【中微半导体】BAT32G139GK48FA 定时器B输入捕获测速(寄存器TBSR/TBIER/TB/TBGRA/TBGRC)

//步进电机控制输出IO宏定义变量
#define StepA  PORTCbits.RC6   //宏定义输出控制 RC6变量（步进电机驱动A）
#define StepB  PORTCbits.RC7   //宏定义输出控制 RC7变量（步进电机驱动B）
#define StepC  PORTCbits.RC8   //宏定义输出控制 RC8变量（步进电机驱动C）
#define StepD  PORTCbits.RC9   //宏定义输出控制 RC9变量（步进电机驱动D）/*------------------------------------------------------------------------------*/
/*------------------------------------------------------------------------------*/
#define  Motor_Step_Driver_Freq                             (2)
#define  CM_Engine_Pole_Pairs                               (7)
#define  CM_RPM_BASE_Value                                  (4600)
#define  CM_RPM_BASE                                        (114)  //4600   (4096 / 4600 * 128 = 114)
#define  R_GQ                                               (7)
#define  Protect_Idle_Rpm                                   ((3850L*CM_RPM_BASE)>>R_GQ)   //3720
#define  CM_Engine_Speed_RefMAX                             (( 5600UL * CM_RPM_BASE ) >> R_GQ)	//参考转速最大值限制//   RPM =  (60 * f) / 7极对数
#define ECAP_VALUE_FREQ_LIMIT_UP                            (26666)//300hz   2571RPM     8M  1/8us      
#define ECAP_VALUE_FREQ_LIMIT_DOWN                          (10428)  // 	700Hz时的周期数       6000rpm      
/*-----------------------------------------------------------------------------*/

/*************************************************
Description: TMB_InputCapture_Init
Input      : 
Return     : 
Others     : 用于发电机转速信号捕获
*************************************************/
void TMB_InputCapture_Init(void)
{/*(1)设置TMB_InputCapture的时钟*/CGC->PER1 |= CGC_PER1_TMBEN_Msk;     /* enables input clock supply */TMB->TBMR &= (uint8_t)~_80_TMB_COUNT_START;TMB->TBCR = _00_TMB_CLEAR_DISABLEED  | _00_TMB_COUNT_RISING | _03_TMB_fCLK_8_SELECTED;  //时钟8分频，上升沿计数  64M/8 = 8MTMB->TBMR = _00_TMB_SIGNALB_SELECTED | //选择外部输入信号1/数字滤波器通过信号1。_00_TMB_INCREMENT_MODE   |  //递增计数_00_TMB_TBIOA_FILTER_UNUSED| //	TBIO0引脚的数字滤波器功能的选择_10_TMB_fCLK_8_SELECTED  | //数字滤波器功能所用时钟的选择_00_TMB_TIMER_MODE;        //定时器模式  /*(2)设置TMB_InputCapture捕获配置模式*/
//    TMB->TBIOR |= _80_TMB_TBGRB_REGISTER_USED | _40_TMB_TBGRB_INPUT_CAPTURE ;  //TBGRB配置为输入捕捉功能  ，使用缓冲寄存器，TBIO1的上升沿TMB->TBIOR = _08_TMB_TBGRA_REGISTER_USED | _04_TMB_TBGRA_INPUT_CAPTURE; //TBGRA配置为输入捕捉功能  ，使用缓冲寄存器，TBIO0的上升沿/*(4)设置TMB_InputCapture捕获中断*/	INTC_DisableIRQ(TMB_IRQn);/* disable INTTMB interrupt */INTC_ClearPendingIRQ(TMB_IRQn);/* clear INTTMB interrupt flag */TMB->TBIER = _08_TMB_INTERRUPT_TBOVF_ENABLE  | _01_TMB_INTERRUPT_TBIMFA_ENABLE;//配置中断允许寄存器	/*(5)设置TMB_InputCapture中断优先级*/	NVIC_SetPriority(TMB_IRQn,3);/*(6)配置输入源IO端口模式*/	/* Set TBIO0 pin */PORT->PM5 |= 0x01U; // P50   输入模式//		/* Set TBIO1 pin */
//		PORT->PM5 |= 0x02U; // P51   输入模式/*(7)开启TMB_InputCapture模块*/	TMB0_Start();	 	 		 
}

