Input Capture - Microchip Taiwan

Microchip 16-bit MCU
內 建 周 邊 模 組
Input Capture Module
dsPIC Peripheral Module Training – RTC Taiwan
SLIDE 1

什 麼 是 Input Capture
• 目 的 : 用 來 計 算 某 外 部 信 號 特 定 狀 態 發 生 的 時 間 點
• 用 途 : 脈 波 寬 測 量 , 頻 率 量 測 等 …
• 可 以 設 定 外 部 觸 發 信 號 的 型 式 , 並 使 用 此 外 部 觸 發 來 觸
動 一 個 Timer 的 栓 鎖 動 作
• Timer 的 計 時 值 會 因 為 此 栓 鎖 動 作 而 被 寫 入 特 定 的
buffer
• Input Capture 的 buffer 可 以 是 一 個 或 多 個
• CPU 也 會 因 為 栓 鎖 動 作 的 發 生 而 被 中 斷
• CPU 若 讀 取 Input Capture buffer 的 內 容 即 可 知 外 部 信
號 觸 發 條 件 成 立 的 時 間 點
• 外 部 信 號 觸 發 條 件 是 可 以 彈 性 被 設 定 的
• Input Capture 的 buffer 越 多 越 能 記 錄 快 速 的 外 部 事 件
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SLIDE 2

Input Capture
第 一 代 的 IC module
• dsPIC30F , PIC24FXXXGA0 等 系 列 內 建 第 一 代 的 Input
Capture module
• 最 多 提 供 達 8 個 Input Capture Channels
• 利 用 捕 捉 16-bit timer 的 值 來 計 算 輸 入 信 號 觸 發 的 時 間
當 CPU 執 行 於 30 MIPS 時 的 解 析 度 = 33 ns (Tcy)
當 CPU 執 行 於 30 MIPS 並 搭 配 16x pre-scale 時 解 析 度 可 達
2.1 ns ( 33/16 = 2.1 )
• 每 個 capture input 都 有 4 層 的 buffer
Interrupt on 1- 4 capture events
FIFO buffer overflow status
FIFO buffer empty status
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SLIDE 3

Input Capture
第 一 代 的 IC module
• 可 以 使 用 Timer 2 或 Timer 3 為 時 間 基 準
• 可 以 讓 Capture 的 事 件 發 生 於 以 下 條 件 :
edge at ICx pin
edge at ICx pin
Every 4th edge at ICx pin
Every 16th edge at ICx pin
edge and edge
對 於 脈 波 寬 與 頻 率 測 量 非 常 有 幫 助
在 UART 通 信 場 合 可 以 做 自 動 Baud Rate 的 計 算
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SLIDE 4

Input Capture 的 方 塊 圖
TMR2 TMR3
16 16
ICx
Prescaler
Counter
1:4
1:16
1:1
Edge
Detection
Logic and Sync
1 0
ICTMR
Module
Control Logic
ICxF
Interrupt Flag
ICxBUF
O
FIF
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SLIDE 5

• ICxCON
CO
Input Capture 相 關 的 控 制 暫 存 器
ICSIDL ⇒ Stop in Idle mode
ICTMR ⇒ Time Base Select for Input Capture
ICI ⇒ Capture events per Interrupt select
ICOV ⇒ FIFO buffer overflow status
ICBNE ⇒ FIFO buffer Not Empty status
ICM ⇒ Input Capture mode select
U-0 U-0 R/W-0 U-0 U-0 U-0 U-0 U-0
-
-
ICSIDL -
-
-
- -
bit15 14 13 12 11 10 9 bit8
R/W-0 R/W-0 R/W-0 R-0, HC R-0, HC R/W-0 R/W-0 R/W-0
ICTMR ICI
ICOV
ICBNE
ICM
bit7 6 5 4 3 2 1 bit0
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SLIDE 6

選 擇 Input Capture 的 操 作 模 式
• ICM : Input Capture 操 作 模 式 選 擇 位 元
000 : Input Capture turned off
001 : Capture every edge change
010 : Capture every falling edge is coming
011 : Capture every rising edge is coming
100 : Capture every 4th rising edge
101 : Capture every 16th rising edge
110 : Unused (Disable)
111 : Input Capture function as interrupt only,
when device is in the SLEEP or IDLE mode (rising
edge detect only)
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SLIDE 7

Input Capture FIFO
• 每 個 capture input 都 有 4 個 buffer
TMR2 TMR3
• 可 設 定 在 1-4 個 capture 事 件 後 中 斷 ICTMR
• FIFO buffer overflow 狀 態 位 元
• FIFO buffer empty 狀 態 位 元
ICxBUF
FIFO
ICxCON SFR
-
-
ICSIDL -
-
-
- -
bit15 14 13 12 11 10 9 bit8
ICTMR ICI ICOV ICBNE
ICM
bit7 6 5 4 3 2 1 bit0
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SLIDE 8

Input Capture 的 規 劃 與 使 用 範 例
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SLIDE 9

