EV时间管理器及应用课件

1DSP原理及其应用技术第八讲事件管理器及其应用8.1事件管理器功能概述8.2通用定时器8.3PWM电路8.4捕获单元8.5正交脉冲编码电路8.6事件管理器中断光电编码器霍尔传感器功率放大器电流传感器28.1事件管理器功能概述C2000系列DSP与其它系列DSP的主要区别体现在功能强大的事件管理器模块；事件管理器模块提供了强大的控制功能(PWM)

，特别适于运动控制和电机控制等领域；

F2812具有两个外设相同的事件管理器模块EVA、EVB，可实现多轴运动控制；每个事件管理器包括通用定时器、比较器和PWM单元、捕获单元（CAP）与正交脉冲编码电路（QEP）；在电机控制应用中，每个事件管理器可以实现三相永磁同步电机、直流无刷电机、异步电机及直流有刷电机的控制。3事件管理器中的模块与信号48.2通用定时器

每个事件管理器有两个16位的通用定时器

其中EVA－－GPT1&GPT2，EVB－－GPT3&GPT4

这些定时器可以根据具体任务独立使用

1）在控制系统中产生采样周期（同CPU定时器）

2）为捕获单元、正交脉冲计数提供基准时钟(GPT2、GPT4)3）为比较单元和PWM电路提供基准时钟(GPT1、GPT3)8.21通用定时器功能概述

事件管理器的通用定时器与CPU通用定时器相比有何区别？5通用定时器的组成每个通用定时器模块由几个子模块组成，主要包括：可读写的16位递增/减计数器寄存器TxCNT

（QEP/CAP计数）可读写的16位定时器比较寄存器TxCMPR（设定占空比）可读写的16位定时器周期寄存器TxPR

（设定PWM周期）可读写的16位定时器控制寄存器TxCON

可以选择内部或外部时钟TCLKINA/B，可对时钟输入预定标

4个可屏蔽中断（下溢、上溢、比较匹配、周期匹配）当选择增/减计数模式时，可用TDIRA/B引脚控制计数方向一个定时器比较输出引脚TxCMP。6通用定时器输入/输出通用定时器的输入包括：内部高速外设时钟（HSPCLK）外部时钟TCLKINA/B，最高频率不超过CPU时钟的1/4

方向输入TDIRA/B，控制通用定时器递增（1）/递减（0）计数的方向通用定时器的输出包括：通用定时器比较输出TxCMP/TxPWM

为ADC模块提供ADC转换启动信号为比较单元提供下溢、上溢、比较匹配和周期匹配等中断信号

下溢：计数器值＝0x0000上溢：TxCNT＝0xFFFF

比较匹配：TxCNT=TxCMPR

周期匹配：TxCNT=TxPR

计数方向标识位(状态)7通用定时器框图全局控制寄存器GPTCONA/B确定通用定时器实现具体任务时需要采取的比较方式和引脚极性，并给出定时器的计数方向。定时器2/4可以使用定时器1/3的周期寄存器，反过来不可以。TxCON确定每个通用定时器的计数模式、时钟源、分频系数、使能/禁止计数、比较操作。8比较与周期寄存器的双缓冲

比较和周期寄存器采用双缓冲结构，在任何时刻可以对这两个寄存器进行读写操作。进行写操作时，新的值是写到映射缓冲寄存器；对于比较寄存器，只有当TxCON寄存器确定的特定事件（下溢或周期匹配）发生时映射缓冲寄存器的值才加载到比较寄存器；对于周期寄存器，只有当计数寄存器TxCNT＝0时，工作寄存器才能重新加载映射缓冲寄存器中的值。提示：周期寄存器与比较寄存器采用双缓冲结构允许在一个周期的任何时刻更新周期和比较寄存器，从而可以在下一周期改变定时器的周期和PWM的脉冲宽度。9通用定时器的计数操作模式

当定时器被禁止时，定时器停止计数操作，预定标器复位为x/1；当使能定时器时，定时器按照TxCON中设定的四种工作模式之一开始计数：1）停止/保持模式－－TMODE1&0＝00

定时器停止计数并保存当前的状态，定时器的计数器、比较输出和预定标计数器均保持不变。2）连续递增计数模式－－TMODE1&0＝01

连续递增计数模式下，GPTCONA/B中的计数方向标识位为1

输入时钟可以是内部或外部时钟，TDIRA/B不起作用定时器周期的时间为（TxPR+1）个定标后的时钟输入周期该模式下，定时器按照预定标的输入时钟计数，在计数值和周期寄存器匹配后的下一个时钟上升沿，计数器复位为0，并开始下一个计数周期。10连续递增计数模式

