引 言
美國(guó)微芯公司推出的dsPIC33FJ256MC710高性能16位數(shù)字信號(hào)控制器，采用了改進(jìn)型的哈佛架構(gòu)、C編譯器優(yōu)化的指令集、流水線取指令方式，具有實(shí)用、低價(jià)、指令集小、功耗低、速度高、體積小、功能強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。dsPIC33FJ256MC710高性能16位數(shù)字信號(hào)控制器內(nèi)含有 12位的A／D轉(zhuǎn)換器(500 ksps)、直接存儲(chǔ)器訪問(DMA)、比較輸出、捕捉輸入、I2C接口、SPI接口、CAN接口、USART接口、Flash程序存儲(chǔ)器自讀寫等強(qiáng)大的控制功能，內(nèi)核又具有強(qiáng)大的數(shù)字信號(hào)處理能力，具有廣闊的應(yīng)用前景，主要應(yīng)用于電機(jī)控制等領(lǐng)域。
我們?cè)谛酒膶?shí)際應(yīng)用中遇到了一些預(yù)想不到的問題，有的是由于硬件設(shè)計(jì)造成，有的是由于外部干擾造成，還有的是軟件初始化造成的。這些問題的解決方法在微芯公司的應(yīng)用文檔中未提供，我們花了較多的時(shí)間進(jìn)行分析、測(cè)試，最后解決了問題。本文將這些解決方法介紹給大家，以避免大家在這個(gè)問題上花費(fèi)太多的時(shí)間或因一些無法解決的問題而造成損失。
1 正交編碼器接口模塊的問題
dsPIC33FJ256MC710的正交編碼器接口模塊(以下簡(jiǎn)稱QEI模塊)，在調(diào)試(Debug)模式下，能夠正常工作，可以得到光電編碼器的轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)，但是在程序下載(Pro-gram)后模塊不工作，不能得到光電編碼器的轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)。這個(gè)問題有些隱蔽，不易發(fā)現(xiàn)，在我們過去使用微芯公司芯片的過程中還從未遇到過。
本文選用的光電編碼器為1024線，差分信號(hào)輸出。這種輸出方式在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用具備較高的抗干擾能力，可以連接的導(dǎo)線較長(zhǎng)。由于光電編碼器的輸出為差分信號(hào)，而芯片接口要求為TTL電平信號(hào)，因此增加一片AM26LS32完成電平轉(zhuǎn)換，把差分信號(hào)轉(zhuǎn)換為TTL電平信號(hào)。光電編碼器輸出的A和／A、B和／B、z和／Z三組差分信號(hào)接入AM26LS32芯片，轉(zhuǎn)化為A、B、Z三路TTL電平信號(hào)與dsPIC33FJ256MC710的正交編碼器接口模塊 (QEI)連接。A、B為正交編碼信號(hào)，z為光電編碼器零位置信號(hào)。
dsPIC33FJ系列芯片，具有智能化的QEI模塊。它由QEA、QEB和INDX三個(gè)輸入通道組成。QEA和QEB這兩個(gè)通道具有智能的正交解碼功能。把光電編碼器輸出的A、B兩相正交編碼信號(hào)接入這兩個(gè)通道，芯片通過解碼算法，自動(dòng)判斷出光電編碼器的旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)相對(duì)位置。INDX通道稱為索引脈沖。該通道通過接入Z信號(hào)，根據(jù)絕對(duì)零位置和相對(duì)位置，就可以確定光電編碼器旋轉(zhuǎn)的絕對(duì)位置。硬件接口原理框圖如圖1所示。
按照微芯公司的應(yīng)用筆記，QEI初始化程序如下：
在使用調(diào)試(Debug)模式運(yùn)行程序時(shí)，用示波器可觀察到芯片53號(hào)引腳RF8上電平在每次編碼器位置過零時(shí)產(chǎn)生了翻轉(zhuǎn)。QEI模塊工作正常。而使用下載(Pro-gram)模式下載程序后，用示波器察到芯片53號(hào)引腳RF8上電平在每次編碼器位置過零時(shí)不發(fā)生變化，QEI模塊工作不正常。
