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C2000基础-TIM介绍及使用

news 2025/9/19 9:44:31

第五章 TIM介绍及基础使用

1. F28P550的CPU定时器

F28P550的CPU定时器有3个，Timer0、Timer1和Timer2。 它们是完全一样的 32 位计时器，具有可预设定周期 和 16 位时钟预分频。此计时器具有 32 位递减计数寄存器，该寄存器在计数器达到 0 时生成一中断。

计数器以 CPU 时钟速度 除以 预分频值设置 形式递减。当计数器达到 0 时，则自动重新加载 32 位周期值。

CPU 计时器 0 用于普通用途并连接至 PIE 块。

CPU 计时器 1 也用于普通用途，并连接至 CPU 的 INT13。

CPU 计时器 2 为 TI-RTOS 保留。该计时器连接至 CPU 的 INT14。如果未使用 TI-RTOS ，CPU 计时器 2 也可用于普通用途。

CPU 计时器 0 和 CPU 计时器 1 使用的是 SYSCLK 时钟，默认为150MHz。

CPU 计时器 2 的时钟可由下列任一时钟来源：

  • SYSCLK（默认）
  • 内部振荡器 1（INTOSC1）
  • 内部振荡器 2（INTOSC2）
  • X1 (XTAL)

定时器时间换算

假设使用CPU 计时器 0，其使用的时钟源是 SYSCLK，它默认的频率 = 150MHz

period 为设置的定时器周期

Prescaler 为时钟预分频

则定时时间为：

定时时间 = (Period + 1) * (Prescaler + 1) / 定时器频率

2. TIM使用示例

2.1 CCS&syscfg配置

图中，我们配置了 预分频值Prescaler = 0，周期Period = 149,999,999，则定时时间为：

定时时间 = (Period + 1) * (Prescaler + 1) / 定时器频率 = (149,999,999 + 1) * 1 / 150,000,000 = 1 秒

因为计数器是一个向下计数的模式，则计数器从 149,999,999 减到 0 时，一共会花费 1 秒的时间。

每记一个数所花费的时间 = 1 / 预分频后的定时器频率 = 1 / 150,000,000 = 6.6667 纳秒。

因为案例中用到了蓝色LED灯用来展示状态，所以还需要配置LED灯的引脚为输出模式。

2.2 用户代码

//#############################################################################
//
// FILE:   empty_driverlib_main.c
//
//! \addtogroup driver_example_list
//! <h1>Empty Project Example</h1> 
//!
//! This example is an empty project setup for Driverlib development.
//!
//
//#############################################################################
//
//
// 
// C2000Ware v5.05.00.00
//
// Copyright (C) 2024 Texas Instruments Incorporated - http://www.ti.com
//
// Redistribution and use in source and binary forms, with or without 
// modification, are permitted provided that the following conditions 
// are met:
// 
//   Redistributions of source code must retain the above copyright 
//   notice, this list of conditions and the following disclaimer.
// 
//   Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
//   notice, this list of conditions and the following disclaimer in the 
//   documentation and/or other materials provided with the   
//   distribution.
// 
//   Neither the name of Texas Instruments Incorporated nor the names of
//   its contributors may be used to endorse or promote products derived
//   from this software without specific prior written permission.
// 
// THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS 
// "AS IS" AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT 
// LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR
// A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT 
// OWNER OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, 
// SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT 
// LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
// DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
// THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT 
// (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE 
// OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
// $
//#############################################################################//
// Included Files
//
#include "driverlib.h"
#include "device.h"
#include "board.h"
#include "c2000ware_libraries.h"//
// Main
//
void main(void)
{//// Initialize device clock and peripherals//Device_init();//// Disable pin locks and enable internal pull-ups.//Device_initGPIO();//// Initialize PIE and clear PIE registers. Disables CPU interrupts.//Interrupt_initModule();//// Initialize the PIE vector table with pointers to the shell Interrupt// Service Routines (ISR).//Interrupt_initVectorTable();//// PinMux and Peripheral Initialization//Board_init();//// C2000Ware Library initialization//C2000Ware_libraries_init();//// Enable Global Interrupt (INTM) and real time interrupt (DBGM)//EINT;ERTM;while(1){}
}__interrupt void INT_User_TIM0_ISR(void)
{GPIO_togglePin(User_LED);Interrupt_clearACKGroup(INTERRUPT_ACK_GROUP1);
}//
// End of File
//

