如何使用雅特力AT32 MCU定时器进行PWM输入测试

AT32定时器说明

定时器框架介绍

定时器由一个16位的自动装载计数器组成（TMR2和TMR5较为特殊，其自动装载计数器为32位），它由一个可编程的预分频器驱动。它适合多种用途，包含测量输入信号的脉冲宽度（输入捕获），或者产生输出波形（输出比较、PWM、嵌入死区时间的互补PWM等）。

使用定时器预分频器和CRM时钟控制预分频器，可以实现脉冲宽度和波形周期从几个微秒到几个毫秒的调节。

图1. 通用定时器的框图

定时器由四个主要部分组成（见图1）。第一部分时钟单元。此单元提供定时器的时钟驱动。第二部分时钟基单元，此单元提供定时器计数功能。第三部分输入捕获，此单元允许输入信号进入定时器模块。第四部分输出比较，此单元将定时器整合后的PWM输出。

定时器一般配置步骤

1) 时钟使能。

crm_periph_clock_enable(CRM_TMR2_PERIPH_CLOCK, TRUE);
2) 初始化定时器参数，设置自动重装值，分频系数，计数方式等。

在库函数中，定时器的初始化参数是通过初始化函数tmr_base_init()及tmr_cnt_dir_set()实现的：
void tmr_base_init(tmr_type* tmr_x, uint32_t tmr_pr, uint32_t tmr_div);

其中，第一个参数是确定是哪个定时器，这个比较容易理解。第二个参数tmr_pr是定时器计数的周期值。第二个参数tmr_div是定时器的分频系数。
void tmr_cnt_dir_set(tmr_type *tmr_x, tmr_count_mode_type tmr_cnt_dir);

其中，第一个参数是确定是哪个定时器，第二个参数tmr_cnt_dir为定时器的计数模式（向上，向下，中央对齐）。

特别地，增强模式是TMR2和TMR5独有的功能。tmr_32_bit_function_enable()为增强模式使能（Plus Mode Enable）函数。开启TMRx增强模式，该模式下TMRx_CVAL，TMRx_PR，TMRx_CxDT由16位扩展为32位。

void tmr_32_bit_function_enable(tmr_type *tmr_x, confirm_state new_state);

当需要配置时钟除频参数时(注意和 TMR_DIV 的区别，配置滤波、死区时间时需配置该参数)，会使用到tmr_clock_source_div_set()函数；当需要配置重复周期寄存器时（高级定时器TMR1/TMR8/TMR15才有），会使用到tmr_repetition_counter_set()函数。本例程不使用这两个函数，仅做简要介绍。

void tmr_clock_source_div_set(tmr_type *tmr_x, tmr_clock_division_type tmr_clock_div);
void tmr_repetition_counter_set(tmr_type *tmr_x, uint8_t tmr_rpr_value);

3) 设置TMRx_ IDEN允许更新中断。

void tmr_interrupt_enable(tmr_type *tmr_x, uint32_t tmr_interrupt, confirm_state new_state);
这里着重描述参数tmr_interrupt，它是用来指明我们使能的定时器中断的类型，定时器中断的类型有很多种，包括更新中断，触发中断，以及输入捕获中断等等。

4) TMRx中断优先级设置。

调用nvic_irq_enable()函数即可。

5) 允许TMRx工作，也就是使能TMRx。

void tmr_counter_enable(tmr_type *tmr_x, confirm_state new_state);

6) 编写中断服务函数。

规格说明

AT32 PWM高频测试说明

图2. 高频测试原理框图

测试高频信号时，将高频信号输入作为定时器TMR2的时钟源（如上图所示），驱动定时器TMR2的 Counter计数，使用另一个定时器做时钟基准，例如每隔1s，获取TMR2的Counter变化值，则TMR2的变化值即为高频信号的频率值。

使用两个定时器，其中一个定时器为TMR2（这里选取TMR2的原因在于其可以通过设置TMRx_CTRL1中的PMEN位，开启TMRx增强模式，该模式下TMRx_CVAL，TMRx_PR，TMRx_CxDT由16位扩展为32位），测试高频时，有利于Counter计数，不容易产生溢出。这样做的好处在于，既可以测试高频信号：最高50MHz（受限于I/O口的最高频率），且没有频繁产生中断，代码也有冗余，去处理客户任务。

