探讨一下高速脉冲输出设计

只看该作者 · 2009-2-19 18:07

项目要驱动步进电机，步进电机驱动芯片是脉冲输入的，实际项目最高的脉冲频率<20KHz,脉冲数要用32位长度。

计划用两定时器：

一个定时器根据频率计算出周期，然后设置预分频系数和计数值，由硬件引脚输出一个PWM(占空比50%)。

另一个定时器设置为ETP或外部TIx为计数时钟。32位脉冲长度，低16为作为一个捕获通道捕获值，计数器值为0xFFFF，发生捕获时，对一个变量从0开始累加，累计值和32位脉冲长度高16位相同时，停止发送脉冲。

PWM 输出引脚和和第二个定时器的ETR引脚硬件直接连接。

这个方案可行吗？

另外外部时钟模式1：外部输入脚(TIx) 外部触发输入(ETR) 有何区别？是不是可以用内部触发输入(ITRx) 而不需要外部硬件触发引脚？

这个方案在输出频率高时脉冲精度好，而输出频率低，周期长时，由与预分频系数较大，精度反而变差了，如何解决？

1万 · 2009-2-19 21:52

你希望输出一串脉冲，这串脉冲是占空比为50%的PWM波形，脉冲的频率最高为20kHz，你希望能够控制这串脉冲的数目，这个数目需要使用32位的变量控制。

如果我的上述理解正确，则有几个问题：
1）发出一串脉冲后，脉冲数目还未达到要求数目时，是否需要改变脉冲频率？
2）脉冲频率的低限是多少？
3）不同频率下要求的精度是多少？请以百分比表示。
4）从你的描述中看，好像不要求脉冲数目控制得很准，好像只要32位计数器的高16位相符时即可，是这样吗？

上述问题2和3是想试图计算可能的精度，回答你的最后一个问题：
这个方案在输出频率高时脉冲精度好，而输出频率低，周期长时，由与预分频系数较大，精度反而变差了，如何解决？

关于你的另一个问题：外部时钟模式1：外部输入脚(TIx) 外部触发输入(ETR) 有何区别？是不是可以用内部触发输入(ITRx) 而不需要外部硬件触发引脚？

TIx与ETR的区别是：1）使用的管脚不同；2）TIx是经滤波后没有预分频，而ETR是有滤波也有预分频。

可以使用内部触发输入而不需要外部硬件触发引脚，即使用产生PWM脉冲的定时器的更新事件，通过触发控制器向另一个定时器产生一个ITRx信号。

如果我上述问题1的答案是否定的，而问题4答案是肯定的，也许产生PWM脉冲的定时器可以使用门控从模式，在事先算好需要定时的时间后，通过另一个定时器控制它的启停。

只看该作者 · 2009-2-19 23:28

今天下午一直在看参考手册关于定时的使用部分，感觉熟悉了很多。

香版对我的意图的理解是对的。

我时希望输出一串脉冲，这串脉冲是占空比为50%的PWM波形，脉冲的频率范围为20hz-20kHz，你希望能够控制这串脉冲的数目，这个数目需要使用32位的变量控制。

1）发出一串脉冲后，脉冲数目还未达到要求数目时，是否需要改变脉冲频率？否

2）脉冲频率的低限是多少？ 20hz-50hz都可以

3）不同频率下要求的精度是多少？本质上频率是要求精确的，但是因为单片机计时节拍是时钟的若干倍分频，不可能准确生成全部频率的半周期，特别是频率较高的。所以只能尽可能提高精度。

4）从你的描述中看，好像不要求脉冲数目控制得很准，好像只要32位计数器的高16位相符时即可，是这样吗？

我对脉冲数目控制要求要很准的，因为步进电机，脉冲数是和旋转角度，传送长度对应的。我的传送长度要求时准确的。

时钟模式和触发问题，你的答复明白，我清楚了。

这个项目时原来项目的一个更新，原来的方案使用一个VBT6,用定时器捕获中断，软件产生六路频率，同时软件计脉冲数，当频率高到10Khz时，中断占用cpu资源太多，开始影响通讯中断。

现在的项目用一个c6t6，只产生一个20hz-20Khz高速脉冲，应该容易多了。

现在通过看参考手册，熟悉定时器功能，感觉用32位变量准确测脉冲数不是问题，很容易实现。

关键是尽量准确的宽范围的频率生成。

生成频率和测频率有相通之处。测频率在比较大的范围时，低频侧周期，高频测脉冲。

生成频率也一样，当频率在比较大的范围时，我计划生成频率较高时用硬件PWM输出，低CPU占用；当生成频率较低时，用定时器1分频设置0xFFFF自动装载值，开一个输出捕获，精确控制产生较长的半周期时间，然后软件翻转引脚。