3. C2000 定时器 (TIMER) 相关函数总结 (基于DriverLib)

注：C2000的定时器系统非常丰富且强大，远超基本的通用定时器概念。它主要包括：

  1. CPU定时器 (CPU Timers)：与C28x内核紧密关联，常用于操作系统节拍或高优先级任务调度。

  2. ePWM模块中的定时器：这是C2000的精髓，每个ePWM模块都包含一个专用的时基模块（TB），用于产生PWM波形的核心时序。（我们将专注于此）

  3. eCAP模块：可配置为捕获模式（测量频率/占空比）或APWM模式（作为一路PWM输出）。
    本总结将重点介绍ePWM的时基模块(TB)，因为它是最常用、最强大的定时器应用形式。

3.1 ePWM时基模块(TB)概述与核心概念

ePWM的时基模块并非一个独立的定时器，而是一个专门为生成同步PWM波形而优化的定时器系统。它可以独立运行，也可以与其他ePWM模块同步，形成复杂的多通道、高精度控制系统。

  • 核心时钟路径：
    HSPCLK -> TBCLK (时基时钟) -> TBCTR (时基计数器) -> 比较匹配 -> 生成事件

  • 主要组件说明：

    组件功能C2000特点
    时基计数器 (TBCTR)核心计数器，在特定模式下循环计数。可配置为递增、递减、先增后减模式。决定了PWM的周期。
    周期寄存器 (TBPRD)设置TBCTR的计数周期值。有影子寄存器，可实现无毛刺的周期更新。
    时基时钟预分频器对HSPCLK进行分频，产生时基时钟TBCLK。可大幅降低计数频率，适应低速控制需求。
    同步输入/输出 (SYNCI/SYNCO)实现多个ePWM模块之间的精确同步。可构建主从模式，确保所有PWM通道的起始点对齐。
    比较寄存器 (CMPA/CMPB)与TBCTR的值进行比较，用于控制PWM占空比。属于动作限定模块(AQ)，但与时基紧密相关。

3.2 ePWM时基模块初始化与配置

  • 核心配置流程（五步关键操作）：

    1. 使能ePWM外设时钟（配置HSPCLK，通常已在时钟初始化中完成）

    2. 配置GPIO复用为ePWM功能（将特定引脚设置为EPWMxA/EPWMxB）

    3. 初始化时基模块参数（时钟分频、计数模式、周期值）

    4. 配置比较模块和动作限定器（设置占空比和输出动作）

    5. （可选）配置同步和中断

  • 基础配置示例（配置ePWM1，产生一个100kHz，50%占空比的PWM）：

    #include "driverlib.h"// 假设HSPCLK = 100MHz (SYSCLK=200MHz / HSPCLKDIV=2)
#define HSPCLK_FREQ_HZ      100000000
#define PWM_FREQ_HZ         100000    // 100 kHz
#define PWM_DUTY_CYCLE      0.5       // 50%void main(void) {uint16_t periodValue, compareValue;// 1. 初始化器件、GPIODevice_init();Device_initGPIO();// ... 确保HSPCLK已正确分频 ...// 2. 配置GPIO引脚为ePWM功能 (以ePWM1A为例, GPIO0)GPIO_setPinConfig(GPIO_0_EPWM1A);// 3. 计算周期值和比较值periodValue = (HSPCLK_FREQ_HZ / PWM_FREQ_HZ) - 1; // TBCLK = HSPCLKcompareValue = (uint16_t)((float)periodValue * PWM_DUTY_CYCLE);// 4. 配置ePWM1的时基模块EPWM_setTimeBasePeriod(EPWM1_BASE, periodValue);   // 设置周期值EPWM_setPhaseShift(EPWM1_BASE, 0);                 // 相位偏移为0EPWM_setTimeBaseCounter(EPWM1_BASE, 0);            // 计数器从0开始EPWM_setTimeBaseCounterMode(EPWM1_BASE, EPWM_COUNTER_MODE_UP); // 递增计数模式EPWM_disablePhaseShiftLoad(EPWM1_BASE);            // 禁用相位重载EPWM_setClockPrescaler(EPWM1_BASE, EPWM_CLOCK_DIVIDER_1,       // TBCLK = HSPCLK / 1EPWM_HSCLOCK_DIVIDER_1);    //// 5. 配置比较模块和动作限定器 (AQ)EPWM_setCounterCompareValue(EPWM1_BASE, EPWM_COUNTER_COMPARE_A, // 使用CMPAcompareValue);// 设置动作：计数器等于CMPA时，EPWM1A输出拉高；计数器等于周期值时，拉低EPWM_setActionQualifierAction(EPWM1_BASE,EPWM_AQ_OUTPUT_A,EPWM_AQ_OUTPUT_HIGH,  // 动作：置高EPWM_AQ_OUTPUT_ON_TIMER_UP_CMPA); // 条件：递增且等于CMPAEPWM_setActionQualifierAction(EPWM1_BASE,EPWM_AQ_OUTPUT_A,EPWM_AQ_OUTPUT_LOW,   // 动作：置低EPWM_AQ_OUTPUT_ON_TIMER_UP_PERIOD); // 条件：递增且等于PRD// 6. 使能ePWM模块输出EPWM_enableOutput(EPWM1_BASE);while(1) {// 主循环中可以动态修改CMPA来改变占空比// EPWM_setCounterCompareValue(EPWM1_BASE, EPWM_COUNTER_COMPARE_A, newCompareValue);// 注意：直接写入CMPA可能有毛刺，高级应用应使用影子寄存器}
}

