第6.3节 增强型正交编码(eQEP)

DSP原理及应用——跟我动手学TMS320F2833x电气信息类专业课程DSP原理及应用增强型正交编码(eQEP)第6.2节

增强型正交编码（eQEP）正交编码：为线性或旋转递增编码器提供接口，以获得旋转机械的位置、方向和速度等信息交替的暗线和亮线；脉冲索引信号QEPI，指示码盘绝对位置；正交编码信号QEPA和QEPB：两个光电器件的安装位置相差两孔间距的1/4，则码盘旋转时，两个光电器件输出信号间会有90°的相位差；多数码盘的顺时针方向定义为QEPA超前QEPB的方向。光电码盘结构QEPA和QEPB输出信号的频率与电动机转速成正比。例如，将一2000线的编码器直接安装连接在转速为5000r/min的电动机上，则可以计算得到QEPA和QEPB的信号频率为166.6KHz，所以通过测量QEPA或QEPB的信号频率，即可得到电动机的转速。增强型正交编码（eQEP）（1）（2）式（1）：每隔固定的时间读取一次编码器的计数值（位置），则x(k)-x(k-1)表示的是当前编码器的计数值减去前一时刻的计数值，再与固定时间的倒数1/T相乘便得到速度值。式（2）：每隔固定的位置读取一次时间，则t(k)-t(k-1)表示的是当前编码器位置与上一编码器位置对应的时间的差值。当转速较高时，式（1）具有更高的测量精度当转速较低时，式（2）具有更高的测量精度增强型正交编码（eQEP）增强型正交编码（eQEP）eQEP功能模块图引脚的可编程输入限制(GPIOMUX)；正交解码单元(QDU);用于位置检测的位置计数器和控制单元(PCCU);用于低速测量的正交边沿捕获单元(QCAP);用于速度/频率测量的时间基准单元(UTIME);用于停止检测的看门狗(QWDOG)。增强型正交编码（eQEP）EQEP引脚（1）QEPA/XCLK和QEPB/XDIR：用作正交时钟模式或方向计数模式正交时钟模式：eQEP编码器提供两路相位差为90°方波信号A和B，该相位关系可以用来判定旋转的方向，以及计算从索引位置起的eQEP脉冲个数，以得到相对位置信息。方向计数模式：在该模式下，方向和时钟信号均由外部信号源直接提供。QEPA引脚作为时钟输入引脚，QEPB引脚作为方向输入引脚。（2）eQEPI（索引或零位标识信号）eQEP编码器使用一索引信号决定绝对起始位置。该引脚与eQEP编码器的索引输出相连，可以在每个旋转周期复位位置计数器。当索引引脚上的特定事件发生时，该信号可用来初始化或锁存位置计数器。（3）eQEPS（选通信号引脚）当选通输入引脚上发生特定事件时，该信号可初始化或锁存位置计数器。该引脚一般连接到传感器或限位开关，以指示电机已经到达了指定的位置。增强型正交编码（eQEP）正交解码单元（QDU）增强型正交编码（eQEP）正交解码单元（QDU）——位置计数器输入模式输入到位置计数器的时钟和方向信号由QDECCTL[QSRC]位控制，模式有正交计数模式、方向计数模式、增计数模式及减计数模式。正交计数模式：在正交计数模式下，正交解码器为位置计数器提供方向和时钟信号。方向计数模式：QEPA输入将为位置计数器提供时钟，QEPB输入将提供方向信息。当方向输入为高电平时，位置计数器在每个QEPA的上升沿增计数，当方向输入为低电平时，位置计数器则进行减计数。增计数模式：计数器的方向信号通过硬件连接使计数器进行增计数，此时位置计数器可用来测量QEPA输入信号的频率。将QDECCTL[XCR]置位，可以使得在QEPA输入信号的两个边沿均产生位置计数时钟脉冲，因而检测精度也提高一倍。减计数模式：计数器的方向信号通过硬件连接使计数器进行减计数，此时位置计数器可用来测量QEPA输入信号的频率。将QDECCTL[XCR]置位，可以使得在QEPA输入信号的两个边沿均产生位置计数时钟脉冲，因而检测精度也提高一倍。增强型正交编码（eQEP）正交解码单元（QDU）——输入极性选择每个eQEP输入都可以通过QDECCTL[8:5]位来将其反向，例如，通过将QDECCTL[QIP]位置位，则索引输入将被反向。