生成频率对应半周期<65536/36 us 的，用硬件PWM，其余的用软件PWM。应该可以最大程度优化生成频率的精度吧。

1万 · 2009-2-20 10:40

楼主说：“输出频率低，周期长时，由于预分频系数较大，精度反而变差了”，我不知道你要求的精度是多少，所以才会有我在2楼的问题3，希望得到一个百分比的概念，但你没有给出这个精度级别。

下面通过计算，我们评估一下到底STM32定时器的PWM模式可以达到多高的精度。

假定你要求的最低频率为20Hz，因为STM32定时器的计数器是16位的，为了得到更高的精度，需要尽可能地提高计数器的输入频率。经过计算，为达到20Hz的定时，最高的计数频率应小于1310720Hz = 20Hz x 65536。

假定定时器的输入频率为72MHz，则预分频系数 = 72MHz / 1310720 = 54.932，取整后预分频系数=55。

按输入频率=72MHz，预分频系数=55，获得0.05秒的时间将需要计数65454或65455次(72000000/55/20)。

使用定时器的PWM模式时，需要设置ARR=65454、CCRx=32727，这样产生波形为：
半周期 = (1/72MHz) x 55 x 32727 = 0.02499979秒

误差为 0.025 - 0.02499979 = 0.00000021，即0.00084%。

请问这个精度满足你的要求吗？

只看该作者 · 2009-2-20 11:26

1万 · 2009-2-20 13:01

只看该作者 · 2009-2-20 16:10

1万 · 2009-2-20 16:43

实际上不需要真正地用计数器去计数脉冲的数目，只需要通过定时在需要的时候关闭产生PWM脉冲的定时器即可。

如果需要控制输出20Hz的脉冲12000次的话，则需要在产生第一个PWM脉冲之后600秒(0.05 x 12000)的时候停止定时器的输出。频率低时间长。

如果需要控制输出10kHz的脉冲12000次的话，则需要在产生第一个PWM脉冲之后1.2秒的时候停止定时器的输出。频率高时间短。

简单的做法就是用另一个定时器，结合软件计数，在时间到的瞬间关闭产生PWM脉冲的定时器。

更简单的做法是，让产生PWM脉冲的定时器在每输出一个脉冲时，产生一个中断，然后用软件对中断次数计数即可。这个方法适合于PWM频率较低的情况，而前一个方法适合于PWM频率较高的情况。

不管怎样，在收到最后一个中断需要关闭PWM输出时，软件必须在25us内关闭PWM输出，这个时间对STM32来说是非常宽裕的。

只看该作者 · 2009-2-24 16:10

不需要加减速应该比较简单，我现在用了三个定时器，一个用来产生脉冲，一个计数器用来调节脉冲频率，还有一个计数器用来计总脉冲数。

只看该作者 · 2009-2-24 19:57

20Khz半周期25us,如果时72M频率运行，20khz以下频率时，用一个定时器发脉冲，中断里软件计数，调速，应该时可以的。

只看该作者 · 2009-2-24 23:21

我想实现脉冲频率的加减速度控制
即,给出脉冲数,最高频率,最低频率,加减速时间.
有没有好的思路?

(ps:发出一串脉冲后，脉冲数目还未达到要求数目时，是否需要改变脉冲频率？需要)

只看该作者 · 2009-2-25 00:31

所以每发一个脉冲就要计算更新脉冲的频率，就是半周期。

1万 · 2009-2-25 08:45

事先计算好要设置的定时器参数并存在DMA数据区，在需要时启动DMA在每个周期更新定时器的参数。

只看该作者 · 2009-2-25 11:00

如果加减速曲线固定的话，用DMA比较管用，不同的时候加减速曲线不一样，不知道怎么实现，版主能不能给个例子？/

1万 · 2009-2-25 11:28

即使加减速曲线不固定，也需要在开动电机时确定下曲线的形状，这是只需要把需要的参数通过程序计算出来，并把计算结果存放到DMA缓冲区即可。

退一步说，如果不用DMA实现，你还是要程序计算出应有的参数，通过其它方法改变定时器寄存器，而使用DMA不过是方便了程序的操作。

可见使用DMA同样可以适合加减速曲线不固定的情况。

只看该作者 · 2012-8-22 13:55

15# 香水城
楼上不可,如果加速过程很长呢

只看该作者 · 2014-4-17 09:06

mark

只看该作者 · 2014-5-21 19:58

此贴乃传说中的神贴

探讨一下高速脉冲输出设计

理解一下你的意图

谢谢香版主热心，细致的答复！

关于产生低频PWM波形的精度评估

这个精度是可以的，没有问题。谢谢

够精确的...

用一个计数器就应该能解决的吧

是的，用一个定时器可以控制产生脉冲的数目

LZ的步进电机不需要加减速吗？

我的不需要连续变速。

我也关注

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DMA不是很好用

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