FTM的PWM、輸入捕獲、正交解碼

介紹幾個(gè)小伙伴（FTM寄存器）

要想搞清楚FTM模塊，首先我們要介紹幾個(gè)重要的寄存器給大家，他們就像小伙伴一樣，好好利用可以幫大忙呢。

• FTMx_CNT小朋友（計(jì)數(shù)器寄存器），他負(fù)責(zé)喊號(hào)（計(jì)數(shù)）。
• FTMx_SC小朋友（狀態(tài)和控制寄存器），他負(fù)責(zé)……寄存器名字面意思，具體說(shuō)就是決定CNT小朋友的喊號(hào)的快慢（計(jì)數(shù)頻率，包括時(shí)鐘源的選擇和分頻系數(shù)）。他還負(fù)責(zé)其他一些雜事，比如計(jì)數(shù)溢出、中斷使能等等。
• FTMx_MOD小朋友（模數(shù)寄存器），他負(fù)責(zé)記住一個(gè)數(shù)字，當(dāng)CNT小朋友喊道這個(gè)數(shù)字的時(shí)候，他就提醒相關(guān)人員干一些事情，比如產(chǎn)生溢出中斷標(biāo)志，比如讓CNT重新開(kāi)始喊號(hào)。
• FTMx_CNTIN小朋友（計(jì)數(shù)器初始值寄存器），他告訴CNT小朋友哪哪個(gè)數(shù)開(kāi)始喊。
• 其中x代表不同的FTM模塊的標(biāo)號(hào)，比如MK60D系列單片機(jī)，有3個(gè)FTM模塊，x就為0~2。

PWM輸出功能

PWM工作原理

PWM是什么，能做什么用，不是我們要講的，相信你也能百度到。這里我們主要講PWM在Kinetis的FTM模塊中是怎么工作的。還記得上面介紹的幾個(gè)小朋友嗎，他們只要一起干活，我們的PWM波就可以生成了，下面我來(lái)說(shuō)說(shuō)他們是怎么干活的。哦對(duì)了，說(shuō)到PWM還有一個(gè)小朋友要介紹，就是FTMx_CnV（通道值寄存器）小朋友。其中n代表FTMx有n個(gè)這樣的小朋友，對(duì)于FTM0模塊來(lái)說(shuō)，有8個(gè)。他們8個(gè)人負(fù)責(zé)PWM的脈寬（即占空比），他們每個(gè)人也會(huì)記住一個(gè)數(shù)字，當(dāng)CNT喊道這個(gè)數(shù)字的時(shí)候，他就讓PWM的輸出產(chǎn)生上升或下降沿。
PWM最重要參數(shù)就是頻率（周期的倒數(shù)）和占空比，下面的兩個(gè)公式解釋了他們是怎么確定的：

PWM的周期=(MOD–CNTIN +1)x計(jì)數(shù)器周期
PWM的占空比=(CnV − CNTIN)/ PWM的周期

怎么樣，上面的公式結(jié)果都是由我們認(rèn)識(shí)的小朋友決定的吧。下面我來(lái)解說(shuō)下這個(gè)工作流程，首先公式中的計(jì)數(shù)器周期是SC小朋友決定的，前面說(shuō)了他負(fù)責(zé)喊號(hào)的快慢，因?yàn)樗?fù)責(zé)決定采用哪個(gè)頻率為輸入頻率，這些頻率候選有系統(tǒng)時(shí)鐘、固定頻率時(shí)鐘以及外部時(shí)鐘，他還負(fù)責(zé)這些輸入頻率的分頻系數(shù)，總之SC小朋友決定了計(jì)數(shù)器周期，也就是CNT小朋友喊號(hào)的快慢。然后CNT小朋友從CNTIN小朋友那里知道了要喊的第一個(gè)數(shù)，他按照SC決定的快慢一直喊道MOD告訴他的數(shù)，喊完這些數(shù)，一個(gè)PWM周期也就產(chǎn)生了！
那么PWM的脈寬是怎么決定的呢，首先假定CNT在喊第一個(gè)數(shù)的時(shí)候，PWM通道輸出高電平，當(dāng)CNT喊到CnV小朋友告訴他的號(hào)的時(shí)候，PWM輸出通道就會(huì)變?yōu)榈碗娖剑钡紺NT繼續(xù)喊道MOD的時(shí)候一個(gè)PWM周期結(jié)束，當(dāng)重新開(kāi)始喊CNTIN的號(hào)的時(shí)候，PWM的輸出通道又變?yōu)榱烁唠娖剑@樣持續(xù)下去，就產(chǎn)生了PWM波形！
你以為一個(gè)FTMx模塊只能輸出一路PWM就錯(cuò)了，我們剛才說(shuō)了CnV根據(jù)x的不同，有n個(gè)通道可以輸出PWM，如果是x=0，那么FTM0就有8個(gè)CnV，C0V到C7V這8個(gè)小朋友，因此FTM0可以輸出8路不同占空比的PWM，但是由于負(fù)責(zé)喊號(hào)的CNT以及他的其他小伙伴在FTM0中僅僅各有1人，因此FTM0只能輸出一種頻率的PWM。