/*************************************************
Description: tmb0_interrupt
Input      : 
Return     : 
Others     : IC2捕获中断：获取发电机转速
*************************************************/
static void tmb0_interrupt(void)
{uint32_t Temp_AA;uint32_t Temp_BB;uint8_t tbsr_temp,tbier_temp; INTC_ClearPendingIRQ(TMB_IRQn); /* clear INTTMB interrupt flag */tbsr_temp = TMB->TBSR;tbier_temp = TMB->TBIER;TMB->TBIER = 0x00U; // 关闭中断  TBIER 允许寄存器// TBSR 定时器B状态寄存器// 当定时器B计数器(TB)上溢发生时,TBSR 寄存器的 TBOVF 位置1if ((TMB->TBSR & _08_TMB_REGISTER_OVERFLOW) == _08_TMB_REGISTER_OVERFLOW) // 溢出处理 TBOVF 是 TBSR 的溢出标志{TMB->TBSR = tbsr_temp & (uint8_t)~_08_TMB_REGISTER_OVERFLOW;g_tmb_overflow_count_a += 1UL;}#if 1if ((TMB->TBSR & _01_TMB_INTERRUPT_TBIMFA_ENABLE) == _01_TMB_INTERRUPT_TBIMFA_ENABLE) // TBIMFA 是 TBIO0 (测速)引脚的输入边沿 P50 引脚{TMB->TBSR = tbsr_temp & ~_01_TMB_INTERRUPT_TBIMFA_ENABLE;g_tmb_intTaken_a++;if (g_tmb_overflow_count_a == 0UL){g_tmb_active_width_a = (TMB->TBGRA - TMB->TBGRC);		// TBGRC 是 TBGRA的缓冲寄存器, 			}else{g_tmb_active_width_a = (TMB->TBGRA - TMB->TBGRC) + (0x10000UL * g_tmb_overflow_count_a);//TMB->TBGRC为上一下的值g_tmb_overflow_count_a = 0UL;					}}s32_GeneratorcapvalCal     = g_tmb_active_width_a;//捕获As32_GeneratorcapvalCaltemp = s32_GeneratorcapvalCal;if ( s32_GeneratorcapvalCal >   ECAP_VALUE_FREQ_LIMIT_UP )  s32_GeneratorcapvalCal  = ECAP_VALUE_FREQ_LIMIT_UP;if ( s32_GeneratorcapvalCal < ECAP_VALUE_FREQ_LIMIT_DOWN )  s32_GeneratorcapvalCal  = s32_GeneratorcapvalCal_OLd;s32_GeneratorcapvalCal_OLd  = s32_GeneratorcapvalCal;Temp_AA = ( ( 480000000L/CM_Engine_Pole_Pairs )) >> R_GQ;	//   (8MHz)*60=360 000 000       例：5000RPM * 114 >> 7  5000RPM * CM_RPM_BASE >> R_GQTemp_BB = ( Temp_AA	* CM_RPM_BASE );// >> R_GQ;Temp_AA = s32_GeneratorcapvalCal ;   s16_GeneratorfreVal = ( Temp_BB / Temp_AA );if(s16_GeneratorfreVal_Old > 2862)//不等于最低转速时启用{ if((s16_GeneratorfreVal - s16_GeneratorfreVal_Old > 350 ||s16_GeneratorfreVal - s16_GeneratorfreVal_Old < -350) && ADSample_Info.Bus_Vol_Filiter_AD > 2730)s16_GeneratorfreVal = s16_GeneratorfreVal_Old;}s16_GeneratorfreVal_Old = s16_GeneratorfreVal;GeneratorfreFilter.half.hWord = (((uint32_t)GeneratorfreFilter.half.hWord * 1093)  + ((uint32_t)s16_GeneratorfreVal * 3003) ) >> 12;//采集的转速一阶低通滤波    if(count_flag >= SpeedSampleCount)    count_flag = 0;s16_GeneratorfreVal_Array[count_flag] = GeneratorfreFilter.half.hWord;count_flag ++;	#endifTMB->TBIER = tbier_temp;}

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初始化 + 中断采集 + 宏定义全部串起来，做一份“从硬件到公式到变量流”的完整解析。看完你就能对TMB 定时器如何采集转速、数据怎么流转、每一步算法在做什么心里有数。

