引 言

本指南旨在幫助開發(fā)者快速掌握如何使用 PWMV2 外設(shè)進行編程和應(yīng)用開發(fā)。本文內(nèi)容注重簡潔明了，旨在讓讀者輕松理解關(guān)鍵概念和基本操作。對于更高級的功能和詳細配置，請參閱后續(xù)的系列文檔以獲取深入指導(dǎo)。

PWMV2系列文章主要從以下幾個方向介紹先楫PWM外設(shè)的應(yīng)用方法:

主要功能

波形輸出

中心對稱PWM

邊沿對齊PWM

• 左側(cè)邊沿
• 右側(cè)邊沿

• Burst輸出

• 指定輸出多少個PWM脈沖后，pwm停止輸出，最大支持65535個脈沖

• 互補PWM輸出

• 帶死區(qū)控制

• 故障保護功能

• 同步保護
• 異步保護

• 強制輸出功能
• 輸入捕獲功能
• 支持觸發(fā)adc采樣
• 支觸發(fā)sigma-delta adc采樣
• 支持觸發(fā)編碼器采樣
• 支持PWM同步功能
• 支持PWM移相功能
• PWM中斷和DMA功能

特色功能

通用計算單元

根據(jù)dac的輸入值或者當(dāng)前計數(shù)器值，計數(shù)器重載值以及預(yù)設(shè)的參數(shù)計算出一個結(jié)果，用于更新比較器的值

使用硬件計算相關(guān)參數(shù)，運算速度快

支持PWM占空比硬件限幅

支持PWM頻率硬件限幅

• 支持關(guān)鍵寄存器加鎖
• 支持調(diào)試模式

使用調(diào)試器進行調(diào)試時可以設(shè)置PWM輸出為配置的電平狀態(tài)

高精度PWM

進階篇

在準(zhǔn)備PWM（脈寬調(diào)制）系列的高級功能配置文檔時，我們重點關(guān)注以下幾個關(guān)鍵特性：

1. PWM信號同步

同步PWM信號確保了多個PWM通道之間或與外部時鐘和事件的時間一致性。對于多相系統(tǒng)中的精確相位對齊至關(guān)重要。

2. PWM信號移相

移相技術(shù)允許調(diào)整PWM信號相對于參考點或其他PWM信號的相位角。這對于三相電機控制和其他需要精密相位調(diào)節(jié)的應(yīng)用尤為重要。通過硬件或軟件實現(xiàn)的移相可以提供靈活且精確的控制。

3. 固定占空比下的頻率調(diào)整

有時應(yīng)用需求保持固定的占空比，同時調(diào)整PWM信號的頻率。這種配置要求PWM生成器能夠精準(zhǔn)地維持設(shè)定的占空比，即使頻率發(fā)生變化。

4. 事件驅(qū)動與中斷管理

高效的事件檢測和中斷觸發(fā)機制使得PWM控制器能夠在特定事件發(fā)生時即時響應(yīng)，如周期結(jié)束或比較匹配。良好的事件和中斷管理是實現(xiàn)實時操作的關(guān)鍵，提升了系統(tǒng)的響應(yīng)速度和整體效率。

5. 斬波功能

PWM斬波將連續(xù)的PWM信號分割成一系列短脈沖，以降低音頻噪聲或優(yōu)化電源效率。通過調(diào)整PWM信號的開啟和關(guān)閉時間來實施斬波，為某些應(yīng)用場景提供了額外的優(yōu)勢。

6. 故障保護和強制輸出功能

PWMv2模塊提供了全面的故障保護機制，能夠在檢測到異常情況時迅速采取措施，防止?jié)撛诘挠布p壞或危險發(fā)生。主要特性包括同步和異步故障輸入，故障響應(yīng)模式，故障恢復(fù)機制。

強制輸出功能允許用戶在必要時直接控制PWM輸出的狀態(tài)，而不依賴于正常的PWM波形生成邏輯。可提供硬件強制輸出和軟件強制輸出。

時鐘配置

先楫PWM的時鐘和電機系統(tǒng)共用一個時鐘源，因此不需要單獨進行PWM系統(tǒng)的時鐘分頻設(shè)置，簡化用戶的設(shè)計。使用如下接口可以獲取PWM的頻率

freq = clock_get_frequency(clock_mot0);

引腳配置

使用PWM輸出，需要配置引腳的功能為PWM，代碼如下所示,設(shè)置PE08引腳功能為PWM1的P0引腳：

HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PE08].FUNC_CTL = IOC_PE08_FUNC_CTL_PWM1_P_0;

