在 FlexIO上进行毛刺滤波的方法

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在 FlexIO上进行毛刺滤波的方法

简介
FlexIO 模块在 i.MX RT 系列 MCU 中被广泛采用，它提供了高度灵活的配置方法，可以模拟多种不同的通信协议，如UART、I2C、 SPI、I2S等。
硬件基于 RT1010-EVK，软件基于 SDK2.13.0。


FlexIO需要毛刺滤波的原因
以使用 FlexIO 模拟 UART 为例，其在理论上可以支持很高的波特率，但在每个 bit 只会进行一次采样。单次采样会由于毛刺的存在，导致错误数据被接收。对于这种情况，可以使用额外的定时器设计一个毛刺滤波器，以避免错误的发生。


使用定时器进行毛刺滤波的基本原理
假设有一个方波信号，其频率为 2 Hz，定时器时钟频率为 1000 Hz，其波形如图所示。图片

在信号传输的场景中，由于存在干扰，会产生一系列的毛刺，这些毛刺会在仅有一次的采样过程中导致错误的传输值。带有随机毛刺的方波信号波形如图所示，其中部分毛刺的长度小于5个时钟周期，部分毛刺的长度大于15 个时钟周期。图片

为了消除这些毛刺，在 FlexIO 中引入一个定时器，按照以下配置来设置定时器的控制寄存器TIMCFG：
• 定时器工作在16bit模式
• 定时器的触发源选择来自输入引脚
• 定时器的引脚配置为输出
• 定时器一直使能且从不关闭 (TIMENA = 0, TIMDIS= 0)
• 当定时器的输入与输出相等时，定时器处于reset状态 (TIMRST = 0x3)
• 定时器的输出不受 reset 引脚影响，初始状态可以是0 或者是 1 (TIMOUT = 0 or 1)
• 定时器的初始计数值等于 filter_width 减 1 (TIMCMP = filter_width – 1)
• filter_width 是输入信号持续稳定才能更新输出信号的周期数且必须大于1


通过设置不同的初始计数值，定时器可以被用于过滤信号中的高频毛刺，同时也会为滤波后的信号带来filter_width *时钟周期的时间延迟。当初始计数值为 10 时，初始信号与滤波后的信号如图所示。图片

定时器能够完成滤波的原因在于：在信号发生跳变时，计数值才会从初始值开始递减，即定时器的输入状态与输出状态不相同，定时器退出reset 状态开始计数。当16 位计数器等于 0 并递减时，定时器输出切换并且计数器从比较寄存器重新加载。因此，如果信号的跳变保持的时间小于filter_width *时钟周期 的时间，会导致计数值还未降低到 0 就被重置，输出信号就会保持原先的电平，短时间的信号跳变就会被过滤掉。


定时器在进行毛刺滤波时，其输出引脚在芯片内部连接到其他移位器和定时器，因此即便这一引脚在设备级别（IOMUXC）未被启用也可以实现滤波功能。


对 RT1010 GPIO输出的方波信号
进行毛刺滤波


在 i.MX RT1010 芯片上，可以对用 GPIO 输出方波信号，输入到 FlexIO 的定时器。
• GPIO_08 被配置为输出方波信号
• GPIO_11 被配置为 FlexIO 定时器的输入引脚
• GPIO_12 被配置为 FlexIO 定时器的输出引脚


FlexIO 的定时器可以对 TIMCFG 寄存器进行配置，从而改变其对输入信号的的响应。

将 TIMOUT 段配置为 00b，可以将定时器的初始输出值设置为 1，且在 reset 时会保持输出值不变。

将 TIMDEC 段配置为 00b，可以在每个时钟周期对计数值递减。

将 TIMRST配置为 11b，可以在输入值等于输出值时重置计数值。在代码中，可以将 FlexIO 的定时器进行如下配置：图片

通过如上的定时器配置，可以轻松实现章节3中提到的定时器配置条件，从而使定时器工作为一个毛刺滤波器。

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