在计数器与周期寄存器匹配一个时钟周期后，周期中断标志置位。该周期中断可通过GPTCONA/B相应位来启动ADC。在计数器复位为0后的一个时钟周期，下溢中断标志被置位。同样，该周期中断可通过GPTCONA/B相应位来启动ADC。

提示：连续递增计数模式特别适于边沿触发或非对称PWM波形产生等应用，也适于电机和运动控制系统中采样周期的产生。111）非对称波形的产生当定时器工作于连续递增计数模式时，产生非对称波形有效的输出脉冲宽度＝(TxPR+1)-TxCMPRPWM的占空比可以从0～100％变化对于非对称PWM波形，改变比较寄存器值仅改变PWM脉冲的一侧通用定时器的比较操作(1)(2)(4)(3)(6)(7)TxCMPR=0TxCMPR>TxPRTxCMPR<TxPR(8)(9)TxCMPR≠0(5)2）直到比较匹配前保持不变（TxCNT<TxCMPR）1）以TxPWM高有效为例，计数操作开始前为03）在比较匹配时产生跳变5）如果下一周期TxCMPR≠0，在匹配周期结束时复位清零6）如果下一周期TxCMPR≠0，则重复步骤2－57）如果TxCMPR＝0，则整个计数周期内输出为1（占空比100％）8）如果TxCMPR>TxPR，则整个计数周期内输出为0（占空比为0

）4）跳变后保持不变直到周期结束100％0％12定向递增/递减计数模式3）定向递增/递减计数模式－－TMODE1&0＝10

该模式下，计数方向受TDIRA/B引脚的输入信号控制

a）TDIRA/B=1：从TxCNT＝0递增计数直到TxCNT=TxPR或0xFFFF时，TxCNT＝0，然后重新递增计数到周期寄存器的值；

b)TDIRA/B=0：从TxCNT=TxPR递减计数直到TxCNT＝0，然后重新载入周期寄存器的值，并继续计数。

周期、下溢、上溢中断标志及其操作与连续计数方式相同同样，由GPTCONA/B中的计数方向标识位可知增或减计数当TDIRA/B引脚的电平变化后，需要在结束当前计数脉冲，并延迟一个计数脉冲后才变化，见下图。13定向递增/递减计数模式

通常，通用定时器2/4的定向增/减计数模式与QEP电路结合使用，由QEP电路为定时器提供计数时钟和计数方向。该模式主要用于QEP中对光电编码器的脉冲计数。14连续递增/递减计数模式4）连续递增/递减计数模式－－TMODE1&0＝11

该模式下，计数方向不受TDIRA/B引脚的输入信号控制。首先递增计数直到TxCNT=TxPR或0xFFFF时，开始递减计数直到TxCNT=0，然后重新从递减变为递增计数；除第一个周期外，计数周期都是2×TxPR个时钟定标后的周期；

周期、下溢、上溢中断标志及其操作与连续计数方式相同；同样，由GPTCONA/B中的计数方向标识位可知增或减计数。

提示：连续递增/减计数模式特别适于电机控制与功率电子等应用产生中心对称的PWM波形。15对称波形的产生2）对称波形的产生当定时器工作于连续递增/递减计数模式时，产生对称波形有效的输出脉冲宽度＝2×TxPR-TxCMPRup-TxCMPRdownPWM的占空比可以从0～100％变化

(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)TxCMPR=0TxCMPR>TxPRTxCMPR<TxPRTxCMPR≠02）直到比较匹配时保持不变（TxCMPR<TxPR）1）以TxPWM高有效为例，计数操作开始前为03）在第一次比较匹配时产生跳变5）第二次比较匹配时产生跳变6）周期结束前保持不变7）如果TxCMPR＝0，则整个计数周期内输出为1（占空比100％）8）如果TxCMPR>TxPR，则整个计数周期内输出为0（占空比为0）4）第二次匹配前保持不变(8)16使用通用定时器产生PWM信号

每个通用定时器可以独立提供一个PWM输出通道，因此通用定时器最多可以提供四个通道的PWM输出。

设定PWM信号的步骤：

1）根据所需的PWM（载波）周期设置TxPR;2）配置GPTCONA/B寄存器，设定PWM输出的极性

3）设置TxCON，确定计数模式和时钟源，启动PWM输出；

4）将所需的PWM脉冲宽度（占空比）装载到TxCMPR.