修改初始化程序，初始化復(fù)用引腳時(shí)增加對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊AD2PCFGL的配置，就解決了這個(gè)問題。程序修改如下：
修改后的程序在下載(Program)模式的情況下，用示波器可以觀察到芯片53號(hào)引腳RF8上電平在每次編碼器位置過零時(shí)產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)，QEI模塊正常工作。
實(shí)際應(yīng)用QEI模塊時(shí)，直接讀取POSCNT寄存器的值，就可知道所測(cè)量旋轉(zhuǎn)軸的絕對(duì)位置。本文選用1024線的光電編碼器，通過配置寄存器選擇X4模式，POSCNT寄存器的計(jì)數(shù)范圍為0～4 096。根據(jù)索引脈沖中斷和POSCNT寄存器的值，便可精確地知道旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向、旋轉(zhuǎn)速度、當(dāng)前旋轉(zhuǎn)軸位置等，精度可以達(dá)到1／4 096。
2 RD15作為I／O輸出的問題
通用I／O端口是最基本最常用的接口，單片機(jī)、數(shù)字信號(hào)處理器通過它實(shí)現(xiàn)最基本的高低電平邏輯控制。應(yīng)用時(shí)，dsPIC33FJ256MC710的第48號(hào)引腳作為I／O輸出時(shí)，對(duì)應(yīng)為RD15。RD15作為開關(guān)量輸出時(shí)，軟件設(shè)置為高電平，但引腳上不能建立高電平。通過大量的試驗(yàn)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)芯片第48號(hào)引腳RD15作為I／O端口時(shí)不能正常工作。為了更清楚地說明該問題，引入47、53、54號(hào)引腳RD14、RF7、RF8與RD15作對(duì)比。相關(guān)驗(yàn)證程序如下：
運(yùn)行上述程序，用示波器觀察dsPIC33FJ256MC710芯片的RD14、RF7、RF8對(duì)應(yīng)的第47、53、54引腳上的電平均為規(guī)律的方波信號(hào)，而48引腳RD15上高電平不能正常建立，只有極小的尖峰脈沖，波形如圖2所示。
圖2中上部波形為用作對(duì)比的RD14對(duì)應(yīng)的第47號(hào)引腳上的電平信號(hào)，下部波形為RD15對(duì)應(yīng)的第48號(hào)引腳上的電平信號(hào)。下部波形與上部波形的控制方式是一樣的(見上述程序)，但是不能得到高電平信號(hào)。
修改程序的方法是在改變寄存器PORTDbits．RD15之后添加一個(gè)空操作指令asm("nop")。修改后程序如下：
運(yùn)行修改后的程序，RD15對(duì)應(yīng)的第48號(hào)引腳上也出現(xiàn)規(guī)律的方波信號(hào)，解決了上述問題。這個(gè)問題在應(yīng)用中也是不易發(fā)現(xiàn)的，查了微芯公司的應(yīng)用筆記也無相關(guān)說明，因此詳細(xì)寫出來以饋?zhàn)x者。
結(jié) 語
本文介紹了Microchip公司的高性能16位數(shù)字信號(hào)控制器dsPIC33FJ系列芯片的內(nèi)部資源，在應(yīng)用dsPIC33FJ256MC710芯片時(shí)遇到的兩個(gè)疑難問題。這些問題可能是由于硬件設(shè)計(jì)造成，也可能是外部干擾或軟件初始化造成的，往往是預(yù)想不到的問題。本文利用相關(guān)程序和波形具體闡述了這兩個(gè)問題的現(xiàn)象和解決方法，并附上了相應(yīng)的程序，希望對(duì)讀者能有所幫助。