正交解码单元（QDU）——位置比较同步输出增强的eQEP外设包含了一位置比较单元，当位置计数寄存器QPOSCNT和位置比较寄存器QPOSCMP发生比较匹配时，该比较单元可以产生一位置比较同步信号。该信号可以通过eQEP外设的索引引脚或者选通引脚输出。QDECCTL[SOEN]位用来使能位置比较同步输出功能QDECCTL[SPSEL]位用来选择通过eQEP的索引引脚或选通引脚输出。增强型正交编码（eQEP）位置计数器和控制单元（PCCU）该单元提供了两个配置寄存器QEPCTL和QPOSCTL，用来配置位置计数器操作模式、位置计数器初始化/锁存模式和产生同步信号的位置比较逻辑。位置计数器和控制单元（PCCU）——位置计数器复位操作模式1）位置计数器在索引事件复位（QEPCTL[PCRM]=00）：如果在前向运动过程中发生索引事件，则位置计数器在下一个eQEP时钟复位至0。如果在反向运动过程中发生索引事件，则位置计数器将在下一个eQEP时钟复位至QPOSMAX寄存器中的值。2）位置计数器在最大位置处复位（QEPCTL[PCRM]=01）：该模式下，在前向运动过程中，如果位置计数器的值等于QPOSMAX，则位置计数器将在下一个eQEP时钟处复位至0并且置位上溢标志位；而在反向运动过程中，如果位置计数器的值等于0，则位置计数器将在下一个eQEP时钟处复位至QPOSMAX并且置位下溢标志位。增强型正交编码（eQEP）位置计数器和控制单元（PCCU）——位置计数器复位操作模式3）位置计数器在第一个索引事件处复位（QEPCTL[PCRM]=10）：在前向运动过程中，如果索引事件发生，则位置计数器将在下一个eQEP时钟处复位至0；在反向运动过程中，如果索引事件发生，则位置计数器将在下一个eQEP时钟处复位至QPOSMAX。需要注意的是，该复位只会发生在第一个索引事件处，位置计数器将不会在其后的索引事件处复位，而是由最大位置决定，即在最大位置处复位。4）位置计数器在单位时间输出事件处复位（QEPCTL[PCRM]=11）：该模式下，在单位时间事件处，QPOSCNT的值会被锁存到QPOSLAT中，并且QPOSCNT会被复位（0或QPOSMAX，取决于QDECCTL[QSRC]位设置的方向模式）。该模式可应用于频率测量。。增强型正交编码（eQEP）位置计数器和控制单元（PCCU）——位置计数器锁存1）索引事件锁存：在一些应用场合中，并不希望在每个索引事件处复位位置计数器，而是需要将位置计数器工作在32位模式下（QEPCTL[PCRM]=01或10）,

eQEP位置计数器可配置为在如下的事件处锁存：在上升沿锁存（QEPCTL[IEL]=01）。位置计数器的值QPOSCNT在每个索引输入的上升沿锁存至QPOSILAT中在下降沿锁存（QEPCTL[IEL]=10）。位置计数器的值QPOSCNT在每个索引输入的下降沿锁存至QPOSILAT中在索引事件标识处/软件索引标识处锁存（QEPCTL[IEL]=11）。第一个索引标识定义为第一个索引边沿后的第一个正交边沿，eQEP外设记录第一个索引标识的发生（QEPSTS[FIMF]）以及第一个索引事件标识的方向（QEPSTS[FIDF]），同时也记录第一个索引标识处的正交边沿，与该边沿相同的正交转变可用于锁存位置计数器当eQEP模块中的索引和选通输入引脚发生特定事件时，可将位置计数器值QPOSCNT相应地锁存至QPOSILAT和QPOSSLAT。增强型正交编码（eQEP）位置计数器和控制单元（PCCU）——位置计数器锁存1）索引事件锁存：索引事件锁存功能可用于检查位置计数器在两个索引事件之间是否累加了正确的个数。例如，对于1000线的编码器，当按照一固定方向运动时，在两个索引事件之间必须计数4000次。当位置计数器被锁存至QPOSILAT寄存器中时，索引事件锁存中断标志QFLG[IEL]将被置位。