【轮式平衡机器人】——TMS320F28069片内外设之eCAP

引入

TMS320F28069的eCAP（增强型捕获模块）是一个强大的外设，用于精确测量和捕获输入信号的事件和时间戳。

在电机控制、传感器数据采集和信号处理等应用中，eCAP模块可以用于测量霍尔传感器、编码器或其他数字输入信号的周期、频率和相位等信息。通过捕获这些信号的事件和时间戳，用户可以精确地控制电机转速、位置和方向，或者实现精确的数据采集和分析。

一、eCAP模块基本介绍

1、特点与功能

以下是eCAP的主要特点和功能：

1. 多通道捕获：TMS320F28069微控制器通常包含多个eCAP模块，每个模块可以独立配置和操作。这使得用户能够同时捕获和测量多个输入信号的事件。
2. 事件检测：eCAP模块可以配置为检测输入信号的上升沿、下降沿或两者都检测。当检测到这些事件时，eCAP会生成一个中断请求，通知CPU进行处理。
3. 时间戳捕获：当检测到事件时，eCAP模块会捕获当前的计时器值，并将其存储在时间戳寄存器中。这些时间戳可以用于计算事件之间的时间间隔，从而确定输入信号的频率、周期或其他相关参数。
4. 灵活性：eCAP模块具有高度的灵活性，可以通过编程配置来适应不同的输入信号和测量需求。用户可以设置捕获模式、极性、预分频器等参数，以满足特定的应用要求。
5. 中断支持：eCAP模块支持中断功能，当检测到事件或满足其他条件时，可以触发中断请求。这使得用户能够在CPU执行其他任务时，及时响应和处理eCAP模块捕获的事件。

2、包含资源

TMS320F28069有4路eCAP模块，包括以下资源：

• 可分配的输入引脚
• 32b时间基准（计数器）
• 4个32b时间窗捕获控制寄存器
• 独立的边缘极性选择
• 输入信号分频（2~64）
• 4个捕获事件均可引起中断

3、可设置模式

可设置的模式有捕捉模式或APWM模式：

1. 捕捉模式：

   • 边沿捕捉：eCAP可以配置为在输入信号的上升沿或下降沿时捕获时间戳。这种模式下，每当输入信号发生边沿变化时，eCAP都会记录当前的定时器或时钟周期值。
   • 窗口捕捉：在此模式下，eCAP会在两个预设的时间窗口内检测输入信号的边沿。如果在这个窗口内检测到边沿，eCAP会捕获时间戳。这种模式常用于检测输入信号的抖动或稳定性。
   • 周期测量：eCAP可以配置为测量输入信号的周期。它会连续捕获两个相邻的边沿，并计算它们之间的时间差，从而得到信号的周期。

2. APWM模式：

   • APWM（Advanced PWM）模式允许eCAP模块作为PWM发生器的输入，用于生成复杂的PWM波形。在此模式下，eCAP会根据捕获到的输入信号边沿来生成PWM波形。
   • 例如，当eCAP在输入信号的上升沿时开始生成PWM波形，并在下降沿时结束，这样可以根据输入信号的周期或占空比来调整PWM波形的参数。
   • APWM模式在需要与外部事件同步的PWM控制应用中非常有用，如电机控制、传感器驱动等。

一般来说前者较为常用，在捕捉模式下可将eCAP分为事件分频、边沿极性选择与验证、中断控制几大部分（具体可查相关资料）。基本工作流程：

配置好eCAP模块的引脚后，外部事件由引脚输入，首先通过模块的分频部分，分频为2~64（也可选择跳过分频部分）该环节主要针对输入事件信号频率很高的情况。经分频后的信号被送至边沿及序列审核部分，边沿审核即设置为上升沿或下降沿有效，序列审核则是指分配当前对哪个寄存器（CAP1~CAP4）作用。最后就是中断执行控制部分。

二、Simulink中使用eCAP

在上期的ePWM中介绍了如何配置ePWM模块使其输出PWM波，本期通过eCAP模块来测量PWM波的占空比是否正确。

缺乏硬件，根据专业书籍该实验需将ECAP1引脚用杜邦线先后与EPWM1A引脚和EPWM1B连接起来！

1、基本模型设置

Solver设置定步长为0.5s，时钟90MHz，LSPCLK低速时钟外设4分频：

eCAP的ECAP1 pin assignment引脚选择GPIO5：

2、变量初始化

用Data Store Memory模块初始化10个全局变量，用来实现对一方波信号的频率，周期、占空比测量。t1（t2、t3）是第一（二、三）个捕捉事件发生时计数器的值；T1（T2）表示t2-t1（t3-t1），即测试方波的高电平（整个周期）时间对应的计数值；CLK是系统时钟值，Duty是实际方波的占空比，Frequence是方波频率，Period则是周期，Flag表示检测完成时的标志位。

3、ePWM模块配置（产生PWM）

生成两路频率为10kHz，一个是占空比为50%的PWM，另一个是占空比为60%的PWM：

4、设置eCAP模块

使用eCAP1模式，配置为连续控制。第一次事件的触发极性为上升沿，第二次为下降沿，第三次也为上升沿，计数时间的数据类型为无符号的32位整型。中断配置如下图，在第三次事件之后触发中断，停止计数并重置。在eCAP输出接上Simulink的demux模块，并将输出的值赋予t1、t2、t3（Data StoreWrite模块）

5、计算T1、T2并对Flag置位

根据t1、t2、t3计算T1、T2并对Flag置位​​​​​​​，表示一次检测结束。（Flag标志位，作为while子系统的触发信号）

6、配置硬件中断模块

​​​​​​​根据eCAP1的中断向量号，它属于CPU中断第四组的第一个PIE中断。

⑦标志位触发，在While（1）中触发计算模块，对输入方波的频率、周期、占空比（PWM参数）进行计算，如下图对它们的计算，其中CLK=1/90000000。

上图其实是放在Triggered Subsystem（while）里的 Subsystem的

三、仿真整体图

下图为eCAP的Simlink模型整体图：

封装后这个样子：

将模型编译后下载到主控板，然后再CCS中打开工程文件进行操作，具体可查阅相关CCS的操作方法，这里不做演示。

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