【Kinetis内部培训资料】FlexTimer Module (FTM)模块

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1. Block Diagram

Flextimer模块图，左上角为Flextimer基准时钟信号，默认状态为无时钟选择，即Flextimer计数器关闭。
右上角为时钟分频控制，可以控制Flextimer计数时钟频率。框图中包括中断控制，模式选择，故障信号检测以及输出信号。
Flextimer工作模式包括：输入捕获，输出比较，PWM波形输出，正交解码器。
Flextimer计数器为16位计数器。

2. Feature list

Flextimer时钟源可以来自系统时钟，MCG固定频率时钟或者外部时钟。
Flextimer 16位计数器可以设定初始值，终止值，计数方向。
每个通道都可以配置成输入捕获，输出比较或者边沿对齐PWM波输出。
输入捕获可以配置捕获方式：上升沿、下降沿或者双沿捕获。
一些通道可以配置输入信号滤波。
输出比较模式下，输出信号可以配置为输出高或低或者每次匹配翻转。
所有通道都可以配置成PWM中心对齐输出。
每对通道均可以结合输出PWM波。
每对通道可以配置相同输出，相反(互补)输出或者作为独立通道。
每对互补通道可以提供死区插入功能。
Flextimer模块应用领域包括马达控制，照明控制和能力转换。
增加功能：符号增加计数器、硬件插入死区、出错输入、加强型的触发功能和极性控制。
Flextimer计数器触发源来自比较器、ADC和其他模块。
Flextimer计数器提供同步更新目标值。

FTM可以输出PDB、ADC模块触发信号。
提供多达4路故障输入信号。
每个通道可以配置输出极性。
每个通道均可产生中断，中断类型包括溢出和故障产生。
FTM寄存器提供缓存，提供同步功能。
关键寄存器提供写入保护。
双沿捕获可以用来检测脉冲宽度或者周期。
提供带输入滤波的正交编码器。

3. Key value-add components

增加的功能组件：
联合和互补模式；
提供硬件死区加载；故障控制；
同步缓存寄存器加载；
双沿检测脉冲宽度和频率；
正交解码器。

4. Module dependencies

FTM与其他模块的相互关系:
MCG模块可以提供FTM时钟源;
比较器模块提供硬件触发信号、输入捕获信号及故障信号;
PDB模块提供硬件触发信号;
FTM可以提供ADC和PDB模块触发输出信号。

5. FTM counter

FTM计数器支持三种计数模式。
增加计数模式：CNTIN定义计数开始值，MOD定义技术终止值。FTM使能后会加载CNTIN值，累加计数直到达到MOD终止值。之后会重新装载CNTIN计数开始值。当计数值重新加载CNTIN值时，TOF(计数器溢出标志位)置位。
递增递减计数模式：CNTIN定义计数开始值，MOD定义技术终止值。FTM使能后会加载CNTIN值，累加计数直到达到MOD终止值，之后计数器将递减计数值直到计数值为CNTIN。之后会重复递增递减计数的过程。

6. Up counting example

CNTIN的最高位实际上为符号位，当CNTIN[15] = 1时，计数器初值为负数；当CNTIN[15] = 0时，计数器初值为正数。
只有当CNTIN寄存器初始值小于MOD寄存器初始值时，FTM才能正常工作。所以在配置FTM初始化时必须确保这一点，如果出现相反的情况，则FTM运行会出现异常。

7. Up-down counting example

8. When TOF bit sets

NUMTOF[4：0]定义了FTM计数器溢出几次后，TOF标志位才会置位。如果NUMTOF[4：0]设定为0，则每次FTM计数器溢出，TOF标志都会置位。

9. Quadrature decoder

正交译码器主要用于机械方面用于检测轴的角度转动和方向。通过检测相位A和相位B之间的相位关系来判断轴的运动方向和速度。
例如鼠标就是利用正交信号提供轨迹球转动方向和角度。
FTM正交译码器每个输入信号均提供滤波配置和极性配置。
TOFDIR:指定TOF标志位置位的位置（最小值还是最大值置位）。
QUADIR:指定计数器计数方向是递增还是递减。

QUADMODE位主要设定正交译码器工作模式，如果QUADMODE位等于1，工作于计数和方向模式，相位B信号指定计数方向是递增还是递减。相位A的输入指定计数率。FTM计数器会在相位A的上升沿更新计数值。

QUADMODE等于0时，FTM正交译码器工作于相位A、B编码模式。通过相位A/B相位关系指出计数器的计数方向和计数率。FTM计数器会在相位A/B任何输入边沿更新计数值。

10. Motor jitters

设置合适的相位A/B滤波值可以有效的防止FTM计数值抖动。图中所示为由于没有设定正确的滤波值，由于相位B信号存在波动造成FTM计数值错误。

11. Input capture

输入捕获当设定的边沿发生时，会置位CHnF位，如果使能中断则会产生中断。当前的计数值会被加载到CnV寄存器中。
FTM配置为输入捕获时，FTMxCHn管脚是边沿触发输入，可以配置为上升沿、下降沿或者双沿触发。
如果没有使能输入信号滤波，则输入信号将会在系统时钟三个上升沿后被检测到（两个上升沿用于同步,一个边沿用于边沿检测）。
也就是说CHnF标志位在系统时钟的第三个上升沿被置位，即输入捕获管脚获得有效的输入边沿。