設 定 於 Edge Detection Mode
來 計 算 Input Duty
• ICM = 001, 來 規 劃 為 每 次 的 edge change 都 產 生
capture 事 件
• ICI = 01, 設 定 每 兩 次 capture 事 件 後 產 生 中 斷
• Input Duty = (n16 – n3 ) * TMRx input cycle
TMRx
n2
n3
n4
n5
n6 n7
n8
n9 n10
n11
n12
n13
n14
n15
n16
n17
n18
n19
n20 n21
n22
ICx pin
ICxBUF
Input Duty
FIFO 0
FIFO1
?? n3 n16
QEIIF
ICxIF cleared by Software
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SLIDE 10

使 用 Edge Detection Mode
來 計 算 Input Frequency
• ICM = 011, 設 定 為 每 個 rising edge 都 發 生
Capture 事 件
• ICI = 01, 設 定 為 每 兩 次 capture 事 件 後 中 斷 CPU
• Input Freq. = 1 / [(n16 – n3 ) * TMRx input cycle]
TMRx
n2
n3
n4
n5
n6 n7
n8
n9 n10
n11
n12
n13
n14
n15
n16
n17
n18
n19
n20 n21
n22
ICx pin
ICxBUF
FIFO 0
?? n3 n16
FIFO1
QEIIF
ICxIF cleared by Software
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SLIDE 11

第 二 代 的 Input Capture 模 組 所 增 加
功 能 的 簡 介
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SLIDE 12

第 二 代 的 Input Capture 模 組
• 第 二 代 的 Input Capture module 被 整 合 於 新 的 16-bit
MCU 系 列 , 如 PIC24FJXXXGB1 與 PIC24FJXXXGA1
• 第 二 代 Input Capture module 的 特 點 為 :
各 自 有 獨 立 的 且 接 受 外 部 Sync. 來 源 同 步 的 上 數 計 時 器
計 時 器 的 名 稱 為 ICxTMR , x = IC module number
有 “cascade” mode , 可 以 將 兩 個 16-bit 的 capture 串 聯 成
32-bit 的 Input Capture module 使 用
多 了 ICxCON2 暫 存 器 , 除 支 援 上 述 的 “cascade” 的 設 定 控 制
外 並 且 可 設 定 IC module 是 否 由 外 部 的 Event 來 ti trigger 或 與
外 部 的 Event 做 synchronous 的 動 作
可 以 用 許 多 Timer 設 定 的 clock source 或 System Clock 作 為
Time-Base
Timer1 .. Timer5 & System Clock
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SLIDE 13

第 二 代 的 Input Capture 模 組
• 新 的 Input Capture 方 塊 圖 如 下 :
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SLIDE 14

第 二 代 的 Input Capture 模 組
• ICxCON2 新 增 的 控 制 位 元
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SLIDE 15

第 二 代 的 Input Capture 模 組
• ICxCON2 中 可 用 來 Trigger 或 Sync. Input Capture
module 的 sources
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SLIDE 16

Input Capture 練 習 一
使 用 APP020 實 驗 板
• Input Capture 7 (IC7/RB4/AN4) 連 接 至 PIC12F675 的
Pin-6 輸 出 來 測 其 輸 出 頻 率
• 將 DSW4 的 SW1 置 於 ON 的 位 置 ( 將 IC7 與
PIC12F675 的 Pin-6 相 連
• 將 Input Capture mode 設 定 為 Edge Detection ,
每 兩
次 的 capture events 後 產 生 中 斷
• 每 隔 200mS 將 frequency 及 period 顯 示 於 LCD
• 改 變 VR3 應 該 可 看 到 頻 率 的 變 化 , 必 要 時 可 利 用 示 波 器
來 確 認 所 測 得 的 頻 率 是 否 正 確 (0.8K ~ 3.8KHz)
LCD Module display 的 範 例
Freq. = 1238 Hz
Period= 807 uS
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SLIDE 17

Input Capture 練 習 一
使 用 APP020 - Plus 實 驗 板
• APP020 - Plus 的 電 路 與 APP020 相 容 但 使 用 PIC16F684
來 取 代 PIC12F675
• Input Capture 7 (IC7/RB4/AN4) 連 接 至 PIC16F684 的 Pin-
6 輸 出 來 測 其 輸 出 頻 率
• 將 DSW4 的 SW1 置 於 ON 的 位 置 ( 將 IC7 與 PIC16F684
的 Pin-6 相 連
• 將 Input Capture mode 設 定 為 Edge Detection , 每 兩 次 的
capture events 後 產 生 中 斷
• 每 隔 200mS 將 frequency 及 period 顯 示 於 LCD
• 改 變
VR3 應 該 可 看 到 頻 率 的 變 化 , 必 要 時 可 利 用 示 波 器 來 確
認 所 測 得 的 頻 率 是 否 正 確 (0.8K ~ 3.8KHz)
LCD Module display 的 範 例
Freq. = 1238 Hz
Period= 807 uS
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SLIDE 18

