ESP32 单片机学习笔记 - 03 - MCPWM脉冲输出/PCNT脉冲计数

Posted 2021-07-11 L建豪忄YH

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了ESP32 单片机学习笔记 - 03 - MCPWM脉冲输出/PCNT脉冲计数相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

ESP32 单片机学习笔记 - 03 - MCPWM脉冲输出/PCNT脉冲计数

前言，继续上一篇的内容。因为上一篇刚好实验了iic和spi，形成一对。接下来讲pwm另起一篇。

目录

ESP32 单片机学习笔记 - 03 - MCPWM脉冲输出/PCNT脉冲计数
一、电机PWM输出 - MCPWM
1) 引脚初始化 gpio_init
2）配置模块 config
3）PWM控制

二、编码器脉冲输入 - Pulse Counter
1) 配置 Configuration
2) 操作计数器 Operating the Counter
3) 过滤脉冲 Filtering Pulses
4) 使用中断 Using Interrupts
5）旋转编码器的例子 Rotary Encoder Example
6）自己测试

一、电机PWM输出 - MCPWM

官方例程： esp-idf/examples/peripherals/mcpwm/mcpwm_basic_config/，官方有4个例程，我先看了这个，这个例程对 mcpwm模块的所有功能的配置过程和使用方法都有举例。开始就结合这个例程和编程指南一起看。
官方指南： MCPWM，虽然这次也是全英文的，不过感觉搭配例程来看还是很清晰的。
数据手册： ESP32 技术参考手册 (PDF)，第十六章的：电机控制脉宽调制器 (PWM)。

首先，结合下图“ MCPWM 外设概览”介绍一下要用到的术语名词：(手册写的很简洁：每个 MCPWM 外设都有一个时钟分频器（预分频器），三个 PWM 定时器，三个 PWM 操作器和一个捕获模块。)

首先，整个模块和 APB BUS 总线挂钩，时钟信号由 CLK_106M 输入到 clock prescaler 时钟预分频器。
MCPWM 有3个TIMER x 定时器模块(0-2)，可以外部输入3个 SYNC x 同步信号(0-2)，可以给3个 OPERATOR x 操作器模块(0-2)使用，使其生成2路 PWM x A/B 脉冲信号。
还有 FAULT DETECT 故障检测模块，可以外部输入3个 FAULT x 触发(0-2)引脚，来触发故障。同理还有 CAPTURE 捕获模块，可外部输入 CAP x 信号(0-2)，模块可捕获其脉冲持续时间。
最后，大部分功能都可以链接 INTERRUPTS 中断使用。

吐槽一下命名：TIMER x PWM定时器模块和 OPERATOR x PWM操作器模块。具体功能在技术手册有详细介绍。两者功能组合配置pwm的功能。
另一个好奇就是，我没看到引脚定义里有专门标着pwm的引脚，加上例程中的宏定义命名。这个pwm输出引脚莫非是可以链接到任意引脚的？好方便啊。

在这里插入图片描述

1) 引脚初始化 gpio_init

第一步，要先初始化所有引脚，可选择使用单独设置函数，一个个设置，也可以调用结构体一次性初始化所有引脚。其中，外部输入信号的引脚（CAP、SYNC、FAULT）还需要调用函数使能。
ESP32中好像有2个 MCPWM 单元，也就是每个单元都有上图中全部的东西。又因为“通过配置，任一 PWM 操作器可以使用任一 PWM 定时器的定时参考。”（技术手册写的），不过，“为了简化API，每个Timer被API自动关联，以驱动同一个索引的Operator，例如Timer 0与Operator 0关联。”（编程指南写的）。所以调用esp-idf的api时，不需要再把定时器和操作器放开选择，api已经一一对应选择上了。我们只需要选择哪个MCPWM单元，和哪个MCPWM定时器模块就好了。

