DSP设计笔记之F28335外设 - ePWM

强型脉冲宽度调制器，是电源系统中重要的控制单元。在开关电源控制环路中，PWM控制器将数字信号转化为占空比（模拟值），进行MOSFET控制，因此PWM也被称为功率数模转换器（Power DAC）。

TI的TMS320F28335内置了6路ePWM模块，每路ePWM模块有两路输出，即EPWMxA和EPWMxB。

每个ePWM模块相互独立，在一些多管驱动的应用场景，有时需要调用多个ePWM模块，且各个模块的时序需要同步。EPWMxSYNCI和EPWMxSYNCO分别为同步信号的输入和输出信号。同步输入EPWMxSYNCI只作用于ePWM1模块，输出EPWMxSYNCO作用于其他ePWM模块。

每个ePWM模块可以触发PIE中断和ADC转换启动（EPWMxSOCA和EPWMxSOCB）。

每路ePWM模块包含7个子模块，分别为：

- 时基模块（Time-base module，TB）

- 计数比较器模块（Counter-compare module，CC）

- 动作模块（Action-qualifier module，AQ）

- 死区模块（Dead-band module，DB）

- PWM斩波模块（PWM-chopper module，PC）

- 事件触发模块（Event-trigger module，ET）

- 跳闸模块（Trip-zone module，TZ）

图 ePWM子模块

各个子模块连续工作，产生用户需求的PWM波形，驱动开关管，控制开关电路。时基模块负责产生PWM时钟信号，设定PWM的频率。时基时钟在计数过程中，与用户设定的计数比较值作比较，利用计数比较模块输出相应的比较触发信号。这些触发信号将作用于动作模块，进行置一或置零等操作，形成初步的PWM波形。

在某些应用场景，需要设置互补且具有死区的PWM波形。死区模块通过对动作模块输出的PWM波形进行上升沿延时或下降沿延时，或翻转等操作，形成该应用场景下的波形。

另外，PWM斩波，外部事件触发，错误状态保护等功能适用于不同的应用场景。这些模块均可以禁止或使能。

1. 时基模块TB

时基模块负责ePWM的时序控制，如控制PWM波的频率，同步各个ePWM模块时序等等。

时基模块会产生三个触发信号作用于动作模块：

- CTR = PRD：时基计数器计数到周期值时（即TBCTR = TBPRD），输出该信号；

- CTR = 0：时基计数器计数到0时（即TBCTR = 0x0000），输出该信号；

- CTR_Dir: 时基计数器在加计数时，该信号为高电平；时基计数器在减计数时，该信号为低电平。

图时基模块

1.1 PWM的频率控制

PWM的频率由时基周期寄存器（TBPRD）设置。时基计数器通过对周期数值的加减计数（Up-Down-Count）、加计数（Up-Count）和减计数（Down-Count）计算PWM频率。下面以TBPRD=4为例说明PWM周期TPWM和频率FPWM与时基周期TBPRD和时基时钟TBCLK的关系。

1.1.1 加计数（Up-Count）

该模式下，时基计数器从0加计数到周期值（TBPRD）。当计数到达周期值时，计数器从0重新开始加计数。

图加计数模式

加计数方式下，PWM的周期TPWM = (TBPRD+1) / TBCLK; PWM的频率FPWM = 1 / TPWM。

CCS中寄存器配置代码如下：

1.1.2 减计数（Down-Count）

该模式下，时基计数器从周期值（TBPRD）减计数到0。当计数到达0时，计数器从周期值（TBPRD）重新开始减计数。

图减计数模式

减加计数方式下，PWM的周期TPWM = (TBPRD+1) / TBCLK; PWM的频率FPWM = 1 / TPWM。

CCS中寄存器配置方式如下：

1.1.3 加减计数（Up-Down-Count）

该模式下，时基计数器从0加计数到周期值（TBPRD），然后再减计数到0，并重复该计数方式。

图加减计数模式

加减计数方式下，PWM的周期TPWM = 2 x TBPRD / TBCLK; PWM的频率FPWM = 1 / TPWM。

CCS中寄存器配置代码如下：

1.2 时基周期的更新方式 - 影子寄存器

时基周期寄存器具有一个影子寄存器（Shadow Register）。与影子寄存器相对应的，是活动寄存器（ActiveRegister），它是直接控制硬件的寄存器。

