巧用QEI，计数更灵活

工程苗小兵

先楫资深FAE工程师

电力电子与电力传动专业硕士研究生，一个从事了20多年的功率控制的工程小兵，有多年的电机驱动和电源控制经验，专注电力电子控制方向。

HPM67/63/62系列中几个常见应用需求

输出固定个数的脉冲

• 伺服应用中需要输出正交的固定脉冲反馈当前运动位置
• 步进电机控制应用需要MCU输出指定脉冲个数，配置运行步长
• 常规方法是配置PWM或GPTIMER，在每个脉冲输出后在中断中计数，最后软件封波
  
  

高速、大数据量ADC采样

光伏上拉弧检测需要采集多路ADC通道实现FFT运算，采集数据量大，采样频率高

电能质量检测需要采集多路电流电压数据

ADC模块中虽然有序列采样DMA模式，但没有序列模式DMA转换完成中断，需要通过HDMA实现转换搬移，需要占用DMA通道。对于HPM67/63/62只有8个通道，会影响到其他应用使用DMA

LED显示屏驱动

大屏LED显示需要确定固定脉冲个数和相位

通常只能靠硬件指令控制延迟

本文以正交输出脉冲和ADC序列采样为例介绍QEI灵活计数功能

QEI功能简介

支持A，B，Z，H四个信号输入

输入信号来自互联管理器TRGM

来自TRGM的输入输出IO

来自其他片上模块

多种计数方式

支持单相、两相 (正交/上下/方向脉冲)方波输入

多个计数器

相位计数器，即位置计数器

Z相计数器，即周数计数器测速计数器

测定A，B相信号保持特定状态的时长，可反应电机转速信息

位置匹配

支持位置进行匹配检测。当电机运行到指定位置时，产生位置匹配标志事件

该事件可以触发中断，DMA 请求，也可以作为事件输出

定时器计数器

32位，全局计数器

输出固定脉冲原理

程序中使用了PWM、互联管理器、QEI三个模块

PWM负责输出脉冲和通过故障输入封锁脉冲

互联管理器负责实现模块之间互联

QEI负责脉冲计数和计数比较产生故障信号，用于封波控制

通过软件配置，不需要额外中断，内部连接不需要外部引脚连线

正交脉冲输出的PWM配置

正交脉冲输出配置

配置比较器值位于周期的1/4和3/4处

每个输出都包含2个比较器，A相为比较器0、1，B相为比较器2、3

封波状态

封波时输出电平均为低

封波后需通过软件恢复输出

QEI脉冲输入配置

配置比较输出通道8作为内部输出，与A、B脉冲输出独立，配置相位时更灵活

通过比较器配置可以选择封波时刻

使能内部故障封波

使能内部故障0作为封波信号

禁止硬件恢复脉冲输出

正交脉冲输出的QEI配置

QEI模式

设置为方向+脉冲模式

脉冲计数时是上下沿同时计数，即单个脉冲计两次

禁止Z信号复位相位计数器

使能位置匹配功能

使能位置匹配功能，并允许匹配事件输出

正交脉冲输出的互联管理器配置

互联管理器功能

多路复选器（MUX）阵列

支持多个输入和多个输出

每个输出都可以单独配置，从众多输入中选择

输入信号数字滤波器

输出信号极性取反

信号边沿到脉冲转换

DMA 请求管理，管理 PWMT，QDEC 和 HALL 的 DMA 请求

互联管理器配置

关联PWM 8通道输出至QEI脉冲输入

禁止QEI的Z信号和方向信号

关联QEI事件输出至PWM故障信号0

设置输出脉冲个数

PWM设置

停止PWM模块，复位时基

根据方向配置A、B相输出相位

软件恢复PWM输出

恢复PWM时需注意：GCR寄存器的FAULTCLR写1后，故障清除；随后需要把FAULTCLR位清0，否则再下一次故障发生后，当故障消除后PWM还会自动恢复

启动PWM

QEI配置

复位QEI计数器

配置计数比较器，考虑QEI为上下沿计数，配置计数值为：计数值*2-1

开启计数

正交脉冲输出波形

上图是正交脉冲输出的波形

棕色是A相输出、灰色是B相输出、红色是QEI计数事件

程序设置为输出10个脉冲、正转

不增加中断需求，减少软件开销

ADC序列模式中DMA连续转换

程序中使用了PWM、互联管理器、ADC、QEI四个模块

PWM负责定时输出脉冲

互联管理器负责实现模块之间互联

ADC启动序列DMA转换，最多转换4906个数据

QEI负责脉冲计数并产生计数比较中断，中断切换DMA存储地址

选用ADC内部DMA，不占用HDMA通道

ADC序列模式中DMA连续转换代码

PWM、互联管理器、QEI配置与前文相似

在QEI匹配中断中切换DMA目标地址

无论是通过HDMA还是ADC内部DMA，在完成大数据量转换后都需要进入中断快速处理，QEI+ADC序列模式并不增加额外中断需求

切换内部DMA目标地址时，需要复位内部DMA位；否则周期（Cycle）位将无法正确显示当前转换

总结

QEI可以实现更灵活的计数，并产生相应的计数事件匹配。

互联管理器的内部互联更加自由，不占用外部引脚，可以产生中断或内部事件。

PWM模块包含多个比较器，可以实现多相位输出脉冲，控制更灵活、相位精度更高。

通过多种组合用户可以根据实际应用实现更多功能。