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一、硬件与时序基础

• 计数时钟：TMB->TBCR 配成 fCLK/8。你注释写明主时钟 64 MHz，因此 计数频率 = 8 MHz，计数分辨率 = 1/8 µs = 0.125 µs = 125 ns/计数。
• 捕获通道：TMB->TBIOR 使用 TBGRA 做输入捕获，TBIO0(P50) 上升沿触发。
• 测量量：连续两次上升沿之间的计数差（含溢出补偿）= 输入信号的电角周期。
• 寄存器与位宽：捕获寄存器是 16 位（你用 0x10000UL * 溢出次数 补偿），所以需要溢出记数。

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二、初始化做了什么（TMB_InputCapture_Init）

1. 开时钟/停计数：
   CGC->PER1 |= TMBEN 使能模块 → TMB->TBMR 清计数开始位，先停止定时器再配。

2. 计数模式：
   TMB->TBCR = 上升沿计数 + fCLK/8；TMB->TBMR = 递增计数 + (未用TBIOA滤波)。

3. 捕获选择：
   TMB->TBIOR = TBGRA 作为输入捕获（TBIO0 上升沿），带缓冲（降低丢样风险）。

4. 中断：
   开 溢出中断（TBOVF）+ 捕获 A 中断（TBIMFA），设置 NVIC 优先级。

5. 引脚：
   P50 输入模式（TBIO0）。

6. 启动：
   TMB0_Start()，开始计数、等待外部脉冲。

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三、中断里怎么“量周期”（tmb0_interrupt）

1. 关中断、拍快照、清挂起：
   防重入 → 读取 TBSR/TBIER 暂存 → TBIER=0 关所有 TMB 中断。

2. 溢出处理：

if (TBSR & OVERFLOW) {清标志;g_tmb_overflow_count_a++;
}

• 脉冲周期很长（低速）时，16 位计数会绕回，用溢出计数补偿。

3. 捕获事件（上升沿到来）：

清 TBIMFA 标志;
if (g_tmb_overflow_count_a == 0)g_tmb_active_width_a = TBGRA - TBGRC;
elseg_tmb_active_width_a = (TBGRA - TBGRC) + 0x10000 * g_tmb_overflow_count_a;
g_tmb_overflow_count_a = 0;

• TBGRA=本次时间戳，TBGRC=上次时间戳（硬件缓冲/影子寄存器）。
• 差值 + 溢出补偿 = 本周期计数值（capture_counts）。

4. 原始周期到工作周期（限幅/防抖）：

s32_GeneratorcapvalCal = g_tmb_active_width_a;if (capval > ECAP_VALUE_FREQ_LIMIT_UP)    capval = ECAP_VALUE_FREQ_LIMIT_UP;   // 下限转速饱和
if (capval < ECAP_VALUE_FREQ_LIMIT_DOWN)  capval = capval_old;                 // 过高转速丢弃
capval_old = capval;

• 你设置了有效频率窗：

  • ECAP_VALUE_FREQ_LIMIT_UP = 26666 → 对应 300 Hz（≈2571 rpm）
  • ECAP_VALUE_FREQ_LIMIT_DOWN = 10428 → 你注释写“700 Hz=6000 rpm”。按 8 MHz，700 Hz 的周期应是 11429 计数，10428 对应 ≈ 767 Hz（≈ 6571 rpm）。这儿建议你核对一下常量或注释是否笔误。

• 逻辑意图：低速(<≈2571 rpm)直接饱和到下限；高速(>≈6000 rpm)则忽略本次更新（保持旧值）。

  区间锁定可保证控制算法处于有效速度窗内运行，避免极低/极高转速对后级环节造成干扰。

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四、从“周期计数”算到“转速值”

核心代码：

Temp_AA = ((480000000L / CM_Engine_Pole_Pairs)) >> R_GQ;  // 480e6 = 60 * 8e6
Temp_BB = (Temp_AA * CM_RPM_BASE);
s16_GeneratorfreVal = Temp_BB / capval;                   // capval=本周期计数

把它化简成数学式（全部是整数定点运算）：

• 已知：

  • 计数时钟 f_cnt = 8 MHz
  • 电频率 f_elec = f_cnt / capval
  • 机械转速（RPM）：$\text{RPM}=\frac{60\cdot f_{elec}}{\text{PolePairs}}$