影子寄存器起到了缓冲器的作用，帮助活动寄存器临时存放数据，且不能直接控制硬件。影子寄存器的目的是为了防止软件配置不同步导致的系统崩溃。

在CCS中，影子寄存器的配置代码如下：

2. 计数比较模块CC

计数比较模块负责与计数比较信号A（CMPA）和计数比较信号B（CMPB）作比较，并输出比较后的事件触发信号CTR = CMPA和CTR = CMPB。

- CTR = CMPA: 时基计数器的数值等于计数比较信号CMPA（即TBCTR = CMPA）

- CTR = CMPB: 时基计数器的数值等于计数比较信号CMPB（即TBCTR = CMPB）

图计数比较模块

2.1 不同计数模式的输出信号

上文提到时基计数器有三种计数模式。在这三种计数模式下，若有同步触发信号输入EPWMxSYNCI，则时基计数器会加载相位值TBPHS后重新计数。

相位加载在CCS中寄存器配置代码如下：

2.1.1 加计数模式

时基计数器处于加减计数模式。在计数过程中，当计数器等于比较信号数值时，计数比较器分别输出CTR = CMPA和CTR = CMPB信号。

当时基计数器有同步触发信号EPWMxSYNCI输入时，时基计数器加载相位值TBPHS并进行加计数。

图加计数模式下的比较信号

2.1.2 减计数模式

时基计数器处于加减计数模式。在计数过程中，当计数器等于比较信号数值时，计数比较器分别输出CTR = CMPA和CTR = CMPB信号。

当时基计数器有同步触发信号EPWMxSYNCI输入时，时基计数器加载相位值TBPHS并进行减计数。

图减计数模式下的比较信号

2.1.3 加减计数模式，同步触发后减计数

时基计数器处于加减计数模式。在计数过程中，当计数器等于比较信号数值时，计数比较器分别输出CTR = CMPA和CTR = CMPB信号。

当时基计数器有同步触发信号EPWMxSYNCI输入时，时基计数器加载相位值TBPHS并进行减计数。

图加减计数模式，同步触发后减计数

2.1.4 加减计数模式，同步触发后加计数

时基计数器处于加减计数模式。在计数过程中，当计数器等于比较信号数值时，计数比较器分别输出CTR = CMPA和CTR = CMPB信号。

当时基计数器有同步触发信号EPWMxSYNCI输入时，时基计数器加载相位值TBPHS并进行加计数。

图加减计数模式，同步触发后加计数

3. 动作模块AQ

根据时基模块和计数比较模块输出的事件触发信号，动作模块输出相应的PWM波形EPWMxA和EPWMxB。上文提到这些触发信号分别为：

- CTR = PRD:时基计数器的数值等于周期值（即TBCTR= TBPRD）

- CTR = Zero:时基计数器的数值等于0（TBCTR = 0x0000）

- CTR = CMPA:时基计数器的数值等于计数比较值CMPA（即TBCTR = CMPA）

- CTR = CMPB: 时基计数器的数值等于计数比较值CMPB（即TBCTR = CMPB）

图动作模块

3.1 不同计数模式的PWM波形

动作模块在接收到事件触发信号后，决定EPWMxA和EPWMxB以何种方式输出。如下是四种输出方式：

- 置一（Set High）：EPWMxA和EPWMxB输出高电平；

- 清零（Clear Low）：EPWMxA和EPWMxB输出低电平；

- 切换（Toggle）：如果当前EPWMxA或EPWMxB为高电平，则在接收到事件触发信号后，输出切换至低电平；反之，输出切换至高电平；

- 无响应（Do Nothing）：在接收到事件触发后，不对EPWMxA和EPWMxB做任何操作，但是仍然可以触发PIE中断和ADC转换；

这四种输出方式可以用符号的形式表示：

每个符号的上方表示触发事件，下方表示触发动作。例如“CA”表示“时基计数器数值等于CMPA（TBCTR = CMPA）”；“下箭头”表示“清零（Clear Low）”。

则符号表示“当时基计数器数值等于CMPA时，输出PWM波形为低电平”。

图动作模块的触发事件和触发动作

3.1.1 加计数模式下的PWM输出

该模式下PWM周期 = (TBPRD+1) x TTBCLK。PWMxA和PWMxB均为高电平有效（Active High），即输出占空比与CMPA和CMPB成正比。PWMxA和PWMxB分别由CMPA和CMPB设置，当时基计数器数值等于CMPA或CMPB时，PWM波形清零（Clear Low）。

图加计数模式，高电平有效

CCS的代码配置方式如下：

3.1.2 加减计数模式下的PWM输出

该模式下PWM周期 = 2 x TBPRD x TTBCLK。PWMxA和PWMxB均为低电平有效（Active High），即输出占空比与CMPA和CMPB成反比。PWMxA和PWMxB分别由CMPA和CMPB设置，当时基计数器数值等于CMPA或CMPB时，PWM波形清零（Clear Low）。

SCL