【技术大神】基于RZ/T1的伺服应用——定时器功能应用解析篇

时间： 2019-07-27 来源：技术大神活动文章

RZ/T1是瑞萨电子2014年推出的高性能MPU系列芯片，采用ARM Cortex-R4F CPU核，频率高达600MHz，拥有很强的运行能力和卓越的实时性。该系列芯片内置了R-IN引擎和EtherCAT从站控制器，支持包括EtherCAT在内的多种工业以太网通信协议，同时还内置了绝对值编码器接口模块，支持多种电机编码器协议。因此利用RZ/T1可以单芯片实现支持工业以太网的AC伺服解决方案。

图1：RZ/T1伺服驱动示意框图

上图是RZ/T1的伺服驱动示意框图，可以看到RZ/T1的资源很丰富，伺服系统需要的资源应有尽有，如驱动电机的PWM输出、电流反馈的12位精度的ADC和DSMIF、位置反馈的增量编码器和绝对值编码器、可以与PLC进行工业以太网通信的EtherCAT和EtherMAC模块、等等。

RZ/T1的定时器种类繁多，有CMT、CMTW、TPU、MTU、GPT等，而且每种定时器都有很多个通道。这么多的定时器单元，大家可能会晕了，不知道该怎么用，本文主要介绍一下这些定时器的功能和应用。

1）CMT和CMTW
RZ/T1上有6个16位的CMT和2个32位的CMTW，都是比较定时器。CMT功能比较单一，只有比较定时功能，即计数器使用外围模块时钟分频作为计数源，当增加到与比较寄存器的值一致时，计数器自动清零，并同时可以产生中断。

CMTW除了有CMT的比较定时功能，另外每个CMTW还有两个比较输出功能和两个捕捉输入功能。比较输出功能，即当计数器与两个比较寄存器值一致时，分别修改输出引脚的电平，如下图2。

图2

而捕捉输入功能，还是使用内部的时钟分频为计数源，当相应的引脚电平转变时，自动把当前计数器的值锁存到相应的捕捉寄存器里，如下图3。

图3

CMT和CMTW因为功能比较简单，主要用于比较定时功能，如系统需要周期处理的任务定时。尤其是CMTW因支持32位寄存器，能计时比较长的时间，可以用于操作系统时钟功能。

2）TPU
RZ/T1上有12个16位的TPU通道。TPU除了具备CMTW定时器具有输入捕捉和比较输出功能外，还有组合、同步和缓存等功能。组合的比较简单，顾名思义，两个16位的定时器可以组合成一个定时器，这样组合后定时器变成32位的。同步和缓存的功能很重要，他们能让定时器的功能变得更丰富和强大，下面分别描述。

对于同步功能，即多个计数器能同时进行写操作和清零操作，这样多个定时器组合，能实现多个有同步要求的PWM波形输出，或者多个输入信号捕捉。如下图4所示，TPU0、TPU1和TPU2设置在同步模式，同时被TPU0.TGRB清零，如此便可得到如下三个相同周期（TPU0.TGRB）不同相位和不同Duty的PWM波形。

图4

对于缓存操作，TPU对于比较寄存器和捕捉寄存器，有相应的缓存寄存器，比如，TPUm.TGRC和TGRD分别为TGRA和TGRB的缓存寄存器。对于比较输出模式和捕捉输入模式时，二者功能有所差别。在比较输出模式时，当计时器值与比较寄存器的值一致时，自动把缓存寄存器的值装载到比较寄存器里，这样就可以实现动态修改PWM波形的Duty和周期了。在捕捉输入模式时，当输入信号触发捕捉动作时，这时会把旧的捕捉寄存器的值复制到缓存寄存器，捕捉寄存器装载新的捕捉值。

TPU还有一个重要的功能：相位计数。该功能可用于增量编码器的脉冲输入解析，直接获得转子的位置信息。TPU1和TPU2、TPU4和TPU5、TPU7和TPU8、TPU10和TPU11分别可以组合成4组同步定时器，分别支持增量编码器的AB相输入，而且TPU支持多达5种模式的脉冲输入的计数功能。

3）MTU
RZ/T1有8个16位定时器（MTU0~MTU7）和一个32位定时器MTU8，另外MTU1和MTU2也可以组合成1个32位的定时器。MTU除了具备TPU的全部功能，还有用于驱动电机的6相互补PWM输出、增量编码器解析等功能。MTU由于功能繁多，按照伺服的需求，可以参考如下图的分配使用：

图5

如上图所示，MTU1和MTU2分别可以接一组增量编码器的AB相脉冲信号，也可以组合成一组32位的增量编码器接口。另外，MTU3和MTU4、MTU6和MTU7分别组合，可以实现6相互补的PWM输出功能（带死区控制），如下图6所示。MTU3.TGRA作为PWM波形的周期，MTU3.TCNT和MTU4.TCNT相差死区的设置值，MTU3.TGRB与MTU3.TCNT的比较输出用于U相正极的PWM，MTU3.TGRB与MTU4.TCNT的比较输出用于U相负极的PWM，如此类推，MTU4.TGRA和MTU4.TGRB分别用于输出V相和W相。而且MTU3和MTU4的比较寄存器都有缓存寄存器，可以设置在波峰或者波谷或同时平滑地更新PWM的Duty。

图6

值得注意的是，MTU5和MTU8都有ADC转换启动触发功能，而MTU4和MTU7则可以延时触发。

4）GPT
RZ/T1上有4个16位的GPT定时器。GPT除了没有双脉冲相位计数功能外，TPU的其他所有功能均具备。除此之外，GPT本身还具备一些特色功能，每个GPT有两个输入输出引脚，有独立的PWM周期定时器和自动死区寄存器，包括比较寄存器在内，他们都有双缓存寄存器。因此GPT可以输出多达8个独立的PWM或者4对同步的带自动死区的PWM（死区可以非对称）。

因此GPT也可以输出控制马达的6相互补的PWM，它的原理与MTU有点不同，如下图7所示。

图7

另外，GPT还可以为同步的多个定时器设置不同的相位差，因此还可以用于DC/DC或者PFC模块的PWM输出，如图8即为DC/DC的示例。

图8

上面只是对RZ/T1的定时器的功能和作用做了一个概要描述，以便使用户在理解和分配RZ/T1的定时器资源时起引导帮助作用。而且本文对定时器的功能描述较为粗略，具体怎么使用和设置寄存器，请参考《RENESAS RZ/T1 MPU实时处理器数据手册》。

作者：陈绪典

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全部评论（4）

小倾听 Lv8. 研究员 2018-04-11

学习
三3三 Lv8. 研究员 2017-09-09

写的好详细
风一样的男子 Lv6. 高级专家 2017-07-27

支持一下哈
饮水者 Lv8. 研究员 2017-07-15

写的挺实用

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