AURIX TC397 Timer PWM 基础知识
Timer/PWM资源
TC397有下列Timer/PWM资源:
- 6x STM
- GTM
- 1x GPT12
- 1x CCU6
STM
STM, System Timer, 系统定时器, 64bit计数器, 6个STM意味着6个核每个都可以有自己的时基定时器, 用于各自的RTOS
GTM
GTM, Generic Timer Module, 通用定时器模块, 24bit分辨率, 10ns精度, 可以用于 PWM输出, 脉冲捕获, 电机控制(包括BLDC) 等.
内建的先进的路由单元ARU, 遵循循环调度, 用于交换子模块之间的特定数据. 循环时间固定所以调度确定, 不需要内部中断机制就可以交换数据
支持无刷电机, 在定时器输入输出模块(Timer input and output modules,
TIM/(A)TOM )之间有信号模式评估(Signal pattern evaluation, SEU)子模块:
- 硬件的模式匹配算法
- 旋转方向和有效性校测
- 能在特定的旋转上生成中断
CTBM(Common time-base module)子模块中的TBU(Time base unit)提供了公共的时基, 为同步GTM中不同子模块的事件(event)提供了可能:
- 输入事件来自TBU的时间戳
- 用TBU的时间戳作为参考, 实现不同定时器输出事件的同步开始
GTM提供了其他外设的柔性连接:
- 多端口的PWM输入输出
- ADCs的触发输入, 从ADC到GTM-TIM/DTMx的服务请求事件输入
- SENT, CAN, MSC 和 PSi5/PSi5S 的触发输入
- 定时器输出直接内部连接CCU6的输入进行测量
以数字PWM输出为例:
- 16通道-16bit, 8通道-24bit分辨率, 10ns精度
- ATOM有多种模式, 支持不同的PWM输出
- 用ATOM的ARU接收数据
- 优势1: Dynamic PWM generation with input of period/duty via the ARU
- 优势2: 通道计数器可以通过前身(predecessor)被触发或复位, 用一个参考通道实现多个通道的控制
再以数字输入捕获为例:
- 每个定时器输入模块(TIM)有8个独立的通道, 用于输入捕获或者测量, 每通道有独立的滤波器模块
- 多重模式支持不同的测量, 包括周期/占空比, 所需活动边沿的时间戳
- 优势1: 输入PWM毛刺的硬件数字滤波器
- 优势2: 每个通道可以用TDU(Timeout Detection Unit)实现超时检测
- 优势3: TIM通道输出结果通过ARU路由到其它子模块, 无需中断
GPT12
GPT12, General Purpose Timer Unit, 用于定时, 计数, 脉宽测量和脉冲产生等, 5个16bit定时器组成了2个定时器块GPT1和GPT2. 完美适合带编码器的电机应用
增量接口模式–转速较低时:
- 每个检测边缘产生中断
- 可以用于捕获运行时间, 启动速度的算法控制
增量接口模式–检测旋转方向:
- 状态位指示电流方向
- 状态位指示方向改变
- 方向改变时产生中断以快速响应
- T0事件(电机的机械零位)时, 复位或者装载计数器
增量接口模式–状态标志是独立的, 与中断无关, 控制GPT12无需中断.
T2~T6每个定时器有一个输入引脚, 用于门控或者技术输入, 而且T3和T6各自有一个输出引脚用于输出翻转锁存(Output Toggle Latch).
以无刷电机为例, 电机配有一个编码器, 输出A,B,T0信号, A和B是有90度相位差的方波, T0每圈产生1个用于同步的方波:
- 电机转子位置的准确位置可以用于正确的换相模式
- GPT1提供正确的位置, 无需附加软件
CCU6
CCU6, Capture Compare Unit 6, 用于控制AC和DC驱动, 支持用霍尔传感器或者反电动势检测(Back-EMF detection)来控制BLDC.
中心/边缘对齐PWM
中心对齐PWM:
- 空间矢量调制(Space Vector Modulation)完美适配永磁同步电机(Permanent Magnetic Synchronous Motor, PMSM)应用
- 中心对齐PWM减少EMC
- 周期匹配/零匹配时的阴影转移(Shadow transfer on Period match/zero match)
- 死区时间的长度可以单独编程以应对MOSFET的瞬态行为
边缘对齐PWM: 完美适配BLDC(块换向)
Fast emergency stop (/CTRAP):
- 通过外部信号(/CTRAP)即可快速紧急停止, 无需CPU负载, 即可将输出通道切换到定义的状态
- TRAP(陷阱?)控制: 每个通道都有被动选择位(passive state select bit), 初始化位(initialization bit)
- TRAP状态下, 所有输出可以切换到选定的passive state
- TRAP状态可以通过位域(bit field)由软件或者硬件触发
系统集成:
- CCU6同步触发ADC转换测量电流
- 位置识别可以通过霍尔传感器(CCU6), 编码器(GPT12)和解析器Resolver(DSADC)
- 所有用于PMSM/BLDC控制的模块都在芯片上
以BLDC为例:
- CCU6产生不同的PWM模式转动电机
- 通过霍尔传感器提供的位置, 下一个换向模式自动生成
- 同步触发ADC转换
参考
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