static void mcpwm_example_gpio_initialize(void)
{
    printf("initializing mcpwm gpio...\\n");
#if MCPWM_GPIO_INIT   // 选择使用哪个函数来初始化gpio信号
    mcpwm_gpio_init(MCPWM_UNIT_0, MCPWM0A, GPIO_PWM0A_OUT); // 该函数初始化MCPWM的每个gpio信号。
    mcpwm_gpio_init(MCPWM_UNIT_0, MCPWM0B, GPIO_PWM0B_OUT); // 这个函数每次初始化一个gpio。
    mcpwm_gpio_init(MCPWM_UNIT_0, MCPWM1A, GPIO_PWM1A_OUT); // mcpwm_num:设置MCPWM单元(0-1)
    mcpwm_gpio_init(MCPWM_UNIT_0, MCPWM1B, GPIO_PWM1B_OUT); // io_signal:设置MCPWM信号，每个MCPWM单元有6个输出(MCPWMXA, MCPWMXB)和9个输入(SYNC_X, FAULT_X, CAP_X)其中X是timer_num(0-2)
    mcpwm_gpio_init(MCPWM_UNIT_0, MCPWM2A, GPIO_PWM2A_OUT); // gpio_num:设置为MCPWM配置gpio，如果你想使用gpio16, gpio_num = 16
    mcpwm_gpio_init(MCPWM_UNIT_0, MCPWM2B, GPIO_PWM2B_OUT);
    mcpwm_gpio_init(MCPWM_UNIT_0, MCPWM_CAP_0, GPIO_CAP0_IN); // 总结： mcpwm_gpio_init 函数可用来初始化当个引脚的pwm，简易快速的指定 MCPWM单元(0/1) 和 输出模块(A/B)，还有引脚。
    mcpwm_gpio_init(MCPWM_UNIT_0, MCPWM_CAP_1, GPIO_CAP1_IN);
    mcpwm_gpio_init(MCPWM_UNIT_0, MCPWM_CAP_2, GPIO_CAP2_IN);
    mcpwm_gpio_init(MCPWM_UNIT_0, MCPWM_SYNC_0, GPIO_SYNC0_IN);
    mcpwm_gpio_init(MCPWM_UNIT_0, MCPWM_SYNC_1, GPIO_SYNC1_IN);
    mcpwm_gpio_init(MCPWM_UNIT_0, MCPWM_SYNC_2, GPIO_SYNC2_IN);
    mcpwm_gpio_init(MCPWM_UNIT_0, MCPWM_FAULT_0, GPIO_FAULT0_IN);
    mcpwm_gpio_init(MCPWM_UNIT_0, MCPWM_FAULT_1, GPIO_FAULT1_IN);
    mcpwm_gpio_init(MCPWM_UNIT_0, MCPWM_FAULT_2, GPIO_FAULT2_IN);
#else
    mcpwm_pin_config_t pin_config = {
        .mcpwm0a_out_num = GPIO_PWM0A_OUT,   // 使用结构体快速一次性指定多个引脚，然后使用初始化函数一次完成。
        .mcpwm0b_out_num = GPIO_PWM0B_OUT,  
        .mcpwm1a_out_num = GPIO_PWM1A_OUT,   // 惊奇的发现，如果跳转过去看的话，其实 mcpwm_set_pin() 函数里就是调用了一堆 单独设置函数 ……
        .mcpwm1b_out_num = GPIO_PWM1B_OUT,
        .mcpwm2a_out_num = GPIO_PWM2A_OUT,
        .mcpwm2b_out_num = GPIO_PWM2B_OUT,
        .mcpwm_sync0_in_num  = GPIO_SYNC0_IN,
        .mcpwm_sync1_in_num  = GPIO_SYNC1_IN,
        .mcpwm_sync2_in_num  = GPIO_SYNC2_IN,
        .mcpwm_fault0_in_num = GPIO_FAULT0_IN,
        .mcpwm_fault1_in_num = GPIO_FAULT1_IN,  // 如果有不使用的引脚，要配置 -1 。（或者直接不写也可以，如果是负值会被忽略，如果不填应该就是指 IO0 了？？？）
        .mcpwm_fault2_in_num = GPIO_FAULT2_IN,  // 毕竟 mcpwm_set_pin 源函数是很简单粗暴的调用了 mcpwm_gpio_init 来初始化
        .mcpwm_cap0_in_num   = GPIO_CAP0_IN,
        .mcpwm_cap1_in_num   = GPIO_CAP1_IN,
        .mcpwm_cap2_in_num   = GPIO_CAP2_IN
    };
    mcpwm_set_pin(MCPWM_UNIT_0, &pin_config); // 设置MCPWM单元(0 - 1) MCPWM销结构
#endif
	// 使能下拉CAP0信号
    gpio_pulldown_en(GPIO_CAP0_IN);    //Enable pull down on CAP0   signal
    gpio_pulldown_en(GPIO_CAP1_IN);    //Enable pull down on CAP1   signal
    gpio_pulldown_en(GPIO_CAP2_IN);    //Enable pull down on CAP2   signal
    gpio_pulldown_en(GPIO_SYNC0_IN);   //Enable pull down on SYNC0  signal
    gpio_pulldown_en(GPIO_SYNC1_IN);   //Enable pull down on SYNC1  signal
    gpio_pulldown_en(GPIO_SYNC2_IN);   //Enable pull down on SYNC2  signal
    gpio_pulldown_en(GPIO_FAULT0_IN);  //Enable pull down on FAULT0 signal
    gpio_pulldown_en(GPIO_FAULT1_IN);  //Enable pull down on FAULT1 signal
    gpio_pulldown_en(GPIO_FAULT2_IN);  //Enable pull down on FAULT2 signal
}