12. Channel input filter

只有通道0、1、2、3提供输入信号滤波。滤波计数器的基准时钟为四分频的系统时钟（1/4 of system clock）。
当CHnVAL[3：0]为0值时滤波功能未使能，输入信号将会在三个系统时钟后为置位。
如果使能滤波，则需要(4 + 4 × CHnFVAL[3:0])系统时钟周期来判断所获得的边沿有效。
头四个系统时钟用于同步，滤波输出和边沿检测。

13. Output compare

输出比较模式，FTM会根据寄存器设定，产生相应的脉冲。输出比较匹配时CHnF标志位会被置位，当中断使能时会产生相应的中断。

14. Edge aligned PWM

边沿对齐PWM波输出，EPWM周期由（MOD – CNTIN + 0x1）决定，脉冲宽度由（CnV -CNTIN）决定。叫做边沿对齐是应为所有的PWM波上升沿（或者下降沿）都是一致的。

15. Center aligned PWM

居中对齐PWM波输出：FTM计数器累加计数直到达到MOD设定值，接下来递减计数直到到达CNTIN设定值。
MOD设定值必须在0x1至0x7FFF之间，否则会产生模糊的结果。
CPWM的周期为2 × (MOD − CNTIN)，脉宽为2 × (CnV − CNTIN) 。
当FTM工作于CPWM模式时，计数器使用递加递减计数模式，其他模式并不适用与这种计数模式，因此所有的通道都必须配置为CPWM模式。
当FTM计数器工作于free running计数下，是不可以设置使用居中对齐PWM输出模式的。

16. Combined mode

PWM联合模式：偶数通道n 会与临近的奇数通道（n+1）联合产生PWM信号，PWM信号从偶数通道输出。
当FTM计数值达到通道n设定值时，CHnF标志会置位，如果中断使能也会同时产生相应的中断；
当FTM计数值达到通道n+1设定值时，CH(n+1)F标志会置位，如果中断使能也会同时产生相应的中断。
根据ELSnB:ELSnA的不同配置，通道n输出PWM波形会做相应的变化。

17. Complementary Mode

PWM互补模式：通道（n+1）输出PWM波形与通道（n）输出波形正好相反。

18. Inverting mode

倒置功能可以通道n和通道n+1输出波形与正常设定完全翻转。
倒置功能仅适用于PWM联合模式。

19. Software control mode

软件输出控制PWM波形在特定的时间输出事先设定好的电平。
CHnOC位使能通道n软件输出控制，CHnOCV位设定软件输出控制时输出电平为高电平还是低电平。

20. Deadtime insertion

死区插入功能只适用于通道联合和互补模式下。必须确保死区延时设定合适，通道n和n+1不能同时处于有效状态。
ELSnA : ELSnB = 1:0 当FTM计数值达到通道n设定值时，通道n输出高；当FTM计数值达到通道n+1设定值时，通道n输出低。
ELSnA : ELSnB = X:1 当FTM计数值达到通道n设定值时，通道n输出低；当FTM计数值达到通道n+1设定值时，通道n输出高。
死区的概念就是确保电机控制H桥的半桥臂两个晶体管或者MOSFET处于关闭状态，防止由于意外造成短路对晶体管或MOSFET造成损坏。

21. Output mask

输出屏蔽功能只适用于PWM联合模式。
输出屏蔽使能时可以将通道PWM输出至无效状态，直到输出屏蔽取消。

22. Fault control

故障输入管脚可以选择内部比较器输出或者外部故障输入管脚。

23. PWM synchronization

PWM同步仅适用于PWM联合模式，提供一种方法来更新MOD,CNTIN,CnV,OUTMASK,INVCTRL和SWOCTRL寄存器缓存值，并且强制FTM计数器值更改为CNTIN寄存器值。
有两种同步触发模式，硬件触发或者软件触发。
硬件触发源可以选择来自比较器输出信号，PDB触发信号，故障输入信号。

24. FTM output triggers

FTM可以输出PDB、ADC模块触发信号。
触发信号在通道匹配时产生。
触发信号也可以在INITTRIGEN信号置位条件下，当计数器加载CNTIN寄存器值时产生。

25. Dual edge capture mode

双沿捕获模式可以用于测量脉冲宽度或者频率。
可以选择单次捕获模式或者连续捕获模式。

26. Stepper motor

步进电机控制示意图，通过FTM模块控制电机的两个H桥，比较器可以用作电机线圈过流保护，ADC模块提供过流检测参考信号。

27. Hall Sensor BLDC

直流无刷电机控制示意图，六路FTM通道控制电机的三相线圈，霍尔传感器提供电机转速信息（使用一路FTM来测量脉冲周期）。

28. ACIM/PMSM motor control

永磁同步电机控制示意图，使用六路FTM控制电机三相桥，正交信号提供电机转速信息（使用FTM正交译码功能）。

tjpu-ccd · 2015-12-21 11:02:30

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