如果上面的描述讓你和你的小伙伴都驚呆了，那么就看看上面這幅圖，從技術(shù)文檔中的Figure 39-181截出來(lái)的。紅圈后面的波形就行PWM輸出通道輸出的波形。深綠色的圈代表CNT從CNTIN開(kāi)始計(jì)數(shù)，此時(shí)輸出高電平。當(dāng)計(jì)數(shù)到CnV的時(shí)候，淺綠色圈處，產(chǎn)生channel(n)match通道匹配事件，變?yōu)榈碗娖健．?dāng)整個(gè)計(jì)數(shù)周期完成，即藍(lán)圈的范圍，CNT計(jì)數(shù)到MOD時(shí)，一個(gè)波形輸出完成。

PWM例程講解

前面講了FTM中的幾個(gè)小伙伴的故事，目的是為了讓大家了解PWM的工作流程，下面我們來(lái)具體看看例程中，是如何利用庫(kù)函數(shù)來(lái)生成PWM的。首先看例程“LPLD_ServoControl”，這是一個(gè)控制舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的例程，我們知道舵機(jī)的控制PWM頻率一般是50Hz，其他的舵機(jī)有可能不同，因此我們的初始化函數(shù)初始化PWM頻率為50,定位pwm_init()函數(shù)，看其代碼：

ftm_init_struct.FTM_Ftmx=FTM0;//使能FTM0通道

ftm_init_struct.FTM_Mode=FTM_MODE_PWM;//使能PWM模式

ftm_init_struct.FTM_PwmFreq=50;//PWM頻率50Hz

LPLD_FTM_Init(ftm_init_struct);

LPLD_FTM_PWM_Enable(FTM0,//使用FTM0

FTM_Ch0,//使能Ch0通道

angle_to_period(0),//初始化角度0度

PTC1,//使用Ch0通道的PTC1引腳

ALIGN_LEFT//脈寬左對(duì)齊

);

Line 1：使能FTM0通道。
Line 2：配置FTM_Mode成員變量，使用FTM的PWM輸出功能。
Line 3：配置PWM輸出的頻率為50Hz，你只要直接寫(xiě)頻率的數(shù)值即可，至于剛才講的CNTIN、MOD、SC寄存器的值，庫(kù)函數(shù)會(huì)自動(dòng)搞定。而且切記，每個(gè)FTMx只能產(chǎn)生一種頻率，這個(gè)頻率在初始化配置時(shí)就確定了，如果你想用第二種頻率，就使能再初始化FTM1或FTM2了。
Line 4：調(diào)用FTM通用初始化函數(shù)初始化該模塊。
Line 5：PWM通道輸出使能函數(shù)，你光配置了FTM0的PWM輸出功能還不夠，還要決定用哪個(gè)PWM通道來(lái)輸出波形哦！其中FTM0有8個(gè)通道，這里使能通道0 FTM_Ch0，每個(gè)通道又可能有不同的物理輸出引腳，這里用CH0的PTC1引腳來(lái)輸出PWM，還要配置占空比，這里我們用了自定義函數(shù)angle_to_period()來(lái)將舵機(jī)的角度值轉(zhuǎn)化為函數(shù)需要的占空比值。最后一個(gè)參數(shù)是PWM脈寬的對(duì)其方式，默認(rèn)是左對(duì)齊。關(guān)于此函數(shù)的參數(shù)的具體范圍，請(qǐng)參考FTM模塊的在線函數(shù)手冊(cè)（點(diǎn)擊進(jìn)入）。

初始化完成后的代碼如下所示：

delay(1000);

//初始化延時(shí)后改變角度為45度

LPLD_FTM_PWM_ChangeDuty(FTM0,FTM_Ch0,angle_to_period(45));

Line 1：在初始化完畢后，首先應(yīng)該延時(shí)一段時(shí)間，以保證舵機(jī)可以有足夠的時(shí)間歸位。
Line 3：調(diào)用LPLD_FTM_PWM_ChangeDuty()函數(shù)來(lái)改變CH0通道的占空比，該函數(shù)和PWM通道使能函數(shù)的個(gè)別參數(shù)一樣，使用時(shí)最好先參考在線函數(shù)手冊(cè)。