2）配置模块 config

mcpwm 配置，最基本的pwm输出（这一部分的参数配置也有一条条单独的配置函数可以调用，就不一一列举了，大概套路就是set+name结构体变量名。下面的其他配置的类似）

// mcpwm_config_t 结构中 设置定时器频率和初始占空比。
mcpwm_config_t pwm_config;
pwm_config.frequency = 1000;    //frequency = 1000Hz 1000赫兹频率(看样子，每个pwm定时器可以设置不同的频率，而其下的2个通道是要同频率的)
pwm_config.cmpr_a = 60.0;       //duty cycle of PWMxA = 60.0% PWMxA占空比= 60.0%
pwm_config.cmpr_b = 50.0;       //duty cycle of PWMxb = 50.0% 可以同时设置2个通道的占空比
pwm_config.counter_mode = MCPWM_UP_COUNTER; // 设置MCPWM计数器类型，
                                //对于不对称MCPWM 或 
                                //对于对称式MCPWM，频率为MCPWM设置频率的一半
pwm_config.duty_mode = MCPWM_DUTY_MODE_0;  // 设定占空比类型 （说人话就是占空比代表的是高电平还是低电平）
                                // 有源高占空比，即占空比与非对称MCPWM的高时间成正比 或 
                                // 有源低占空比，即占空比与非对称MCPWM的低时间成正比，反相(倒)MCPWM
mcpwm_init(MCPWM_UNIT_0, MCPWM_TIMER_0, &pwm_config);   //Configure PWM0A & PWM0B with above settings
                                // 使用以上设置配置PWM0A和PWM0B

carrier configuration 设置高频载波参数，我也不清楚这个功能有什么用，以前没接触过。之后用到了再补，先放出配置流程。

//in carrier mode very high frequency carrier signal is generated at mcpwm high level signal
// 在载波模式下，MCPWM高电平信号产生非常高频的载波信号 
mcpwm_carrier_config_t chop_config;
chop_config.carrier_period = 6;         //carrier period = (6 + 1)*800ns 载波周期 
chop_config.carrier_duty = 3;           //carrier duty = (3)*12.5% 重负荷载体 
chop_config.carrier_os_mode = MCPWM_ONESHOT_MODE_EN; //If one shot mode is enabled then set pulse width, if disabled no need to set pulse width
                                        // 如果开启了一次拍摄模式，请设置脉冲宽度，如果关闭了，则无需设置脉冲宽度    
chop_config.pulse_width_in_os = 3;      //first pulse width = (3 + 1)*carrier_period
                                        // 第一脉冲宽度=(3 + 1)*载波周期
chop_config.carrier_ivt_mode = MCPWM_CARRIER_OUT_IVT_EN; //output signal inversion enable 输出信号反转
mcpwm_carrier_init(MCPWM_UNIT_0, MCPWM_TIMER_2, &chop_config);  //Enable carrier on PWM2A and PWM2B with above settings
                                        // 在PWM2A和PWM2B上使用上述设置使能运营商
//use mcpwm_carrier_disable function to disable carrier on mcpwm timer on which it was enabled.
// 使用 mcpwm_carrier_disable 功能去使能MCPWM定时器的载波

deadtime configuration 死区时间配置，以前实现过软件死区（不知道是不是同一个概念）。我比较少用。

//add rising edge delay or falling edge delay. There are 8 different types, each explained in mcpwm_deadtime_type_t in mcpwm.h
// 增加上升沿延迟或下降沿延迟。有8种不同的类型，每种类型在mcpwm.h中的mcpwm_deadtime_type_t中解释

// 在PWM2A和PWM2B上启用死时间，红色= (1000)*100ns
mcpwm_deadtime_enable(MCPWM_UNIT_0, MCPWM_TIMER_2, MCPWM_BYPASS_FED, 1000, 1000);   //Enable deadtime on PWM2A and PWM2B with red = (1000)*100ns on PWM2A
// 在PWM1B上使用fed = (2000)*100ns使死时间
mcpwm_deadtime_enable(MCPWM_UNIT_0, MCPWM_TIMER_1, MCPWM_BYPASS_RED, 300, 2000);        //Enable deadtime on PWM1A and PWM1B with fed = (2000)*100ns on PWM1B
// 启用死时间PWM0A和PWM0B与红色= (656)*100ns &馈电= (67)*100ns对PWM0A和PWM0B从PWM0A产生
mcpwm_deadtime_enable(MCPWM_UNIT_0, MCPWM_TIMER_0, MCPWM_ACTIVE_RED_FED_FROM_PWMXA, 656, 67);  //Enable deadtime on PWM0A and PWM0B with red = (656)*100ns & fed = (67)*100ns on PWM0A and PWM0B generated from PWM0A
//use mcpwm_deadtime_disable function to disable deadtime on mcpwm timer on which it was enabled
//使用 mcpwm_deadtime_disable 功能关闭MCPWM定时器的死时间

enable fault condition 使能故障条件，个人理解，感觉像是硬件实现了外部中断使能pwm，起到保护作用。以往这一步是人为再软件层面判断实现的。之后可能会用到，因为不用再额外软件实现保护措施了。