• 你的定标/量化：

  • R_GQ = 7 → 右移 7，相当于除以 $2^7=128$
  • CM_RPM_BASE = 114（来自 $4096/4600\times 128\approx 114$）

• 组合得到：

$$\begin{array}{rl}s16\_GeneratorfreVal& =\frac{\left(\frac{60\cdot f_{cnt}}{\text{PolePairs}}\right)\cdot CM\_RPM\_BASE/2^{R\_GQ}}{capval}\\ & =\frac{K}{capval},\end{array}$$

其中

$$K=\lfloor \frac{60\cdot 8,000,000}{\text{PolePairs}}\rfloor \gg 7\times CM\_RPM\_BASE$$

把你的参数代入（PolePairs=7，R_GQ=7，CM_RPM_BASE=114）：

• $(480000000/7)\gg 7=535714$
• $K=535714\times 114=61071396$

所以：

$$\boxed{s16\_GeneratorfreVal\approx \lfloor \frac{61,071,396}{capval}\rfloor }$$

这是定标后的转速值，不是“真 RPM”。它与真值的线性换算关系见下。

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五、定标量纲与“真 RPM”换算

你把 RPM 做了定点缩放：

$$s16\approx \text{RPM}\times \frac{CM\_RPM\_BASE}{2^{R\_GQ}}=\text{RPM}\times \frac{114}{128}=\text{RPM}\times 0.890625$$

所以：

• 由 s16 得 RPM：$\text{RPM}\approx s16\times \frac{128}{114}\approx s16\times 1.1228$
• 由 RPM 得 s16：$s16\approx \text{RPM}\times 0.890625$

例子（用上面的 K 值计算）：

场景	周期计数 capval	s16 计算	换算真 RPM
300 Hz（≈2571 rpm）	26666	61071396 / 26666 = 2290	2290×128/114 ≈ 2571 rpm
约 4000 rpm	17143	61071396 / 17143 = 3562	3562×128/114 ≈ 3999 rpm
你宏里 10428	10428	5856	5856×128/114 ≈ 6575 rpm（对应≈767 Hz）

再次提示：如果你要把“上限”严格卡在 6000 rpm（700 Hz @ 7 极对数），ECAP_VALUE_FREQ_LIMIT_DOWN 应为 11429 左右，而不是 10428。

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六、瞬态抑制（跳变过滤）与一阶低通

1. 跳变抑制（只在一定速度以上才启用）：

if (s16_old > 2862) { // 约 3213 rpm（=2862×128/114）if (|s16 - s16_old| > 350  且  母线电压AD > 2730) s16 = s16_old;  // 认为是毛刺/异常，丢弃
}
s16_old = s16;

• 350 的阈值在真 RPM 中 ≈ $350\times 128/114\approx 393\text{rpm}$。
• 带上母线电压判据（AD>2730）进一步减少误判。

2. 一阶 IIR 低通（平滑噪声/抖动）：

y = (y_prev*1093 + x*3003) >> 12; // 1093+3003 = 4096

• 归一化后：$y=0.267y_{-1}+0.733x$（较快响应、适中平滑）。

3. 环形缓冲：
   把滤波后的 s16 值存进 s16_GeneratorfreVal_Array[10]，10 点窗口（SpeedSampleCount=10）可用于后续均值/统计。

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七、宏参数的作用与“速度窗”

#define CM_Engine_Pole_Pairs   (7)          // 极对数，决定电频/机频换算
#define R_GQ                    (7)          // 定点右移位数（Q 格式）
#define CM_RPM_BASE             (114)        // 定点比例子
#define Protect_Idle_Rpm        ((3850*114)>>7)  // ≈3428（真RPM≈3850）—保护/怠速门槛
#define CM_Engine_Speed_RefMAX  ((5600*114)>>7)  // ≈4988（真RPM≈5600）—参考速度上限
#define ECAP_VALUE_FREQ_LIMIT_UP   (26666)   // 300 Hz（≈2571 rpm）以下饱和到此
#define ECAP_VALUE_FREQ_LIMIT_DOWN (10428)   // 建议核对，应为 ~11429 对应 700 Hz/6000 rpm