Input Capture 練 習 一 的 提 示
如 何 得 到 時 間 周 期 Time Period
• 宣 告 一 個 陣 列 timer _ edge[2] 來 存 放 capture 事 件 發 生 當 時
的 Timer 值
• 在 Input Capture 7 (IC7) Interrupt Function 可 以 連 續 對 IC7
做 2 次 的 讀 取
• 兩 個 正 緣 的 時 間 即 為 輸 入 信 號 的 周 期
void _ISR _IC7Interrupt(void)
// Interrupt Function for the IC7
{
ReadCapture7( &timer_edge[0]); // Read Timer count from FIFO 0
ReadCapture7( &timer_edge[1]); // Read Timer count from FIFO 1
Int_flag = 1;
// Set IC7 process Flag
IFS1bits.IC7IF = 0;
// Clear the IC7 interrupt flag
}
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SLIDE 19

Input Capture 練 習 一 的 提 示
如 何 得 到 時 間 周 期 Time Period
• 兩 個 正 緣 的 時 間 即 為 輸 入 信 號 的 周 期 ,
在 IC7 的 中 斷 服 務
程 式 中 已 經 將 其 存 於 timer_edge[0] & timer_edge[1]
while (!Int_flag);
// Get two input signal edge
DisableIntIC7; // Disable Interrupt of Capture 7
Int_flag = 0;
/* calculate time count between two capture events */
If ( timer_edge[1] >= timer_edge[0])
period = timer_edge[1] - timer_edge[0];
else
period = 65536 + timer_edge[1] - timer_edge[0];
frequency= FCY/period;
period = period / 14.745600 ;
// Calculate the frequency
// Calculate the period
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SLIDE 20

Input Capture 練 習 一
使 用 APP026-3X
實 驗 板
• 承 接 OC_Exercise 練 習 ,
將 PICDEM Mechatronics
J7 的 另 一 接 腳 接 至
PIC24FJ128GB106 的
IC7 input
• 完 成 在 IC_Exercise 專 案
中 IC_main.c 內 對 IC7 的
初 始 化
• 使 用 iPPSInput () 來 規 劃
IC7 的 輸 入 腳 為 RP4
• 使 用 Timer3 的 clock 設 定
為 Time-Base 來 源 , 並 將
Prescaler 設 為 1:64
• 設 定 每 2 次 capture event
就 中 斷 CPU
• 設 定 為 每 個 “Rising Edge”
觸 發 capture( ICM = 010 )
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SLIDE 21

Input Capture 練 習 一
使 用 APP026-3X
實 驗 板
• 使 用 OC 送 至 PICEDM Mechatronics 實 驗 板 後 馬 達 運
轉 , 此 時 在 J7 會 出 現 如 下 的 回 授 信 號 :
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SLIDE 22

Input Capture 練 習 一
使 用 APP026-3X
實 驗 板
• 在 IC7 中 斷 服 務 程 式 計 算 IC7_Value 得 方 式 ( IC7_Value 為 半 圈 時 間 )
void _ISR _IC7Interrupt(void)
// 輸 入 捕 捉 中 斷 副 程 式
{
IFS1bits.IC7IF = 0;
// 清 除 輸 入 捕 捉 中 斷 旗 標
TMR3 = 0 ;
IC7_ValueOld = IC7BUF ;
IC7_ValueNew = IC7BUF ;
if (IC7_ValueNew > IC7_ValueOld)
IC7_Value = IC7_ValueNew-IC7_ValueOld ValueOld ;
else
IC7_Value = 65536 - IC7_ValueOld + IC7_ValueNew ;
}
• 在 主 程 式 回 圈 計 算 轉 速 的 敘 述 如 下
// clock unit = 1:64 = 0.25us * 64 = 16 us
// 2 個 edge = 半 圈 的 時 間
// 1 min = 60 sec = 60000 ms = 60000000 us
if (IC7_Value > 0 )
RPM = 60000000L /((unsigned long)IC7_Value l * 16 *2) ;
else RPM = 0 ;
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SLIDE 23

Input Capture 練 習 一
使 用 APP026-3X
實 驗 板
• 由 以 上 示 波 器 的 信 號 分 析 ,
半 圈 的 時 間 約 為 16. 24 ms
馬 達 轉 子 機 構 有 2 個 開 口 , 故 2 次 光 耦 合 器 的 正 緣 的 間 隔 時
間 為 半 圈
• 以 計 算 機 算 出 之 轉 速 為
60000 ms / 16.24 = 3694 rpm
• 以 PIC24FJ128GB106 IC module capture 中 斷 所 捉 取
到 的 值 計 算 後 的 結 果 為 : 3705
請 參 考 下 一 Page
• Input Capture module 對 信 號 測 量 的 準 確 度 是 很 好 的
• 程 式 中 也 啟 用 了 Timer3 中 斷 ,
來 判 斷 馬 達 是 否 停 止
若 馬 達 持 續 運 轉 , 在 IC7 中 斷 裡 TMR3 會 被 清 為 0 而 造 成
Timer3 的 中 斷 無 法 發 生
若 馬 達 停 止 後 IC7 無 中 斷 , 將 造 成 Timer3 的 match 中 斷
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SLIDE 24

Input Capture 練 習 一
使 用 APP026-3X
實 驗 板
• IC_
Exercise 的 實 際 執 行 結 果
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