// 当故障发生时，你可以配置MCPWM信号强制低电平，强制高电平或切换。
//whenever fault occurs you can configure mcpwm signal to either force low, force high or toggle.
// 在循环模式下，一旦故障状态结束，MCPWM信号就会恢复，而在一次性模式下，你需要重置。
//in cycmode, as soon as fault condition is over, the mcpwm signal is resumed, whereas in oneshot mode you need to reset.
// 当FAULT0信号出现高电平时，使能FAULT
mcpwm_fault_init(MCPWM_UNIT_0, MCPWM_HIGH_LEVEL_TGR, MCPWM_SELECT_F0); //Enable FAULT, when high level occurs on FAULT0 signal
mcpwm_fault_init(MCPWM_UNIT_0, MCPWM_HIGH_LEVEL_TGR, MCPWM_SELECT_F1); //Enable FAULT, when high level occurs on FAULT1 signal
mcpwm_fault_init(MCPWM_UNIT_0, MCPWM_HIGH_LEVEL_TGR, MCPWM_SELECT_F2); //Enable FAULT, when high level occurs on FAULT2 signal
// 发生FAULT0故障时，PWM1A和PWM1B的处理方法
mcpwm_fault_set_oneshot_mode(MCPWM_UNIT_0, MCPWM_TIMER_1, MCPWM_SELECT_F0, MCPWM_FORCE_MCPWMXA_HIGH, MCPWM_FORCE_MCPWMXB_LOW); //Action taken on PWM1A and PWM1B, when FAULT0 occurs
mcpwm_fault_set_oneshot_mode(MCPWM_UNIT_0, MCPWM_TIMER_1, MCPWM_SELECT_F1, MCPWM_FORCE_MCPWMXA_LOW, MCPWM_FORCE_MCPWMXB_HIGH); //Action taken on PWM1A and PWM1B, when FAULT1 occurs
mcpwm_fault_set_oneshot_mode(MCPWM_UNIT_0, MCPWM_TIMER_0, MCPWM_SELECT_F2, MCPWM_FORCE_MCPWMXA_HIGH, MCPWM_FORCE_MCPWMXB_LOW); //Action taken on PWM0A and PWM0B, when FAULT2 occurs
mcpwm_fault_set_oneshot_mode(MCPWM_UNIT_0, MCPWM_TIMER_0, MCPWM_SELECT_F1, MCPWM_FORCE_MCPWMXA_LOW, MCPWM_FORCE_MCPWMXB_HIGH); //Action taken on PWM0A and PWM0B, when FAULT1 occurs
// 通过例程可以推测，不同模块是可以连接到同一个错误信号中的，MCPWM_TIMER_1 和 MCPWM_TIMER_0 都有链接到 MCPWM_SELECT_F1 的输入。不过应该要处于统一单元才可以。

Syncronization configuration 同步配置，手册没有专门来讲述怎么配置。是嵌套在讨论怎么控制电机里讨论（还是注解的部分）。好像使用起来也挺方便的，直接设定和同步源（引脚输入）的相位值就可以了。

// 在PWM1A和PWM1B上同步
//here synchronization occurs on PWM1A and PWM1B
// 当同步0发生时，mcpwm定时器1的周期计数器的20%的负载计数器值
mcpwm_sync_enable(MCPWM_UNIT_0, MCPWM_TIMER_1, MCPWM_SELECT_SYNC0, 200);    //Load counter value with 20% of period counter of mcpwm timer 1 when sync 0 occurs

Capture configuration 捕获配置，好像不是捕获脉冲计数的，而是捕获脉冲持续时间的。在例程里还写了一个软件拉高拉低引脚的函数，和一个读取捕获中断打印捕获的持续时间的函数，供测试使用。

看了一下介绍，是可以用来捕获霍尔传感器？（和原本的理解霍尔编码器不一样）因为没接触过所以先跳过。（看来我对“霍尔”一词还很抽象，查查资料感觉眼前一亮：快速扫盲 | 霍尔传感器的工作原理）