对于连续递增计数方式，将所需PWM周期除以定时器输入时钟的周期，然后减1即得到TxPR；对于对于连续递增/递减计数方式，将所需PWM周期除以2倍的定时器输入时钟周期即得到TxPR

。例如：若HSPCLK=75MHz,定时器时钟不分频,要产生20kHz的PWM波形，则连续递增计数方式下TxPR=75M/20k-1=3749,连续递增/递减计数方式下TxPR=75M/20k/2=1875。17

PWM电路具有如下特点：

每个事件管理器可产生8路PWM信号，其中3对PWM信号由比较单元产生（死区可编程），2路由通用定时器产生；可设置的最小死区、最小脉冲宽度为一个CPU时钟；

PWM的最高分辨率为16位；可快速改变PWM的载波频率和脉宽（双缓冲结构）；功率驱动保护中断PDINTx可以直接屏蔽PWM输出；能够产生可编程的对称、非对称和空间矢量PWM波形；比较寄存器和周期寄存器可自动加载，减少CPU开销。8.3PWM电路188.3.1PWM电路与比较单元EVA模块的PWM电路包括以下功能单元：对称/非对称波形发生器（与通用定时器相似）可编程的死区单元(DBU)

输出逻辑控制空间矢量PWM状态机

提示：这些集成的PWM电路尤其适于电机控制和运动控制等应用领域，从而可以简化硬件电路并减少CPU的开销。

EVA模块的PWM波形产生由以下寄存器设定：T1CON、COMCONA、ACTRA和DBTCONA。19PWM电路框图D12:11[计数模式]00－停止/保持01－连续增/减计数10－连续增计数11－定向增/减计数D120－禁止空间矢量PWM1－使能空间矢量PWM空间矢量PWM的设置：1）方向；2）矢量位00－强制低01－有效低10－有效高11－强制高D11:0D9[完全比较输出使能]0－PWM1-6为高阻状态1－使能PWM各路输出20可编程死区单元

每个事件管理器模块都有一个死区控制单元，死区单元的输入为来自比较单元的信号PHx（x=1,2,3），对于每个输入产生两个输出信号DTPHx和DTPHx_；当死区控制使能时，这两个输出信号的跳变沿被一段称作死区的时间间隔分开，这个时间段由DBTCONx来设定。提示：设置死区的目的在于防止每个比较单元对应的两路PWM信号同时打开被控功率桥的上下臂形成直通状态导致短路。M218.3.2PWM波形的产生

PWM信号是一系列幅值/频率固定、宽度可变的脉冲序列；

PWM（载波）频率f和PWM周期T:f=1/T；每个载波周期PWM信号的脉冲宽度（占空比）根据调制信号的幅值确定。提示：通常调制信号的频率通常远低于载波频率。228.3.3采用事件管理器产生PWM

每个EV模块中，有3对死区和极性可编程的PWM输出引脚PWM1-6或PWM7-12，这6个特定的PWM输出可用于控制三相交流感应电机、永磁同步电机和直流无刷电机等；与通用定时器产生的PWM输出相比，PWM电路除了可以产生对称、非对称PWM波形外，三个比较单元结合使用还可以产生三相对称的空间矢量PWM输出。MPWM3VDCPWM4PWM1PWM2PWM5PWM623比较单元框图死区控制寄存器DBTCONA比较控制寄存器COMCONAT1PR&

T1CON比较方式控制寄存器ACTRACMPRxT1CNT需要配置的寄存器包括（对于EVA）：COMCONA、CMPRx、T1PR、

T1CON、ACTRA、DBTCONA

。程序执行过程不断刷新CMPRx可以改变6路PWM输出的占空比。24非对称PWM波形产生PWM脉冲不是关于PWM周期中心对称，脉冲宽度只能从脉冲的一侧开始变化；同样，定时器设定为连续递增计数模式；所有PWM输出引脚受同一个死区值控制。100％25对称PWM波形产生PWM脉冲关于PWM周期中心对称；同样，定时器设定为连续递增/递减计数模式；当采用正弦波调制时，采用对称PWM波形有助于减小交流电机中相电流的谐波分量。268.4捕获单元捕获单元概述

EVA和EVB各有3个捕获单元用于捕获外部引脚上的电平跳变，分别对应输入引脚CAP1～CAP3和CAP4～CAP6，每个捕获单元有一个可屏蔽的中断标志位和一个两级深的FIFO推栈；