影子寄存器

影子寄存器包含一組與工作寄存器相對應(yīng)的寄存器，這些寄存器可以被直接讀寫，但其內(nèi)容不會立即生效。只有當(dāng)滿足特定條件時，影子寄存器中的值才會被復(fù)制到相應(yīng)的工作寄存器中，從而對PWM輸出產(chǎn)生影響。

在修改影子寄存器之前，需要先解鎖它們。這通常通過向UNLOCK寄存器寫入一個特定的密鑰來完成。

修改完成后，可以通過設(shè)置鎖定位來重新鎖定影子寄存器，防止意外更改。

每個PWMV2外設(shè)含有28個獨立的影子寄存器，可關(guān)聯(lián)到PWMV2的4個通道的任意通道中，在特定的時機將影子寄存器的值更新到工作寄存器中。

影子寄存器可用于配置reload補償值、compare、通用計算單元補償值以及私有計算單元門限補償值。

影子寄存器在一定程度上保證了多數(shù)據(jù)更新的一致性。更新影子寄存器如下

pwmv2_enable_shadow_lock_feature(PWM);pwmv2_shadow_register_unlock(PWM);// set shadow registerspwmv2_shadow_register_lock(PWM);

在更新時機選擇為軟件方式更新的情況下，影子寄存器中的值可以通過軟件觸發(fā)更新到工作寄存器中

pwmv2_issue_shadow_register_lock_event(PWM);

生效時機

輸出極性取反配置更新

軟件更新

reload值重載更新

fault的恢復(fù)時機

立即恢復(fù)（在PWMV2時鐘的下一個周期）

reload值重載恢復(fù)

FAULT_REC_SEL選擇的觸發(fā)信號恢復(fù)

軟件寫入FAULT_CLEAR寄存器恢復(fù)

force mode更新至工作寄存器時機

軟件更新

指定compare值更新

reload值重載更新

FORCE_TRIG_SEL選中的輸入信號更新

force mode工作時機

立刻生效

reload值重載時生效

FORCE_ACT_SEL選擇的觸發(fā)信號到來生效

關(guān)閉force mode

通道reload值更新時機

軟件更新

指定的compare值更新

reload值重載時更新

RLD_TRIG_SEL的輸入信號到來更新

比較點compare值更新時機

軟件更新

立即更新（在pwmv2時鐘的下一個周期）

關(guān)聯(lián)計數(shù)器reload值重載更新

CMP_TRIG_SEL選擇的觸發(fā)源信號到來更新

RLD_CMP_SEL0選擇的比較值與計數(shù)值匹配時更新

RLD_CMP_SEL1選擇的比較值與計數(shù)值匹配時更新

計數(shù)器數(shù)值更新時機

當(dāng)選定的觸發(fā)源信號到來時，將通用計算單元的值更新到計數(shù)器值

PWMV2外部輸入與對外輸出

外部輸入

QEO輸出的數(shù)據(jù)，用來硬件生成SPWM或者SVPWM波形

來自普通IO的輸入捕獲信號

PWM[x]_TRIG_IN[x]輸入進來的硬件信號。PWMV2可以通過truggermux將支持的外部信號引入PWMV2模塊中，用作觸發(fā)輸入

對外輸出

PWMV2支持匹配compare值向外部輸出電平，在匹配compare值后，拉高電平，在關(guān)聯(lián)的通道計數(shù)器到達reload值后，清除信號需要通過triggermux的PWM[x]TRGO[x]向外進行輸出。

PWM生成

PWMV2計數(shù)器是PWM模塊的核心組件之一，它決定了PWM信號的時間基準(zhǔn)和波形特性。

計數(shù)器的基本概念

• 計數(shù)模式：HPM6E00的PWMv2僅提供上升計數(shù)模式，即計數(shù)器從0開始遞增直到達到預(yù)設(shè)的最大值（重載值），然后重新從0開始。
• 周期：計數(shù)器的周期由重載值決定

計數(shù)器的主要功能

時間基準(zhǔn)：為PWM信號生成提供時間參考，決定了PWM信號的周期和占空比。

事件觸發(fā)：當(dāng)計數(shù)值匹配某個比較值時，可以觸發(fā)中斷或其他事件，如改變PWM輸出狀態(tài)或啟動其他外設(shè)操作。

重載機制：當(dāng)計數(shù)器到達最大值時會發(fā)生重載事件，此時計數(shù)器會恢復(fù)到0，并可以根據(jù)需要更新某些寄存器的內(nèi)容。