// 配置CAP0, CAP1和CAP2信号启动上升沿捕获计数器
//configure CAP0, CAP1 and CAP2 signal to start capture counter on rising edge
// 我们在GPIO 12上生成一个20ms的gpio_test_signal，并将其连接到捕获信号之一，disp_captured_function显示上升边缘之间的时间
//we generate a gpio_test_signal of 20ms on GPIO 12 and connect it to one of the capture signal, the disp_captured_function displays the time between rising edge
// 一般情况下，您可以将Capture连接到外部信号，测量上升沿或下降沿之间的时间，并采取相应的行动
//In general practice you can connect Capture  to external signal, measure time between rising edge or falling edge and take action accordingly
// 捕获信号上升边缘，前标度= 0即800000000计数等于1秒
mcpwm_capture_enable(MCPWM_UNIT_0, MCPWM_SELECT_CAP0, MCPWM_POS_EDGE, 0);  //capture signal on rising edge, prescale = 0 i.e. 800,000,000 counts is equal to one second
mcpwm_capture_enable(MCPWM_UNIT_0, MCPWM_SELECT_CAP2, MCPWM_POS_EDGE, 0);  //capture signal on rising edge, prescale = 0 i.e. 800,000,000 counts is equal to one second
mcpwm_capture_enable(MCPWM_UNIT_0, MCPWM_SELECT_CAP1, MCPWM_POS_EDGE, 0);  //capture signal on rising edge, prescale = 0 i.e. 800,000,000 counts is equal to one second
// 启用中断，这样每一个上升边发生中断就会被触发
//enable interrupt, so each this a rising edge occurs interrupt is triggered
// 对CAP0、CAP1和CAP2信号使能中断
MCPWM[MCPWM_UNIT_0]->int_ena.val = CAP0_INT_EN | CAP1_INT_EN | CAP2_INT_EN;  //Enable interrupt on  CAP0, CAP1 and CAP2 signal
mcpwm_isr_register(MCPWM_UNIT_0, isr_handler, NULL, ESP_INTR_FLAG_IRAM, NULL);  //Set ISR Handler 设置ISR处理程序

以上就是mcpwm_basic_config_example例程的主要内容了。主要用到的，应该是gpio初始化、pwm初始化，如果需要可能会尝试故障检测、同步信号，或是死区时间。再翻翻其他例程。
翻完了，总结：mcpwm_basic_config_example是总配置例程，使用了所有模块的功能；mcpwm_bldc_control_hall_sensor_example是无刷电机的例程，使用了pwm和capture的功能； mcpwm_brushed_dc_control_example是直流电机的例程，简单的正反转加停止的pwm功能；mcpwm_servo_control_example是伺服电机的例程，也只使用了单纯的pwm功能，不过其中加了一个计算脉冲和角度之间关系的函数。以上就是4个例程的内容了。

在直流电机的例程中，可以从思路上看出来，模块设置AB通道，就是为了给一个电机正反转用的。如果是只需要单脉冲+方向的驱动。那可以少初始化一个端口了吧（？）

3）PWM控制

最后补充，配置了那么多，最重要还是要怎么用pwm，esp32的api提供了功能给我们调用？(以下是编程指南的翻译)

我们可以使用函数mcpwm_set_signal_high()或mcpwm_set_signal_low()来驱动特定的信号稳定高或稳定低。这将使电机以最高速度转动或停止。根据选择的输出A或B，电机将旋转或右或左。
另一种选择是通过调用mcpwm_start()或mcpwm_stop()来驱动输出。电机的速度将成比例的PWM负荷。
改变PWM的占空比调用mcpwm_set_duty()并提供pwm的占空比。如果您喜欢以微秒为单位设置占空比，您可以选择调用mcpwm_set_duty_in_us()。可以通过调用mcpwm_get_duty()来检查当前设置的值。PWM信号的相位可以通过调用mcpwm_set_duty_type()来改变。在特定的函数调用中使用mcpwm_generator_t为每个A和B输出单独设置任务。占空比是指输出信号持续时间的高或低。这是在调用mcpwm_init()并从mcpwm_duty_type_t中选择一个选项时配置的，如Configure部分所述（也就是初始化配置中）。其中的mcpwm_duty_type_t应该是值占空比表示的是高电平还是低电平，可以根据这个修改。
每次在mcpwm_set_signal_high()或mcpwm_set_signal_low()之后调用函数mcpwm_set_duty_type()以恢复之前设置的工作负载周期。

以下是mcpwm_brushed_dc_control_example例程的一部分，结合上面的说法，加深理解。应用到电机上的话，改变pwm要三步走。（还要自己实践，不能光看例程介绍）

/** 电机向前移动，占空比=占空比%
 * @brief motor moves in forward direction, with duty cycle = duty %
 */
static void brushed_motor_forward(mcpwm_unit_t mcpwm_num, mcpwm_timer_t timer_num , float duty_cycle)
{
    mcpwm_set_signal_low(mcpwm_num, timer_num, MCPWM_OPR_B);            // 直接将B通道拉低
    // !!!!!!!!!!! 特别注意，第三个参数是通道号的枚举，不是引脚号
    mcpwm_set_duty(mcpwm_num, timer_num, MCPWM_OPR_A, duty_cycle);      // 设置A通道的占空比        
    // 如果操作员以前处于低/高状态，那么每次都调用它              // 设置A通道的工作模式（同时也是为了恢复占空比输出，即取消持续低的设置）
    mcpwm_set_duty_type(mcpwm_num, timer_num, MCPWM_OPR_A, MCPWM_DUTY_MODE_0); //call this each time, if operator was previously in low/high state
}