使用此方法测试的频率范围在：50MHz到1Hz（TMR2的工作频率为240MHz）。

注意：增强模式是TMR2和TMR5独有的功能，使用不支持增强模式的其他TMR，或使用不含有增强模式TMR的AT32时，测试频率会受限。

AT32 PWM低频测试说明

图3. 低频测试原理框图

测试低频信号时，将低频信号输入作为定时器TMR2的捕获输入（如上图所示），触发TMR2的输入捕获中断，利用TMR2工作时钟除以两次输入捕获之间Counter变化值，即可得到低频信号频率值。

这里定时器为TMR2（这里选取TMR2的原因在于其可以通过设置TMRx_CTRL1中的PMEN位，开启TMRx增强模式，该模式下TMRx_CVAL，TMRx_PR，TMRx_CxDT由16位扩展为32位），有利于低频测试。

使用此方法测试的最低频率为：56mHz。（TMR2的工作频率在240MHz）。

注意：增强模式是TMR2和TMR5独有的功能，使用不支持增强模式的其他TMR，或使用不含有增强模式TMR的AT32时，测试频率会受限。

AT32 PWM占空比测试说明

图4. 占空比测试原理框图

测试PWM占空比时，利用门控模式（Hang Mode）方式来测量（如上图所示），将输入信号同时作为两个定时器的输入信号，利用输入信号来控制定时器的Counter计数。一个定时器在输入信号的高电平阶段计数，另一个定时器在输入信号的低电平阶段计数，使用第三个定时器作为时间基准，例如产生1s的中断，在中断内，获取这段时间内，两定时器Counter计数值，将两值做比值即可获取当前的PWM占空比。

这里定时器为TMR2和TMR5（这里选取TMR2、TMR5的原因在于其可以通过设置TMRx_CTRL1中的PMEN位，开启TMRx增强模式，该模式下TMRx_CVAL，TMRx_PR，TMRx_CxDT由16位扩展为32位），有利于测试。

这样做的好处在于，可以测量较高频率的占空比值，例如10MHz内，误差在1%以内。且没有频繁产生中断，代码也有冗余，去处理客户任务。

注意：增强模式是TMR2和TMR5独有的功能，使用不支持增强模式的其他TMR，或使用不含有增强模式TMR的AT32时，测试频率会受限。

PWM Test快速使用方法

硬件资源

1) AT-START-F403A实验板

图5. AT-START-F403A实验板

注意：该Demo是基于AT32F403A的硬件条件，若使用者需要在AT32其他型号上使用，请修改相应配置即可。

pwm input test demo使用

打开pwm input test project源程序，其中，在at32f403a_407_clock.h里面有三个宏定义：

分别用于测试高频信号，低频信号，PWM占空比，打开需要测试的宏【注意：每次只开一个宏】。

打开pwm output源程序，其中，在at32f403a_407_clock.h中有三个宏定义：

分别产生高频信号，低频信号，PWM占空比用于测试。

AT-START板载的AT-LINK-EZ自带串口输出功能，它可以将USART1_TX口PA9输出至PC。也可使用其他串口工具进行测试结果的输出。

若测试高频信号时：

1) 打开pwm output源程序宏定义：#define Output_High_Frequency，PA8产生60MHz PWM

（I/O口已超频工作，可适当降低主频）。编译下载到实验板1。

2) 打开pwm input test程序宏定义：#define high_frequency_test，编译下载到实验板2。

3) 将实验板1的PA8接入到实验板2的PA0，USART1通过PA9输出当前的PWM频率信息。

串口打印信息如下：

图6. 测试高频信号，串口打印信息

若测试低频信号时：

1) 打开pwm output源程序宏定义：#define Output_Low_Frequency，PA8产生500mHz PWM。编译下载到实验板1。

2) 打开pwm input test程序宏定义：#define low_frequency_test，编译下载到实验板2。

3) 将实验板1的PA8接入到实验板2的PA0，USART1通过PA9输出当前的PWM频率信息。

串口打印信息如下（应将第一个数据舍弃）：

图7. 测试低频信号，串口打印信息

若测试PWM占空比时，

1) 打开pwm output源程序宏定义：#define Output_PWM_Duty_Ration_10，PA8产生6MHz PWM，占空比为10%。编译下载到实验板1。

2) 打开pwm input test程序宏定义：#define duty_ration_test，编译下载到实验板2。

3) 将实验板1的PA8接入到实验板2的PA0，USART1通过PA9输出当前的PWM占空比信息。

串口打印信息如下：

图8. 测试 PWM 占空比，串口打印信息

来源：AT32 MCU 雅特力科技
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审核编辑 黄宇