PWMV2 支持 4 個 PWM 生成子模塊，每個子模塊包含一個 32 位計數(shù)器和 4 個 32 位比較值，并支持輸出 2路獨立或者 1 對互補的 PWM 輸出，計數(shù)器的值和比較值的關(guān)系，決定了 初始 PWM 的輸出波形。

盡管某些MCU的計數(shù)器支持上升、下降及雙向計數(shù)模式，HPM系列MCU中的PWMv2模塊只提供上升計數(shù)功能。這種設(shè)計選擇不僅簡化了PWM信號的生成過程，而且在性能和功能性方面絲毫不遜色于其他復(fù)雜計數(shù)模式的MCU，甚至在某些方面展現(xiàn)出更強的優(yōu)勢。下文會通過中心對齊PWM的配置，說明上升計數(shù)在性能上沒有任何問題。

為了幫助開發(fā)者快速上手，以下將重點介紹一些關(guān)鍵配置項，使PWM外設(shè)能夠迅速投入工作。對于更復(fù)雜的定制化需求，參考進階篇獲取詳細指導(dǎo)。

• 每一個PWM外設(shè)有四個計數(shù)器，每個計數(shù)器有cmp0-cmp3四個比較器。一般情況下，cmp0和cmp1，cmp2和cmp3成對使用輸出CHN0-1兩路PWM。

• 因為CHN0-1兩路PWM共用一個計數(shù)器，所以這兩路PWM頻率一致
• 互補PWM輸出時候，CHN0-1成對使用，cmp0-cmp1有效，cmp2-cmp3無效
• cmp0的值為a，cmp1的值為b，計數(shù)器的重載值為T，a和b的值可以在0-2T之間配置，組成各種不同的波形。一般情況下a和b的值在0-T之間配置，且a的值小于b即可滿足基本需求。此時當(dāng)計數(shù)器的值在a和b之間時（包含a和b）輸出高電平，其他情況輸出低電平。
• 四點模式下，CHN0的電平變化由a、b、c、d組點位決定，按照兩點模式下大小關(guān)系生成對應(yīng)的波形，再根據(jù)預(yù)設(shè)的PWM_LOGIC寄存器所設(shè)置的模式將兩組波形進行邏輯組合后輸出。CHN1此時可使用互補模式進行輸出。

• 為了保證比較寄存器和計數(shù)器更新的一致性，使用影子寄存器更新實際工作用的寄存器。當(dāng)選擇的影子寄存器更新時刻匹配時，影子寄存器的值會被更新到實際工作用的寄存器

代碼配置

一般情況下，遵守如下流程就可以正確配置PWM輸出波形

1. 調(diào)用deinit函數(shù)復(fù)位PWMV2外設(shè)
2. 解鎖PWM影子寄存器
3. 配置影子寄存器的值
4. 計數(shù)器選擇需要使用的影子寄存器（也可以選擇值來自于計算單元）。此時選擇的影子寄存器中的值就是計數(shù)器的重載值。
5. 設(shè)置計數(shù)器重載值生效的時刻如下代碼設(shè)置生效時刻為reload點，這也是常用的影子寄存器生效時刻配置。
   

pwmv2_set_reload_update_time(PWM, pwm_counter_0, pwm_reload_update_on_reload);
6.選擇比較單元使用的影子寄存器（也可以選擇值來自計算單元）7. 開啟PWM輸出pwmv2_channel_enable_output(PWM, BOARD_APP_PWM_OUT1);
8. 開啟定時器pwmv2_enable_counter(PWM, pwm_counter_0);
9. 通過影子寄存器更新占空比或者頻率pwmv2_shadow_register_unlock(PWM);pwmv2_set_shadow_val(PWM, PWMV2_SHADOW_INDEX(1), reload - duty, 0, false);pwmv2_issue_shadow_register_lock_event(PWM)

中心對齊PWM

中心對齊的PWM（脈寬調(diào)制）波形因其對稱性而被廣泛應(yīng)用于電機控制、音頻信號處理等領(lǐng)域。與邊緣對齊PWM不同，中心對齊PWM在一個周期內(nèi)的高電平和低電平時間是關(guān)于周期中點對稱分布的。

影子寄存器方法

為了生成中心對齊的PWM波形，可以通過配置PWM模塊中的兩個比較單元來實現(xiàn)。具體來說，需要設(shè)置兩個影子寄存器，分別對應(yīng)于PWM波形的上升沿和下降沿位置。通過將這兩個寄存器值設(shè)為以下表達式，可以確保PWM波形的中心對齊：