EVA可以选择定时器1/2（EVB选择定时器3/4）作为时间基准；用户可设定的跳变检测（上升沿、下降沿、上升和下降沿）。

捕获单元的操作：

1）捕获单元能够捕获外部引脚的跳变(上升沿/下降沿)，当检测到特定的跳变时，定时器的值将被捕获并存入到一个两级深的FIFO推栈中，捕获FIFO状态寄存器CAPFIFOA/B相应的位就进行调整，以反映FIFO堆栈的状态；

2）如果有一个或多个有效的捕获值存到FIFO中，将会使相应的中断标志位置位；如果中断未被屏蔽，将产生一个外设中断申请。CAP1FIFO0x7423CAP1FBOT0x742727捕获单元的应用BLDC电机的换向1）检测转子磁极的位置，设为IO模式，直接读取引脚电平；2）可采用中断或查询方式。

BLDC电机的速度检测通过检测霍尔信号的脉冲宽度，结合电机极对数n来计算转速。60120180240300NHallSensor1HallSensor2HallSensor3Capture1Capture2Capture3∆θ=360°/(6×n)∆t=t2-t1=Kp×Tclk×∆ω=∆θ/∆tn=128

每个事件管理器模块都有一个正交脉冲编码（QEP）电路；

QEP输入引脚与捕获单元共用，如果QEP电路被使能，可以对CAP1/QEP1和CAP2/QEP2（对于EVA）引脚上的正交脉冲进行编码和计数，此时捕获功能被禁止；8.5正交脉冲编码电路QEP电路的输入脉冲经过4倍频和辨向作为定时器的2/4的时钟源和方向控制信号，此时定时器必须工作在定向增/减计数模式，预定标参数恒为1，且定时器的外部输入引脚（TDIRA/B、TCLKINA/B）不起作用。

slotsspacedqdeg.apartphotosensorsspacedq/4deg.apartlightsource(LED)shaftrotationCh.ACh.Bqq/429QEP编码脉冲和处理

正交编码脉冲是两个频率可变，相位相差90°的脉冲序列；如果QEP1的脉冲输入超前QEP2，则定时器进行递增计数；反之，则进行递减计数；

QEP电路对输入脉冲的上升沿和下降沿均进行计数，因此QEP电路对输入脉冲进行四倍频。减计数加计数30BLDC电机控制系统原理框图CHBCHAHACHABHAAPHCPHBPHA差分三相PWM功率放大换向逻辑电流传感器位移速度加速度设定直流无刷电机位置环控制器速度环控制器电流环控制器上位机DSP系统QEPSCICANADCPWMCAPθω318.6事件管理器中断

每个事件管理器的中断模块均分为三组，每组都有相应的中断标志寄存器和中断使能寄存器，见下表；当EV模块中有中断产生时，中断标志寄存器中的中断标志置位为1，如果该中断未被屏蔽（EVAIMRx中相应位被置1），PIE将产生一个外设中断；

外设中断寄存器中的中断标志必须在ISR中通过软件清除，否则将导致随后产生相同中断时无法发出中断请求。32事件管理器A的中断33事件管理器功能概述：1）两个定时器：为PWM、CAP、QEP电路提供事件基准；

2）PWM电路：提供八路（六路死区可编程）PWM信号；3）捕获单元：实现BLDC电机的电子换向和速度测量；4）QEP电路：实现和正交脉冲编码器的接口。第八讲内容总结光电编码器霍尔传感器功率放大器电流传感器34思考题1、PWM功率放大器与线性功率放大器相比有何优点？2、事件管理器中的通用定时器与CPU通用定时器相比有何特点？3、对于直流无刷电机，分别简述采用正交脉冲编码器和通过检测磁极位置的霍尔传感器测量电机转速的方法。35今后的课程安排1、课堂教学本次课后结束，实验预计到第11或12周结束；2、课程设计报告的考查初步定于第14周周五（5月30日）上午8:00-11:30，地点在4101房间，将提前一周在网络学堂上通知报告排序；3、欢迎同学们对课堂教学和实验内容提出宝贵建议。36事件管理器功能框图重点内容37通用定时器框图全局控制寄存器GPTCONA/B确定通用定时器实现具体任务时需要采取的操作方式，并确定定时器的计数方向。定时器2/4可以使用定时器1/3的周期寄存器，反过来不可以。38通用定时器控制寄存器T2STAT/T1STAT－－定时器的状态：0－递减计数，1－递增计数T2CTRIPE/T1CTRIPE－－TxCTRIP使能（当EXTCON[0]＝1时有效）