/** 电机反向运动，占空比=占空比%
 * @brief motor moves in backward direction, with duty cycle = duty %
 */
static void brushed_motor_backward(mcpwm_unit_t mcpwm_num, mcpwm_timer_t timer_num , float duty_cycle)
{
    mcpwm_set_signal_low(mcpwm_num, timer_num, MCPWM_OPR_A);            // 同理上面
    mcpwm_set_duty(mcpwm_num, timer_num, MCPWM_OPR_B, duty_cycle);
    mcpwm_set_duty_type(mcpwm_num, timer_num, MCPWM_OPR_B, MCPWM_DUTY_MODE_0);  //call this each time, if operator was previously in low/high state
}

/** 电机停
 * @brief motor stop
 */
static void brushed_motor_stop(mcpwm_unit_t mcpwm_num, mcpwm_timer_t timer_num)
{
    mcpwm_set_signal_low(mcpwm_num, timer_num, MCPWM_OPR_A);            // 2个通道都直接拉低
    mcpwm_set_signal_low(mcpwm_num, timer_num, MCPWM_OPR_B);
}

有两种方法来调整输出信号和改变电机的工作方式。(以下是编程指南的翻译)

通过调用mcpwm_set_frequency()来设置特定的PWM频率。这可能需要调整以适应特定电机和驱动器的电气或机械特性。要检查设置了什么频率，使用函数mcpwm_get_frequency()。
当输出a和B改变状态以反转电机旋转方向时，在输出a和B之间引入死区时间。这是为了弥补电机驱动器fet的开/关开关延迟。死区时间选项在mcpwm_deadtime_type_t中定义，并通过调用mcpwm_deadtime_enable()来启用。要禁用此功能，请调用mcpwm_deadtime_disable()。
同步运算子模块的输出，例如使PWM0A/B和PWM1A/B的上升边同时启动，或将它们彼此移动一个给定的相位。同步是由上面MCPWM框图中所示的SYNC SIGNALS触发的，并在mcpwm_sync_signal_t中定义。将信号附加到GPIO调用mcpwm_gpio_init()。然后可以使用mcpwm_sync_enable()函数启用同步。作为MCPWM单元的输入参数，定时器进行同步，同步信号和延时定时器的相位。
注释：同步信号使用两个不同的枚举来引用。当选择一个GPIO作为信号输入源时，首先将一个mcpwm_io_signals_t与函数mcpwm_gpio_init()一起使用。第二个参数mcpwm_sync_signal_t用于启用或禁用与mcpwm_sync_enable()或mcpwm_sync_disable()的同步。
改变A/B输出信号的模式，让MCPWM计数器计数向上，向下和向上/向下(自动改变计数方向)。在调用mcpwm_init()和从mcpwm_counter_type_t中选择一种计数器类型时，将完成相应的配置(如Configure小节所述)。有关A/B PWM输出信号如何产生的解释，请参见ESP32 Technical Reference Manual > Motor Control PWM (MCPWM) PDF。

一些实战的测试代码写在工程里了。只用到了基本的pwm配置，试着调了几个参数，能用，好，过，下一个。

二、编码器脉冲输入 - Pulse Counter

官方例程： esp-idf/examples/peripherals/pcnt/，在github上有2个例程，但是在vscode的插件上看的话只有一个，是介绍用脉冲计数来读ledpwm的脉冲。我看了一下github上的另一个例程，居然是编码器的。这才是我想要的。太棒了。
官方指南： Pulse Counter，虽然是英文，不过看到现在已经习惯的。而且这次的篇幅很少，历程的内容也很少。
数据手册： ESP32 技术参考手册 (PDF)，第十七章的：脉冲计数器 (PCNT)。

按照惯例，先看看手册上的架构图。根据介绍，我们可以得知框架图中表示的是一个PCNT框架，然后esp32共有8组不同的单元。每个单元有两个通道：ch0 和 ch1。这两个通道的功能相似。（言外之意还不一样了？？）
手册上的介绍，对应上架构图：PCNT脉冲计数器模块用于对输入脉冲的上升沿或下降沿进行计数。每个脉冲计数器单元均有一个带符号的 16-bit adder 计数寄存器以及 ch0/1 两个通道，通过EN comparator配置(一堆失/使能寄存器)可以加减计数器。每个通道均有 sig ch0/1_un 一个脉冲输入信号以及 ctrl ch0/1_un 一个能够用于控制输入信号的控制信号。输入信号可以打开或关闭 filter 滤波功能。最后输出pulse_cnt 和 thr_event