当QEPCTL[PCRM]=00时，索引事件锁存配置位QEPCTL[IEL]将被忽略。增强型正交编码（eQEP）位置计数器和控制单元（PCCU）——位置计数器锁存2）选通事件锁存：QEPCTL[SEL]位被清零后，位置计数器的值将在选通输入的上升沿锁存至QPOSSLAT寄存器中。如果QEPCTL[SEL]置位，则对于前向运动，位置计数器的值将在选通输入的上升沿锁存至QPOSSLAT；对于反向运动，位置计数器的值将在选通输入的下降沿锁存至QPOSSLAT。当位置计数器值锁存至QPOSSLAT寄存器中时，选通事件锁存中断标志位QFLG[SEL]将置位。3）单位时间超时事件锁存：单位时间超时事件发生时，会将QPOSCNT锁存至QPOSLAT中。这将在单位定时器子模块介绍。增强型正交编码（eQEP）位置计数器和控制单元（PCCU）——位置计数器初始化1）索引事件初始化（IEI）若QEPCTL[IEI]=10，则位置计数器QPOSCNT将在索引输入上升沿初始化为QPOSINIT寄存器中的值；若QEPCTL[IEI]=11，则是在下降沿初始化。2）选通事件初始化（SEI）若QEPCTL[SEI]=10，则位置计数器在选通输入的上升沿初始化为QPOSINIT的值；若QEPCTL[SEI]=11，则在前向运动中，位置计数器在选通输入的上升沿初始化为QPOSINIT，在反向运动中，位置计数器在选通输入的下降沿初始化。3）软件初始化（SWI）可以通过向QEPCTL[SWI]位写1来实现软件初始化位置计数器，该位不会自动清除。当该位置位时，若再次向该位写1，则将再次初始化位置计数器。位置计数器可由索引事件、选通事件及软件初始化。增强型正交编码（eQEP）eQEP位置比较单元当发生位置比较匹配时，可以用来产生同步输出信号或中断增强型正交编码（eQEP）eQEP位置比较单元——映射与装载位置比较寄存器QPOSCMP可以被映射，并且映射模式可以通过配置QPOSCTL[PSSHDW]位来使能或禁止。1）如果映射模式被禁止：DSP直接将比较值写入到当前工作（active）的位置比较寄存器。2）如果映射模式被使能：通过配置位置比较单元QPOSCTL[PCLOAD]位，选择装载模式：在比较匹配时装载。位置计数器值为0时装载当位置计数器值QPOSCNT与位置比较寄存器QPOSCMP（active）相匹配时，位置比较匹配标志QFLG[PCM]将置位，并且产生位置比较同步输出信号（其脉冲宽度可编程改变）用以触发外部器件。增强型正交编码（eQEP）eQEP位置比较单元——脉冲展宽器脉冲展宽逻辑：若新的位置比较匹配已发生并且之前的位置比较脉冲仍然处于有效状态，则脉冲展宽器从新的比较匹配事件处产生所设定占空比的脉冲，增强型正交编码（eQEP）eQEP边沿捕获单元用以测量单位位置事件之间的时间，完成低速时的速度测量。增强型正交编码（eQEP）eQEP边沿捕获单元eQEP捕获定时器(QCTMR)运行时钟由SYSCLKOUT分频得到，分频系数由QCAPCTL[CCPS]位配置。捕获定时器的值在每个单位位置事件发生时锁存到捕获周期寄存器QCPRD中，然后捕获定时器复位，且QEPSTS[UPEVNT]标志位置位以表明新的值锁存至QCPRD中。低速测量时，用户在读取周期寄存器之前可以先检查该标志位以判断是否有新的值锁存。向该标志位写1可清除标志。在两个单位位置事件间，如果捕获定时器发生上溢，则捕获单元会将上溢错误标志位QEPSTS[COEF]置位，同样，如果方向发生变化，则会将QEPSTS[CDEF]标志置位。捕获定时器QCTMR和捕获周期寄存器QCPRD的锁存方式(由QEPCTL[QCLM]决定)：CPU读取QPOSCNT或单位时间超时事件发生时锁存增强型正交编码（eQEP）eQEP看门狗看门狗时钟源由SYSCLKOUT/64分频得到，并且正交时钟事件脉冲复位看门狗定时器。如果直到发生周期匹配（QWDPRD=QWDTMR）时还未检测到正交时钟事件脉冲，看门狗定时器将超时并且看门狗中断标志位QFLG[WTO]置位。