0－屏蔽TxCTRIP，1－使能TxCTRIPT2TOADC/T1TOADC－－Tx启动ADC：00－无事件启动，01－下溢中断启动，

10－周期中断启动，11－比较中断启动ADCT2CMPOE/T1CMPOE－－比较输出使能（当EXTCON[0]＝1时有效）

:0－比较输出高阻，1－由定时器触发驱动T2PIN/T1PIN－－定时器比较输出极性选择：

00－强制低，01－低有效，10－高有效，11－强制高39定时器控制寄存器TxCONFree，Soft－－仿真控制位，缺省值为00TMODE1-0－－计数模式:00-保持,01-连续增/减,10-连续增计数,11-定向增/减计数TPS2-TPS0－－输入时钟预定标参数：HSPCLK/2^(TPS2－TPS0)，[0－128]T2SWT1/T4WST3－－T2/T4的使能选择:0－自己的使能位，1－使用T1/T3的使能位TENABLE－－定时器使能位：0－停止定时器工作，1－使能定时器工作TCLKS1-0－－时钟源选择：00－内部(HSPCLK)，01－外部(TCLKIN)，11－QEP电路TCLD1-0－－比较寄存器装载条件：00－计数值为0，01－等于0或TxPR，10－立即TECMPR－－定时器比较使能：0－禁止定时器比较操作，1－使能定时器比较操作SELT1PR/SELT3PR－－周期寄存器选择：0－使用自己的PR，1－使用T1PR或T3PR40定时器比较寄存器T1CMPR：保存定时器的计数比较值比较寄存器中的值用于不断地与定时器的计数值比较。当比较匹配时（TxCNT=TxCMPR），将产生下列事件：根据GPTCONA/B中设置的模式，比较输出引脚将产生跳变相应的中断标志置位，同时可设置GPTCON启动A/D转换器如果中断未被屏蔽，则产生一个外设中断申请通过设置TxCON[1]中的使能位，可以使能或禁止比较操作41定时器周期计数器TxPR－－定时器x计数的周期值

通用定时器的周期寄存器内存放的值决定了定时器的周期。当周期寄存器的值与计数器值相等时，根据定时器的工作模式，计数器或复位为0，或递减计数。42死区定时器控制寄存器DBT3~0－－死区定时器周期(m=0~15)，减计数EDBT3~1－－死区定时器使能，分别对应PWM5&6、PWM3&4、PWM2&10－屏蔽，1－使能DBTPS2~0－－死区定时器预定标控制位(101-111相同)：x/2^p=x/(1~32)死区时间=1/HSPCLK×m×2^p

其中HSPCLK=SYSCLKOUT/(1~14)取HSPCLK＝37.5MHz，则死区时间＝[0，12.8µs]437.3.4空间矢量PWM

空间矢量PWM是实现三相功率逆变器的6个功率管控制的一种方法，其优点在于能够保证三相交流电机的绕组中产生较小的电路谐波；与正弦波调制相比，能够提高电源的利用率；广泛应用于控制三相感应电机、永磁同步电机等实现全数字的交流伺服/驱动系统。建议：结合第11章内容自学。447.4捕获单元7.4.1捕获单元概述

EVA和EVB各有3个捕获单元用于捕获外部引脚上的电平跳变，分别对应输入引脚CAP1～CAP3和CAP4～CAP6，每个捕获单元有一个可屏蔽的中断标志位和一个两级深的FIFO推栈

EVA可以选择定时器1/2（EVB选择定时器3/4）作为时间基准复位时所有捕获单元的寄存器被清零

捕获单元操作：

1）捕获单元能够捕获外部引脚的跳变(上升沿/下降沿)，当检测到特定的跳变时，定时器的值将被捕获并存入到一个两级深的FIFO推栈中，捕获FIFO状态寄存器CAPFIFOA/B相应的位就进行调整，以反映FIFO堆栈的状态；

2）如果有一个或多个有效的捕获值存到FIFO中，将会使相应的中断标志位置位；如果中断未被屏蔽，将产生一个外设中断申请。45捕获单元框图0－选择定时器21－选择定时器100－禁止CAP1&201－使能CAP1&20－禁止CAP31－使能CAP3D12D14:13D10－CAP3D9－CAP1&200－不检测01－检测上升沿10－检测下降沿11－检测两个边沿0－寄存器清零1－无操作D8D7:6－CAP1D5:4－CAP2D3:2－CAP3CaptureControlRegister－CAPCONAD150－无操作1－CAP3中断置位时启动ADCT2CNTT1CNT46捕获单元FIFO

捕获单元的两级FIFO堆栈：顶部堆栈CAPxFIFO与底部堆栈CAPxFBOT

顶部堆栈寄存器为只读，存