上升沿位置（即PWM波形開始變?yōu)楦唠娖降奈恢茫?/p>

CMP0=Reload?Duty2CMP0=2Reload?Duty

下降沿位置（即PWM波形恢復(fù)為低電平的位置）：

CMP1=Reload+Duty2CMP1=2Reload+Duty

其中：

Reload是PWM周期結(jié)束時重新加載的計數(shù)值，決定了PWM的頻率。

Duty是PWM的占空比，表示高電平持續(xù)時間對應(yīng)的計數(shù)值。

上述配置確保了PWM信號在一個周期內(nèi)的高電平和低電平時間是對稱分布的，從而產(chǎn)生精確的中心對齊波形。這種方法不僅提高了PWM輸出的精度，而且對于降低電磁干擾（EMI）和提高系統(tǒng)的整體性能具有重要作用。

此外，當(dāng)調(diào)整Duty值以改變PWM占空比時，CMP0和CMP1會相應(yīng)地更新，保持波形始終關(guān)于周期中點對齊。這使得即使在動態(tài)調(diào)整占空比的情況下，也能維持波形的對稱性和穩(wěn)定性。

計算單元方法

使用影子寄存器生成中心對稱的波形，需要修改兩個寄存器，如果想只修改一個值就生成中心對稱PWM，可以使用計算單元進行操作。

• Cal_t_index, 從4個計數(shù)器計算單元輸出值(reload_new)中選擇一個
• Cal_in_index,從4個dac輸入值和4個計數(shù)器當(dāng)前值中選擇一個
• Cal_in_off從28個shadow寄存器中選擇一個作為偏移量，選擇后四個為0，無偏移。
• Cal_lim_up/cal_lim_lo，也是從28個shadow寄存器中選擇一個作為計算上下限的偏移量。
• Cal_lu_en/cal_ll_en上下限使能位
• 以_param結(jié)尾的是五位有符號參數(shù)，所有從shadow寄存器中選的數(shù)都作為有符號數(shù)處理。
• 下圖中圓圈中的X或者+代表當(dāng)前運算時乘法或者加法

所以cal_t_index選擇當(dāng)前使用的計數(shù)器，cal_t_param配置為4，此時相當(dāng)于reload/2，cal_in_index選擇dac輸入，此時CMP1對應(yīng)的計算單元值cal_d_param配置為-4，CMP2對應(yīng)的計算單元的值cal_d_param配置為+4。dac的值配置為duty即可。

邊沿對齊PWM

邊沿對齊PWM（脈寬調(diào)制）是一種常見的波形生成方式，廣泛應(yīng)用于各種控制和調(diào)節(jié)系統(tǒng)中。與中心對齊PWM不同，邊沿對齊PWM的高電平或低電平時間不是關(guān)于周期中點對稱分布的，而是相對于一個固定的邊沿（上升沿或下降沿）進行調(diào)整。這種方式簡化了硬件設(shè)計，并且在某些應(yīng)用中提供了更好的靈活性。

左邊沿對齊

左邊沿對齊PWM是指PWM波形的每個周期都從同一個固定的時間點開始，即所有周期的上升沿是同步的。在這個模式下，占空比的變化只影響PWM波形的結(jié)束位置（下降沿），而起始位置保持不變。所以CMP0配置為0，CMP1配置為占空比即可。

右邊沿對齊

右邊沿對齊PWM則是在每個周期結(jié)束時保持同步，即所有周期的下降沿是同步的。在這種模式下，占空比的變化會影響PWM波形的開始位置（上升沿），而結(jié)束位置保持不變。

CMP0=Reload?Duty

CMP1=Reload

結(jié) 語

本文提供了從硬件功能介紹到軟件實現(xiàn)的一整套流程，幫助開發(fā)者快速上手HPM芯片PWMV2外設(shè)的使用。希望這些信息能夠為你的項目提供有價值的指導(dǎo)。一旦掌握了基礎(chǔ)，就可以探索更復(fù)雜的PWM應(yīng)用，比如電機控制、電源等。不同硬件平臺的PWM實現(xiàn)細節(jié)可能會有所不同，但HPM系列芯片提供了功能強大的PWM外設(shè)實現(xiàn)各種復(fù)雜功能。同時也可以參考我們提供的例程以及解決方案深入了解PWMV2的使用方法。希望這些信息能幫助你快速入門PWM技術(shù)。如果有特定的應(yīng)用場景，可以通過留言進行討論，以便給出更加詳細的建議。