是什么让i.MX RT能完美支持多电机控制？

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恩智浦最新的跨界处理器i.MX RT系列产品，在电机控制场合瞄准了多电机应用方向，为此特别定制了一个全新的外设——ADC_ETC(ADC External Trigger Control)。本文将从解读ADC_ETC基本功能入手，再结合3种多电机控制的实战案例，介绍ADC_ETC的使用技巧。
解读ADC_ETC


ADC_ETC配置灵活、可扩展性强，配合2个ADC可以完美胜任多次并行模拟量采样的任务。虽然它是新外设，但是理解起来并不困难，从名字便可顾名思义：它就是一个ADC的控制器，操控ADC完成采样并存储采样结果。



下面我们结合官方参考手册中的结构图来解读。

图1. ADC_ETC配合ADC工作的结构图

图1是ADC_ETC配合2个ADC工作的结构图，其中以白色为底色的是属于ADC_ETC的部分。


这张图的信息量还是比较大的，我们挑出几个关键点进行重点介绍：


► 有8组采样控制队列(Queue)，每个Queue通过配置可以有0~8个Chain。也就是说，整个ADC_ETC最多有64个Chain。


► Queue 0/1/2/3 只能操控ADC1，Queue 4/5/6/7只能操控ADC2。


► 每个Chain都可以操控ADC对任意一通道完成1次采样、保存1个采样结果，在采样完成后也可以选择是否使能DONE0/DONE1/DONE2这3个中断中的任意一个。


► 每个Queue对应1个触发输入(Trigger IN)。每次Trigger IN信号到来后，对应的Queue将从Chain0开始按顺序连续执行所有的Chains，每个Chain之间可以预设间隔时间。


► 每个Trigger IN都可以通过XBAR链接到PWM的触发信号，且Trigger IN之间可以共用同一个触发源。


► 可配置Trigger IN/Queue的优先级，一共8个优先级。如果操控同一个ADC的Trigger IN/Queue同时被触发，则先执行优先级高的，再执行优先级低的。


此外，ADC_ETC的触发方式有两种模式，如图2所示：

图2. 同步模式和异步模式

► 异步模式(AsyncMode)：


Queue0/1/2/3分别由TRIG0/1/2/3触发，Queue4/5/6/7分别由TRIG4/5/6/7触发。


► 同步模式(SyncMode)：


Queue0/4，Queue1/5，Queue2/6，Queue3/7分别由TRIG0/1/2/3同时触发。显然，利用同步模式，可以方便地实现2通道模拟信号的同步并行采样。

图3. ADC_ETC全局控制寄存器

值得注意的是，在配置ADC_ETC初始化代码时，一定要先按下面的步骤顺序配置ADC_ETC全局控制寄存器(Global Control Register 如图3)，之后才能操作ADC_ETC的其他寄存器。


① 单独清零SOFTRST位，否则对其他寄存器的操作将无效。


ADC_ETC->CTRL &=

~ADC_ETC_CTRL_SOFTRST_MASK;

② 如果想使用ADC2，则需要清零TSC_BYPASS位，否则ADC2将被TSC占用。


ADC_ETC->CTRL &=

~ADC_ETC_CTRL_TSC_BYPASS_MASK;

在双PMSM/BLDC电机控制中的应用案例

图4. 双PMSM/BLDC电机控制

的PWM和ADC时序图

如图4所示，在单芯片同时控制2个PMSM或BLDC电机的应用中，2个电机的PWM相位互差180°(即半个周期)，且在PWM周期起始时刻的触发ADC_ETC采样。具体实现方法，可以参考发布在官网的应用笔记AN12200(Dual FOC Servo Motor Control on i.MX RT)。

图5. 双PMSM/BLDC电机控制

的ADC_ETC配置示意图

双PMSM/BLDC电机的ADC_ETC配置方法，如图5所示。利用XBAR(Cross BAR)将2个PWM的触发信号分别引入Trigger IN0和Trigger IN1。由于配置了同步模式(SyncMode)，Trigger IN0同时触发Queue0和Queue4。Queue0和Queue4中Chain0同时分别采样电机1的A相和B相电流，之后顺序执行各自Chain1的采样。在Queue4的Chain1采样完成之后，触发DONE0中断，在此中断中执行电机1的控制算法。Queue1和Queue5对电机2采样过程与上述电机1的类似。


在4个步进电机控制中的应用案例

图6. 4个步进电机的PWM时序图

如图6所示，在4个步进电机控制中，PWM互差90°(1/4周期)，在PWM的起始时刻触发ADC_ETC采样。

图7. 4个步进电机的ADC_ETC配置示意图

4个步进电机控制中的ADC_ETC配置方法，如图7所示。利用XBAR(Cross BAR)分别将4个PWM的触发信号分别引入Trigger IN0、Trigger IN1、Trigger IN2、Trigger IN3。由于配置了同步模式(SyncMode)，Trigger IN0同时触发Queue0和Queue4。Queue0和Queue4中Chain0同时分别采样电机1的A相和B相电流。之后在Queue4的Chain0采样完成之后，触发DONE0中断，在此中断中执行电机1的控制算法。


针对电机2/3/4的配置和电机1的类似。


需要注意的是，由于ADC_ETC中只有3个转换完成中断可选，所以这个案例中电机2和电机4共用同一个DONE1中断，需要在中断服务程序中根据DONE0_1_IRQ寄存器中的标志进行判断，用来区分当前中断是由Trigger IN1和Trigger IN3二者中哪一个触发的，这样就可以知道当前应该执行电机2还是电机4的控制算法。

在PMSM伺服+步进伺服中的应用案例

图8. PMSM伺服+步进伺服的PWM时序

图9. PMSM伺服+步进伺服

图8和图9展示了一种双电机应用，其中一个是PMSM伺服，PWM频率是10Khz；另一个是步进伺服，PWM频率是20Khz。2个电机都使用磁角度传感器作为位置传感器，该磁角度传感器输出一对与磁场角度成正弦和余弦关系的电压信号，所以需要对这对电压信号进行连续多次采样。


A点：触发优先级为高，采集PMSM伺服电机的2相电流、母线电压和温度，之后使能中断，执行PMSM伺服控制算法。


B点：触发优先级为低，采集PMSM伺服电机的磁角度传感器的一对电压信号，连续采集8次。


C点：触发优先级为高，采集步进伺服电机的2相电流、母线电压和温度，之后使能中断，执行步进伺服控制算法


D点：触发优先级为低，采集步进伺服电机的磁角度传感器的一对电压信号，连续采集8次。


在这个案例中，ADC_ETC的优势充分展现：


       1.具有触发优先级控制的能力：A和D、B和C共享同一个触发源，且会出现同时被触发的情况，通过优先级控制，优先执行相电流采样，再执行磁角度传感器采样。


       2.具有强大的连续采样能力和丰富的采样结果寄存器：可以连续采集8对信号，并且保存在各自的寄存器中。


的ADC_ETC配置示意图

作者：李树楠    文章出处：恩智浦MCU加油站

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