• 速度窗（有效采样区间） ≈ 2571–6000 rpm：

  • 低于下限：直接压到 2571 rpm 等效值（通过把周期 capval 压到 26666）。
  • 高于上限：忽略本次更新（保持上一次值）。

• 控制环配合：上游测速限幅 + 下游 PI/表格（P_table/Q_table）通常会期望速度处于这个窗内，便于稳定控制。

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八、变量数据如何流动（要点对照表）

变量/寄存器	含义
TBGRA / TBGRC	本次/上次捕获时间戳（16 位）
g_tmb_overflow_count_a	期间发生的 16 位溢出次数
g_tmb_active_width_a	本周期计数 = (TBGRA - TBGRC) + 0x10000×溢出
s32_GeneratorcapvalCal	经过限幅/防抖后的有效周期计数
s16_GeneratorfreVal	定标后的转速值（≈ RPM×114/128）
s16_GeneratorfreVal_Old	上一次定标转速，用于跳变抑制
GeneratorfreFilter.half.hWord	一阶低通滤波输出（仍是定标转速）
s16_GeneratorfreVal_Array[10]	最近 10 个滤波后的定标转速样本
ADSample_Info.Bus_Vol_Filiter_AD	母线电压判断门槛（>2730 才启用跳变抑制）

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九、整体流程图

flowchart TD
A[中断入口: tmb0_interrupt] --> B[读 TBSR/TBIER 快照, 关闭 TMB 中断]
B --> C{TBSR 溢出标志?}
C -- 是 --> C1[清溢出标志; g_overflow++ ] --> D
C -- 否 --> D[检查捕获标志(TBIMFA)]
D -- 发生 --> E[清捕获标志; g_intTaken_a++]
E --> F{g_overflow == 0?}
F -- 是 --> G[cap = TBGRA - TBGRC]
F -- 否 --> H[cap = (TBGRA - TBGRC) + 0x10000 * g_overflow; g_overflow=0]
G --> I[capval = cap]
H --> I[capval = cap]
I --> J{capval > ECAP_UP(26666)?}
J -- 是 --> J1[capval = 26666(≈2571rpm)]
J -- 否 --> K{capval < ECAP_DOWN?}
K -- 是 --> K1[capval = capval_old(忽略本次)]
K -- 否 --> L[capval_old = capval]
J1 --> L
K1 --> L
L --> M[s16 = floor(K / capval), K=61071396]
M --> N{s16_old > 2862(≈3213rpm)?}
N -- 是 --> O{|s16-s16_old|>350 且 母线AD>2730?}
O -- 是 --> O1[s16 = s16_old]
O -- 否 --> P[保持 s16]
N -- 否 --> P
O1 --> Q
P --> Q[ s16_old = s16 ]
Q --> R[LPF: y = (y*1093 + s16*3003)>>12 ]
R --> S[写入环形缓冲数组]
S --> T[恢复 TBIER, 退出中断]

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十、校核与建议

1. 上限常量核对：如需严格卡 6000 rpm，ECAP_VALUE_FREQ_LIMIT_DOWN 应按 8e6/700 ≈ 11429 设置；你现在的 10428 对应 ≈ 6575 rpm。

2. 定点精度：目前先除后移再乘，已尽量避免溢出；如要更精确可用 64 位：

   uint64_t K = ( (uint64_t)60 * 8000000 * CM_RPM_BASE ) >> R_GQ;
   K /= CM_Engine_Pole_Pairs;
   s16 = (uint16_t)(K / capval);
   

3. 低速可测范围：低于 ≈2571 rpm 被强制饱和，如需更低速测量，要调大 ECAP_VALUE_FREQ_LIMIT_UP（对应更长周期）。

4. 输入去抖/数字滤波：现在 TBIOA 滤波未开，若前端传感器有毛刺，可适度开启数字滤波以改善 |Δs16|>350 的毛刺触发概率。

5. 单位转换：需要真 RPM 时，用 rpm ≈ s16 * 128 / 114，并注意整数四舍五入。

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也可以把这套公式做成可直接拷进工程的注释+调参建议表（比如如何把速度窗改到 1500–7000 rpm、LPF 系数如何改快/改稳等），或者把上面的 Mermaid 进一步拆成“初始化/中断/计算”三张图，便于写文档。