这里的“sig ch0/1_un 一个脉冲输入信号以及 ctrl ch0/1_un 一个能够用于控制输入信号的控制信号” 应该就可以指编码器的脉冲信号和脉冲方向？？

在这里插入图片描述

1) 配置 Configuration

PCNT模块有8个独立的计数“单元”，编号从0到7。在API中，使用pcnt_unit_t（枚举0-7）来引用它们。每个单元有两个独立的通道，编号为0和1，并使用pcnt_channel_t（枚举0-1）指定（发现命名规律，unit一般用来指代不同单元）。配置是单独提供每个单位的通道使用pcnt_config_t（初始化结构体）和覆盖:

这个配置指的是单元和通道号。参数unit和channel,分别指单元号和通道号。
脉冲输入和脉冲门输入的GPIO编号。pulse_gpio_num 和 ctrl_gpio_num，只需要填写gpio的序号即可，不需要移位（我发现是不是只有最开始学的那个配置gpio是要移位赋值的，之后几个好像都不用）。
两对参数:pcnt_ctrl_mode_t和pcnt_count_mode_t来定义计数器如何根据控制信号的状态作出反应，以及如何计数脉冲的正/负边缘。（这一点略不好描述，2个结构体类型对应 4个参数。下面结合例程解释）
两个限制值(最小/最大)，用于建立观察点和在脉冲计数达到特定限制时触发中断。参数counter_h_lim和counter_l_lim的配置。

（常规的结构体+初始化函数）然后通过调用函数pcnt_unit_config()，将上面的pcnt_config_t作为输入参数来设置特定的通道。如果要在配置中禁用脉冲或控制输入引脚，就提供PCNT_PIN_NOT_USED而不填写GPIO编号。

#define PCNT_TEST_UNIT      PCNT_UNIT_0
#define PCNT_H_LIM_VAL      10
#define PCNT_L_LIM_VAL     -10
#define PCNT_THRESH1_VAL    5
#define PCNT_THRESH0_VAL   -5
#define PCNT_INPUT_SIG_IO   4  // Pulse Input GPIO 脉冲输入GPIO
#define PCNT_INPUT_CTRL_IO  5  // Control GPIO HIGH=count up, LOW=count down 控制GPIO
#define LEDC_OUTPUT_IO      18 // Output GPIO of a sample 1 Hz pulse generator 输出一个采样1hz脉冲发生器的GPIO

/*准备配置的PCNT单位*/
/* Prepare configuration for the PCNT unit */
pcnt_config_t pcnt_config = {
    //设置PCNT输入信号和控制gpio
    // Set PCNT input signal and control GPios
    .pulse_gpio_num = PCNT_INPUT_SIG_IO,
    .ctrl_gpio_num = PCNT_INPUT_CTRL_IO,
    .channel = PCNT_CHANNEL_0,
    .unit = PCNT_TEST_UNIT,
    //在脉冲输入的正/负边缘上做什么?
    // What to do on the positive / negative edge of pulse input?
    .pos_mode = PCNT_COUNT_INC,   // Counter mode: Increase counter value  对抗模式:增加对抗值
              //PCNT_COUNT_DEC    // Counter mode: Decrease counter value  计数器模式:减少计数器值  （枚举中的第三种情况）
    .neg_mode = PCNT_COUNT_DIS,   // Counter mode: Inhibit counter(counter value will not change in this condition) 计数器模式:禁止计数器(计数器值在此情况下不会改变)
    //当控制输入低或高时怎么办?
    // What to do when control input is low or high?
    .lctrl_mode = PCNT_MODE_REVERSE, // Reverse counting direction if low 如果计数方向低，则反向计数
    .hctrl_mode = PCNT_MODE_KEEP,    // Keep the primary counter mode if high 如果高，则保持主计数器模式
    //设置最大和最小限制值来监视
    // Set the maximum and minimum limit values to watch
    .counter_h_lim = PCNT_H_LIM_VAL,    // 在实践中发现如果累加数达到最大或最小值就会清零
    .counter_l_lim = PCNT_L_LIM_VAL,
};
/*初始化PCNT单元*/
/* Initialize PCNT unit */
pcnt_unit_config(&pcnt_config);

其中，lctrl_mode 和 hctrl_mode 参数的注释还是好理解，感觉就是设置 ctrl_gpio_num 控制引脚在高低电平时不同情况。不过按正常情况应该都是例程里的这种情况吧。
对应，pos_mode 和 neg_mode 也是，应该是对应设置 pulse_gpio_num 脉冲引脚在高低电平时的不同情况。（例程的注释看不懂，已经换成api手册里枚举的注释）根据枚举的三种情况的注释，可知其实就是指要在上升沿加还是下降沿加，而且可以设置是加还是减还是不变。