看门狗超时的值可以通过看门狗周期寄存器QWDPRD配置。eQEP外设包含1个16位的看门狗定时器，用来监控运动控制系统中的正交时钟。增强型正交编码（eQEP）单位定时器当单位定时器QUTMR与单位周期寄存器QUPRD相匹配时，单位超时中断标志位QFLG[UTO]将置位。当单位超时事件发生时，eQEP外设可以配置锁存位置计数器、捕获定时器及捕获周期值，用以速度计算。eQEP外设包含一32位定时器QUTMR，该定时器由SYSCLKOUT提供时钟，为速度计算产生周期中断。增强型正交编码（eQEP）eQEP中断11个中断源:PCE、PHE、QDC、WTO、PCU、PCO、PCR、PCM、SEL、IEL及UTO中断标志位QFLG用以指示是否有中断事件发生，并包含一全局中断标志位INT只有当某中断事件使能，相应中断标志位为1，并且全局中断标志位INT为0时，才会向PIE产生中断脉冲。中断服务程序执行完后，需要通过中断清除寄存器QCLR清除全局中断标志位INT以及相应的中断事件标志位，为下次中断做准备可以通过中断强制寄存器QFRC强制产生中断事件，这常用于测试。1.eQEP编码控制寄存器（QDECCTL）位置计数器配置、信号极性配置；索引门控配置、同步输出配置。2.eQEP控制寄存器（QEPCTL）仿真悬挂配置、复位模式、锁存模式、初始化模式配置位置计数器、单位定时器、看门狗使能配置。eQEP寄存器QSRCSOENSPSELXCRSWAPIGATEQAPQBPQIPQSPReservedFREE,SOFTPCRMSEIIEISWISELIELQPENQCLMUTEWDE3.eQEP位置比较控制寄存器（QPOSCTL）位置比较寄存器映射配置；比较动作配置：使能、极性、宽度。4.eQEP捕获控制寄存器（QCAPCTL）捕获单元使能配置、时钟分频配置单位位置事件配置。eQEP寄存器PCSHDWPCLOADPCPOLPCEPCSPWCENReservedCCPSUPPS5.eQEP位置计数器（QPOSCNT）对每个eQEP脉冲进行增/减计数；计数值反映了运动位置。6.eQEP位置计数器初始化寄存器（QPOSINIT）该寄存器包含位置值信息，用来初始化位置计数器；可通过外部选通事件、索引事件或内部软件实现初始化。eQEP寄存器QPOSCNTQPOSINIT7.eQEP最大位置计数寄存器（QPOSMAX）QPOSMAX该寄存器给出位置计数器最大计数值。8.eQEP位置比较寄存器（QPOSCMP）该寄存器存放位置比较值，用于和位置计数器QPOSCNT比较；当比较匹配时，可产生同步输出、中断请求。9.eQEP索引位置锁存寄存器（QPOSILAT）当QEPCTL[IEL]定义的索引事件发生时，位置计数器的值将锁存至该寄存器.eQEP寄存器QPOSILAT10.eQEP选通位置锁存寄存器（QPOSSLAT）QPOSSLAT当QEPCTL[SEL]定义的选通事件发生时，位置计数器的值将锁存至该寄存器.QPOSCMP11.eQEP位置计数器锁存寄存器（QPOSLAT）单位时间超时事件发生时，位置计数器的值将被锁存至该寄存器。12.eQEP单位定时器寄存器（QUTMR）该寄存器为单位时间事件提供时间基准。当该定时器的值与单位时间周期值相匹配时，单位时间事件发生。eQEP寄存器QUTMR13.eQEP单位周期寄存器（QUPRD）QUPRDQPOSLAT该寄存器为单位定时器提供计数周期值，用来周期性的产生单位时间事件，周期性的锁存eQEP位置信息和产生中断请求14.eQEP看门狗定时器寄存器（QWDTMR）15.eQEP看门狗周期寄存器（QWDPRD）该寄存器为eQEP的看门狗提供计数周期值（超时时的计数值）。当看门狗定时器值与该寄存器值匹配时，产生看门狗超时中断。eQEP寄存器QWDPRDQWDTMR该寄存器为看门狗提供时间基准用以检测电机是否停转。当该定时器值与看门狗周期值相匹配时，看门狗超时中断将产生。