CN107884627A - 一种多通道高精度pwm测量模块 - Google Patents

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李贤康
王浩
班文凯
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Abstract

本发明涉及一种多通道高精度PWM测量模块，包括MCU单元和CPLD单元，所述CPLD单元用于分别测量出多个通道的PWM测量值；所述MCU单元用于逐一读取所述CPLD单元测量出的多个通道的PWM测量值，并保存在内部寄存器中，并在收到测试命令后，响应内部寄存器。本发明能够测量多通道PWM信号。

Description

一种多通道高精度PWM测量模块
技术领域
本发明涉及PWM测量技术领域，特别是涉及一种多通道高精度PWM测量模块。
背景技术
PWM(Pulse Width Modulation)技术在工业自动化、精密数控机床、光电仪器、航空航天等诸多领域得到广泛应用。对PWM波测量的关键参数是占空比和频率，目前关于占空比和频率的测量主要有利用计数器测量、利用模拟器采集测量；利用计数器测量PWM占空比会受限于MCU的计数器数量，一般MCU的脉冲输入端数目也是有限的，如果使用GPIO，则程序中需要大量的轮询代码，因此使用MCU实现较多通道的PWM信号测量对MCU的处理能力要求较高，成本较高。利用模拟器采集测量要求模拟器有足够高的采样率，但处理速度较一般。
现有技术中PWM信号测量可用MCU、DSP、ARM等微处理器实现，经GPIO输入被测PWM信号，通过中断方式，利用片内计数器对各路PWM信号进行计数，从而得到每路PWM信号的脉宽值和周期值。但是，MCU、DSP、ARM等微处理器片内资源均己定制好，GPIO引脚数量、计数器和定时器数量有限，不能根据系统需要，灵活的扩展PWM通道数量，也不宜利用多个计数器和定时器对单路PWM信号进行高精度测量。例如意法半导体的STM32F407芯片最多包含17个定时器，然而，在整个应用系统中，这些定时器还需要用于主中断、任务中断定时等，所以资源有限，不易实现多通道高精度PWM信号测量。
浙江大学陈国柱等人设计的一种基于PWM发生器(公开号CN 103178815A)，其不具备PWM信号测量功能，且FPGA的分段式布线结构决定了其延迟的不可预测性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种多通道高精度PWM测量模块，能够测量多通道PWM信号。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种多通道高精度PWM测量模块，包括MCU单元和CPLD单元，所述CPLD单元用于分别测量出多个通道的PWM测量值；所述MCU单元用于逐一读取所述CPLD单元测量出的多个通道的PWM测量值，并保存在内部寄存器中，并在收到测试命令后，响应内部寄存器。
所述CPLD单元包括多个独立的PWM测量状态机和数据选择器，所述PWM测量状态机的输入端连接PWM信号端，输出端与数据选择器的输入端相连，所述数据选择器的选择控制端与MCU单元的控制信号输出端相连，输出端与MCU单元的数据输入端相连。
所述多个独立的PWM测量状态机采用同一个有源晶振。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明基于CPLD的灵活性，实现多通道的PWM测量，利用MCU通过Modbus通信协议与上位机通信，实时高精度检测PWM频率和占空比。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中CPLD的内部结构原理图；
图3是本发明中PWM测量状态机的流程图；
图4是本发明中MCU的工作流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种多通道高精度PWM测量模块，如图1所示，包括MCU单元和CPLD单元，所述CPLD单元用于分别测量出多个通道的PWM测量值；所述MCU单元用于逐一读取所述CPLD单元测量出的多个通道的PWM测量值，并保存在内部寄存器中，并在收到测试命令后，响应内部寄存器。
图1中，CPLD单元选用EPM570芯片，MCU单元选用STM32F103芯片，连接时，将STM32F103芯片单元的PA0～7、PC0～15和PD0～15与EPM570芯片的PWM_DAT端相连，STM32F103芯片单元的PE0和PE1分别与EPM570芯片的CH_SEL0和CH_SEL1相连。
所述CPLD单元包括多个独立的PWM测量状态机和数据选择器，所述PWM测量状态机的输入端连接PWM信号端，输出端与数据选择器的输入端相连，所述数据选择器的选择控制端与MCU单元的控制信号输出端相连，输出端与MCU单元的数据输入端相连。为例确保测量数据的精准性，其中，多个独立的PWM测量状态机采用同一个有源晶振。
以读取四通道PWM为例，如图2所示，CPLD单元中包括4个独立的PWM测量状态机0～3，分别测量出PWM测量值0～3，然后由MCU单元给出数据选择信号给数据选择器，将各通道的PWM测量值读出来。PWM测量状态机读取PWM的流程如图3所示。
由于采用了CPLD单元，因此本实施方式支持并行与流水结构，每路PWM的测量状态机可并行运行，同时可根据系统需求扩展计数器和定时器数量，完成多通道和高精度的PWM信号测量，并且工作时钟频率高，通过PLL时钟倍频模块输出频率为100MHZ～1GHZ的时钟信号作为计数器和定时器的计数时钟，提高了测量PWM信号的精度。另外可通过同步锁存数据，确保每路PWM的采样值具有同步性。由此可见，使用CPLD单元可以为后续MCU单元节约资源，从而使MCU单元完成更为复杂的算法运算。
MCU单元将CPLD单元的PWM测量数据读取出来，保存在内部寄存器；MCU单元如果收到上位机的Modbus03号命令(读保持寄存器)，则响应内部寄存器数据。MCU处理流程如图4所示。MCU单元使用PE0和PE1来选择要读的PWM通道测量数据；测量数据由40位数据组成，高20位为PWM高电平宽度计数值，低20位为PWM低电平宽度计数值，MCU数据端口定义如下：
最终上位机将检测到PWM频率与占空比通过Modbus与发送给MCU单元，MCU单元通过显示器可以实时显示监测数据。
不难发现，本发明基于CPLD的灵活性，实现多通道的PWM测量，利用MCU通过Modbus通信协议与上位机通信，实时高精度检测PWM频率和占空比。

Claims (3)

1.一种多通道高精度PWM测量模块，包括MCU单元和CPLD单元，其特征在于，所述CPLD单元用于分别测量出多个通道的PWM测量值；所述MCU单元用于逐一读取所述CPLD单元测量出的多个通道的PWM测量值，并保存在内部寄存器中，并在收到测试命令后，响应内部寄存器。
2.根据权利要求1所述的多通道高精度PWM测量模块，其特征在于，所述CPLD单元包括多个独立的PWM测量状态机和数据选择器，所述PWM测量状态机的输入端连接PWM信号端，输出端与数据选择器的输入端相连，所述数据选择器的选择控制端与MCU单元的控制信号输出端相连，输出端与MCU单元的数据输入端相连。
3.根据权利要求2所述的多通道高精度PWM测量模块，其特征在于，所述多个独立的PWM测量状态机采用同一个有源晶振。
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