2) 操作计数器 Operating the Counter

在使用pcnt_unit_config()进行设置之后，计数器立即开始操作。累积的脉冲计数可以通过调用pcnt_get_counter_value()来获取。
有两个函数允许控制计数器的操作: pcnt_counter_pause()（暂停PCNT单位的PCNT计数器）， pcnt_counter_resume()（恢复PCNT计数器计数）和pcnt_counter_clear()（清除并复位PCNT计数器值为零）。
也可以通过调用pcnt_set_mode()来动态改变之前设置的计数器模式。
如果需要，脉冲输入管脚和控制输入管脚可以使用pcnt_set_pin()动态地改变。也就说说可以单独设置pulse_io和ctrl_io引脚，不过除了引脚其他参数不能设置。如果要禁用特定的输入，提供一个函数参数PCNT_PIN_NOT_USED，而不是GPIO编号。

注释：为了使计数器不错过任何脉冲，脉冲持续时间应该大于一个APB_CLK周期(12.5 ns)。脉冲在APB_CLK时钟的边缘上采样，如果落在边缘之间，可能会错过。这适用于有或没有文件的计数器操作。

/*初始化PCNT的计数器*/
/* Initialize PCNT's counter */
pcnt_counter_pause(PCNT_TEST_UNIT);     // 暂停
pcnt_counter_clear(PCNT_TEST_UNIT);     // 清除

/*所有的设置，现在去计数*/
/* Everything is set up, now go to counting */
pcnt_counter_resume(PCNT_TEST_UNIT);    // 开始

// 例程初始化后就在主函数中一直循环读取编码器值了。（还加了其他的测试内容，这不重要~）
pcnt_get_counter_value(PCNT_TEST_UNIT, &count);

3) 过滤脉冲 Filtering Pulses

PCNT单元在每个脉冲和控制输入上都有滤波器，增加了忽略信号中的短故障的选项。
被忽略的脉冲长度在APB_CLK时钟周期中通过调用pcnt_set_filter_value()来提供。可以使用pcnt_get_filter_value()检查当前筛选器设置。APB_CLK时钟以80mhz运行。
通过调用pcnt_filter_enable() / pcnt_filter_disable()来运行/挂起这个过滤器。

/*配置和启用输入过滤器*/
/* Configure and enable the input filter */
pcnt_set_filter_value(PCNT_TEST_UNIT, 100);     // 第二个参数的注释为 ： PCNT信号的滤波值，计数器在APB_CLK周期。任何持续时间比这短的脉冲将被忽略，当过滤器被启用时。
pcnt_filter_enable(PCNT_TEST_UNIT);             // 挂起函数 的调用类似。

// 在api的描述中，pcnt_get_filter_value() 函数的获取过程并不是返回值，而是要传入参数：存值的指针
uint16_t filter_val = 0;
pcnt_get_filter_value(PCNT_TEST_UNIT , &filter_val)     // 如果要读值应该是这样

4) 使用中断 Using Interrupts

pcnt_evt_type_t中定义了5个计数器状态监视事件，它们能够触发中断。脉冲计数器到达特定值时发生事件:（可以发生以下3种事件？）

最小或最大计数值:counter_l_lim或counter_h_lim在pcnt_config_t中提供，如1) 配置 Configuration中所述
阈值0或阈值1使用函数pcnt_set_event_value()设置。
脉冲计数 = 0。（？）

开启事件后，还要注册，启用或禁用中断服务上述事件，调用pcnt_isr_register()， pcnt_intr_enable()。和pcnt_intr_disable()。
要在达到阈值时启用或禁用事件，还需要调用函数pcnt_event_enable()和pcnt_event_disable()。
为了检查当前设置的阈值，可以使用函数pcnt_get_event_value()。

/*设置阈值0和1，并启用事以上是关于ESP32 单片机学习笔记 - 03 - MCPWM脉冲输出/PCNT脉冲计数的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章 
 ESP32 单片机学习笔记 - 02 - 软件IIC&硬件SPI
 ESP32 单片机学习笔记 - 04 - ADC和定时器
 ESP32 单片机学习笔记 - 05 - AP/Smart Config
 ESP32 单片机学习笔记 - 01 - gpio&ledc&uart
 ESP32 单片机学习笔记 - 07 - TCP连接
 ESP32 单片机学习笔记 - 08 - WebSocket客户端

ESP32 单片机学习笔记 - 03 - MCPWM脉冲输出/PCNT脉冲计数

ESP32 单片机学习笔记 - 03 - MCPWM脉冲输出/PCNT脉冲计数

目录

一、电机PWM输出 - MCPWM

1) 引脚初始化 gpio_init

2） 配置模块 config

3）PWM控制

二、编码器脉冲输入 - Pulse Counter

1) 配置 Configuration

2) 操作 计数器 Operating the Counter

3) 过滤脉冲 Filtering Pulses

4) 使用中断 Using Interrupts

2）配置模块 config

2) 操作计数器 Operating the Counter