輸入捕獲功能

IC工作原理

IC就是Input Capture的英文縮寫(xiě)，即輸入捕獲。很多新手不僅疑惑FTM，還疑惑他怎么還有這么多功能，更疑惑這么多功能中輸入捕獲到底干什么用。首先FTM為什么除了能生成PWM，還有其他功能，這都是因?yàn)樗羞@么多給力的小伙伴（寄存器），上面介紹那些小朋友不僅能生成PWM，還能利用自身特長(zhǎng)，搖身一變成輸入捕獲功能。那么輸入捕獲有什么用呢，輸入什么？捕獲什么？他就像PWM的逆變一樣，通過(guò)輸入PWM方波，捕獲上升沿或者下降沿，來(lái)計(jì)算出PWM的頻率或者占空比。
那么這幾個(gè)小朋友是怎么工作，來(lái)實(shí)現(xiàn)輸入捕獲功能的呢，且聽(tīng)我一一道來(lái)。首先CnV小朋友不再負(fù)責(zé)記住一個(gè)數(shù)了，而是隨時(shí)待命，隨時(shí)準(zhǔn)備記錄下CNT小朋友喊的數(shù)字。當(dāng)FTM的輸入通道產(chǎn)生一個(gè)上升沿或者下降沿的時(shí)候，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷，這是CnV小朋友就會(huì)立刻記錄下CNT小朋友喊的數(shù)字，我們只要知道兩次中斷之間CnV小朋友記錄的計(jì)數(shù)的差，就可以間接計(jì)算出中斷間隔時(shí)間了，從而可以計(jì)算出PWM方波的頻率。當(dāng)然CNT小朋友喊號(hào)的頻率還是有SC小朋友決定的。假設(shè)我們知道CNT喊號(hào)的頻率為fCNT,CnV自從上次中斷后記錄的計(jì)數(shù)差為cv,配置捕獲上升沿時(shí)產(chǎn)生中斷，那么兩次中斷的時(shí)間差的倒數(shù)就是PWM方波的頻率：

輸入PWM頻率=fCNT/cv

同樣還是來(lái)看一下我從技術(shù)文檔中截下來(lái)的圖，原圖初出自Figure 39-175。紅框圈出來(lái)的是FTM的通道輸入，這個(gè)通道在物理引腳上和PWM的輸出通道是共用的，只不過(guò)隨著功能的不同，輸入輸出都可以。橙色圈代表的是判斷到底是上升沿還是下降沿來(lái)觸發(fā)沖斷。深色綠圈代表了CnV在這個(gè)事件來(lái)臨的時(shí)候記錄下CNT的數(shù)值，淺綠色是CNT計(jì)數(shù)器的值。藍(lán)色圈代表我們即將產(chǎn)生的中斷信號(hào)。

IC例程講解

打開(kāi)例程“LPLD_InputCapture”，在這里例程中，我們利用FTM0生成一路PWM，用于測(cè)試他的頻率，用FTM1配置為輸入捕獲模塊，來(lái)采集PWM并計(jì)算他的頻率。pwm_init()初始化函數(shù)的代碼我們就不贅述了，相信大家都能看懂，直接看下輸入捕獲的初始化函數(shù)ic_init()的代碼：

ftm1_init_struct.FTM_Ftmx=FTM1;//使能FTM1通道

ftm1_init_struct.FTM_Mode=FTM_MODE_IC;//使能輸入捕獲模式

ftm1_init_struct.FTM_ClkDiv=FTM_CLK_DIV128;//計(jì)數(shù)器頻率為總線時(shí)鐘的128分頻

ftm1_init_struct.FTM_Isr=ic_isr;//設(shè)置中斷函數(shù)

LPLD_FTM_Init(ftm1_init_struct);

LPLD_FTM_IC_Enable(FTM1,FTM_Ch0,PTB0,CAPTURE_RI);

LPLD_FTM_EnableIrq(ftm1_init_struct);

Line 2：配置FTM1為輸入捕獲模式。
Line 3：設(shè)置計(jì)數(shù)器的分頻系數(shù)為128,剛才我們講過(guò)要計(jì)算PWM的頻率，就要知道CNT計(jì)數(shù)器的頻率，在OSKinetis固件庫(kù)中，CNT的時(shí)鐘源為總線時(shí)鐘，如果這里設(shè)置為FTM_CLK_DIV128，那么CNT的頻率就是總線頻率/128。
Line 4：設(shè)置FTM的中斷函數(shù)，用于處理捕獲事件。
Line 6：使能輸入捕獲的輸入通道，和PWM的使能通道同理，這里要設(shè)置需要用到的通道號(hào)為FTM_Ch0，通道對(duì)應(yīng)的物理引腳為PTB0，捕獲邊緣為上升沿CAPTURE_RI。關(guān)于此函數(shù)的參數(shù)的具體范圍，請(qǐng)參考FTM模塊的在線函數(shù)手冊(cè)（點(diǎn)擊進(jìn)入）。
Line 7：一定要記住使能中斷。