詣又剌d與雙緩沖?！窬哂械瓜?定時器輸出電平取反)功能。Exynos4412具有雙緩沖功能，能在不中止當前定時器運行的情況下，重載下一次定時器運行參數(shù)，盡管新的定時器的值已被設(shè)置好，當前操作仍能成功完成。定時器的值可以被寫入定時器計數(shù)緩沖寄存器(TCNTBn)，當前計數(shù)器的值可以從定時器計數(shù)觀察寄存器(TCNTOn)中讀出。讀出的TCNTBn的值并不是當前計數(shù)器的值，而是下次重載的計數(shù)器值。減法計數(shù)器TCNTn的值等于0時，自動重載，把TCNTBn的值載入減法計數(shù)器TCNTn，只有當自動重載允許并且減法計數(shù)器TCNTn的值等于0時才會自動重載。如果減法計數(shù)器TCNTn=0，自動重載禁止，則定時器停止運行，具體如圖10-2所示。使用手動更新完成定時器的初始化和倒相位：當計數(shù)器的值減到0時，會發(fā)生自動重載操作，所以TCNTn的初始值必須由用戶提前定義好，在這種情況下，就需要手動更新啟動值。以下幾個步驟給出了更新過程：(1)向TCNTBn和TCMPBn寫入初始值。(2)置位相應定時器的手動更新位，不管是否使用倒相功能，推薦設(shè)置倒相位。(3)啟動定時器，清除手動更新位。注意：如果定時器被強制停止，TCNTn將保持原來的值；如果要設(shè)置一個新的值，必須手動更新位。另外，手動更新位要在定時器啟動后清除，否則不能正常運行。只要TOUT的倒相位改變，不管定時器是否處于運行狀態(tài)，TOUT都會倒相。因此，在手動更新時需要設(shè)置倒相位，定時器啟動后清除。10.1.4定時器操作示例定時器操作示例如圖10-3所示：各字母選項的含義如下。A：允許自動重載功能，TCNTBn=160，TCMPBn=110。置位手動更新位，配置倒相位，手動更新位被置位后，TCNTBn和TCMPBn的值被自動載入TCNTn和TCMPn。B：啟動定時器，清零手動更新位，取消倒相功能，允許自動重載，定時器開始啟動減法計數(shù)。C：當TCNTn(160-50=110)和TCMPn(=110)的值相等時，TOUT輸出電平由低變高。D：當TCNTn的值等于0時產(chǎn)生中斷，并在下一個時鐘到來時把TCNTBn的值載入暫存器。E：在中斷服務(wù)子程序中，把80和40分別載入TCNTBn和TCMPBn。F：當TCNTn(80-40=40)和TCMPn(0=40)的值相等時，TOUT輸出電平由低變高。G、H：當TCNTn=0時，產(chǎn)生中斷，在中斷服務(wù)程序中把TCNTBn(80)和TCMPBn(60)的值分別自動載入TCNTn和TCMPn，并在中斷服務(wù)程序中，禁止自動重載和中斷請求來中止定時器的運行。I：當TCNTn(80-20=60)和TCMPn(=60)的值相等時，TOUT輸出電平由低變高。J、K：盡管TCNTn=0，但是定時器會停止運行，也不再發(fā)生自動重載操作，因為定時器自動重載功能被禁止，不再產(chǎn)生新的中斷。10.1.5死區(qū)生成器當PWM控制用于電源設(shè)備時需要用到死區(qū)功能。這個功能允許在一臺設(shè)備關(guān)閉和另一臺設(shè)備開啟之間插入一個時間間隔。這個時間間隔可以防止兩臺設(shè)備同時關(guān)閉、同時開啟或一臺關(guān)閉的同時另一臺開啟。TOUT0是定時器0的PWM輸出，假設(shè)nTOUT0是TOUT0的倒相信號，如果死區(qū)功能被允許，TOUT0和nTOUT0的輸出波形就變成了TOUT0_DZ和nTOUT0_DZ，如圖10-4所示。有了死區(qū)間隔，TOUT0_DZ和nTOUT0_DZ的關(guān)閉和開啟就不會同時進行。死區(qū)間隔時間可以通過軟件進行設(shè)定，以達到防止兩臺設(shè)備同時動作的目的。10.2.2PWM輸出控制1.輸出電平倒相PWM在不改變占空比的情況下，輸出電平還可以倒相，即把輸出電平取反。在PWM控制寄存器中有一個逆變位，通過修改這個逆變位的值可方便地實現(xiàn)倒相。2.編程改變輸出頻率PWM的輸出頻率很容易改變，具體方法如右邊的程序所示。§10.2PWM輸出電平控制§10.3PWM定時器控制寄存器10.3.1定時器配置寄存器0定時器配置寄存器0(TCFG0)如表10-2所示：10.3.2定時器配置寄存器1定時器配置寄存器1(TCFG1)如表10-3所示：定時器輸入時鐘頻率的計算公式如下：fTCLK=(fPCLK/(Prescaler+1))/分頻器其中，Prescaler為預定標值(0～255)；分頻器(表10-3中的4選1開關(guān))的分頻值為2、4、8和16。PWM輸出時鐘頻率=定時器輸入時鐘頻率(fTCLK)/定時器計數(shù)緩沖器值(TCNTBn)。PWM輸出占空比=定時器比較緩沖器值(TCMPBn)/定時器計數(shù)緩沖器值(TCNTBn)。10.3.3減法緩沖寄存器和比較緩沖寄存器定時器減法緩沖寄存器(TCNTBn)和比較緩沖寄存器(TCMPBn)的定義如表10-4所示。10.3.4定時器控制寄存器定時器控制寄存器(TCON)如表10-5所示。10.3.5減法計數(shù)器觀察寄存器定時器0～4減法計數(shù)器TCNTn是內(nèi)部寄存器，它們的值可通過相應的減法計數(shù)器觀察寄存器TCNTOn讀出，讀出的