  • 关键时基配置函数详解：

    函数 (DriverLib)说明参数示例与解释
    EPWM_setTimeBasePeriod(uint32_t base, uint16_t period)设置时基周期值 (TBPRD)。base: EPWM1_BASE, EPWM2_BASE等
    period: 周期计数值，决定PWM频率。
    EPWM_setTimeBaseCounterMode(uint32_t base, EPWM_CounterMode mode)设置计数模式。mode:
    EPWM_COUNTER_MODE_UP (递增)
    EPWM_COUNTER_MODE_DOWN (递减)
    EPWM_COUNTER_MODE_UP_DOWN (先增后减，中心对称PWM)
    EPWM_setClockPrescaler(uint32_t base, EPWM_ClockDivider clkDiv, EPWM_HSCLOCKDivider hsClkDiv)设置时基时钟预分频。clkDiv: TBCLK分频 (EPWM_CLOCK_DIVIDER_1~32)
    hsClkDiv: High-speed pre-divider (EPWM_HSCLOCK_DIVIDER_1~16)
    TBCLK = HSPCLK / (hsClkDiv * clkDiv)
    EPWM_setTimeBaseCounter(uint32_t base, uint16_t count)设置时基计数器的初始值。count: 初始计数值，通常设为0。
    EPWM_setPhaseShift(uint32_t base, uint16_t phase)设置相位偏移值。用于模块间同步。phase: 相位偏移计数值。

3.3 计数模式与PWM生成

ePWM的时基计数器模式直接决定了PWM的类型。

  • 递增计数模式 (Up-Count)：

    • 波形：不对称PWM。

    • 特点：计数器从0到TBPRD。常用于电源控制（如Buck、Boost转换器），因为开关事件可以集中在周期的一端。

    • 占空比计算：占空比 = CMPA / TBPRD

  • 递减计数模式 (Down-Count)：

    • 波形：不对称PWM。

    • 特点：计数器从TBPRD到0。不常用，但有时用于特定拓扑。

    • 占空比计算：占空比 = 1 - (CMPA / TBPRD)

  • 先增后减计数模式 (Up-Down-Count)：

    • 波形：对称（中心对齐）PWM。

    • 特点：计数器从0到TBPRD再回到0。常用于电机驱动和逆变器，因为谐波特性更好。每个周期有两次比较匹配。

    • 占空比计算：占空比 = (2 * CMPA) / (2 * TBPRD) = CMPA / TBPRD (但有效频率为 Fpwm = TBCLK / (2 * TBPRD))

3.4 高级功能与特性

  • 影子寄存器与无毛刺更新：
    为了在PWM运行时安全地更新周期或比较值，避免产生毛刺脉冲，必须使用影子寄存器。

    // 配置CMPA使用影子寄存器，在CTR=0（周期点）时自动加载
EPWM_setCounterCompareShadowLoadMode(EPWM1_BASE,EPWM_COUNTER_COMPARE_A,EPWM_COMP_LOAD_ON_CNTR_ZERO); // 在计数器为0时加载// 安全地更新占空比（新值会先写入影子寄存器，在下一个周期生效）
EPWM_setCounterCompareValue(EPWM1_BASE, EPWM_COUNTER_COMPARE_A, newCompareValue);

  • 同步 (Synchronization)：
    多个ePWM模块可以同步，确保所有PWM波形具有一致的起始点。

    // 配置ePWM1为主模块，输出同步脉冲
EPWM_setSyncOutPulseMode(EPWM1_BASE, EPWM_SYNC_OUT_PULSE_ON_CNTR_ZERO);// 配置ePWM2为从模块，使用ePWM1的同步脉冲作为其同步输入
EPWM_setSyncInputPulseSource(EPWM2_BASE, EPWM_SYNC_IN_PULSE_SRC_EPWM1SYNCOUT);
EPWM_allowSyncOutPulse(EPWM2_BASE); // 允许同步事件复位它的计数器

  • 时基中断：
    时基模块可以在特定时间点产生中断，例如在周期开始或结束时。

    // 使能时基周期中断（在每个PWM周期开始时产生中断）
EPWM_enableInterrupt(EPWM1_BASE);
EPWM_setInterruptSource(EPWM1_BASE, EPWM_INT_TBCTR_ZERO); // 中断源：计数器等于0
EPWM_setInterruptEventCount(EPWM1_BASE, 1); // 每1个事件产生一次中断// 注册PIE中断服务函数 (ePWM1中断属于INT3.1)
Interrupt_register(INT_EPWM1, &epwm1ISR);
Interrupt_enable(INT_EPWM1);

3.5 使用示例（电机驱动三相PWM）

示例：配置ePWM1/2/3，产生三相对称PWM，相位互差120度
#include "driverlib.h"#define PWM_FREQ_HZ        20000    // 20kHz开关频率
#define HSPCLK_FREQ_HZ     100000000 // 100MHz
#define TBPRD_VALUE        (HSPCLK_FREQ_HZ / (2 * PWM_FREQ_HZ) - 1) // 用于Up-Down模式
#define PHASE_SHIFT_120    ( (2 * TBPRD_VALUE + 1) / 3 ) // 计算120度相位差对应的计数值void main(void) {Device_init();Device_initGPIO();Device_initPWM();// 配置GPIO为ePWM功能 (GPIO0/1->ePWM1A/B, GPIO2/3->ePWM2A/B, GPIO4/5->ePWM3A/B)GPIO_setPinConfig(GPIO_0_EPWM1A);GPIO_setPinConfig(GPIO_2_EPWM2A);GPIO_setPinConfig(GPIO_4_EPWM3A);// 配置ePWM1为主模块_initEPWMModule_(EPWM1_BASE, 0, TBPRD_VALUE); // 相位偏移为0EPWM_setSyncOutPulseMode(EPWM1_BASE, EPWM_SYNC_OUT_PULSE_ON_CNTR_ZERO);// 配置ePWM2为从模块，相位偏移120度_initEPWMModule_(EPWM2_BASE, PHASE_SHIFT_120, TBPRD_VALUE);EPWM_setSyncInputPulseSource(EPWM2_BASE, EPWM_SYNC_IN_PULSE_SRC_EPWM1SYNCOUT);EPWM_allowSyncOutPulse(EPWM2_BASE);// 配置ePWM3为从模块，相位偏移240度_initEPWMModule_(EPWM3_BASE, (2 * PHASE_SHIFT_120), TBPRD_VALUE);EPWM_setSyncInputPulseSource(EPWM3_BASE, EPWM_SYNC_IN_PULSE_SRC_EPWM1SYNCOUT);EPWM_allowSyncOutPulse(EPWM3_BASE);while(1) {// 主循环中可以通过CLB、SPI或软件更新CMPA/CMPB值，实现SVPWM或正弦PWM调制}
}// ePWM模块初始化函数（公用）
void _initEPWMModule_(uint32_t base, uint16_t phase, uint16_t period) {EPWM_setTimeBasePeriod(base, period);EPWM_setPhaseShift(base, phase);EPWM_setTimeBaseCounter(base, 0);EPWM_setTimeBaseCounterMode(base, EPWM_COUNTER_MODE_UP_DOWN); // 中心对称模式EPWM_setClockPrescaler(base, EPWM_CLOCK_DIVIDER_1, EPWM_HSCLOCK_DIVIDER_1);// ... 还需要配置动作限定器(AQ)来生成PWM ...
}

4. 关键注意事项

  1. 时钟源HSPCLK：ePWM的时基时钟TBCLK来源于HSPCLK。确保HSPCLK的频率正确配置和分频是计算PWM频率的基础。

  2. 影子寄存器：在电机驱动、数字电源等对波形完整性要求极高的应用中，必须使用影子寄存器来更新CMPA、CMPB和TBPRD，以避免灾难性的毛刺。

  3. 死区时间：上述示例未配置死区时间。在实际的半桥或全桥电路中，必须使用ePWM的死区子模块(DB) 来生成互补带死区的PWM对，防止上下管直通。

  4. 计数模式选择：

  • UP/DOWN模式：用于电机驱动，谐波更小。

  • UP模式：用于开关电源，控制更简单。

  1. 精度与频率：PWM频率和占空比的精度由TBCLK的频率和TBPRD的值决定。TBCLK越高，TBPRD越大，精度越高，但会限制最高PWM频率。需要在分辨率和频率之间权衡。

  2. 模拟比较器与跳变区域：ePWM可以与C2000内部的模拟比较器联动，实现过流保护等功能的硬件级快速关断（Trip Zone），响应速度远快于软件中断。这是C2000用于实时控制的关键安全特性。

文中完整参考代码：https://github.com/hazy1k/C2000-Quick-Start-Guide-CCS/tree/main/TMS320F28P550/2.code

http://www.dtcms.com/a/389858.html

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