使用Ai8051U实现4路1MHz可控数量脉冲输出，工控领域

王***

请注意，本方案目前未经实际验证，待国庆节后验证一下


    之前，使用过 32G12K128 控制过外部的伺服控制器，但总是面临一个问题，脉冲速度慢了影响速度不行，改变伺服控制器端的虚拟齿轮比又会导致精度下降一些。虽然说也能用，但总归不是两全其美的感觉。
    后来，想过使用pwm的重复计数器，但是发现这并不能做到四路输出完全的周期和数量可控。而使用pwm单脉冲模式则是通过频繁进入中断进行重载功能，显然是不大能完成高速可控的脉冲输出。
    而我看论坛上常见的实现方式则是通过直接使用定时器进行输出，但是这样就有点浪费定时器资源的感觉，并且输出端口固定是那几个。
所以我这里给出一种理论上可行的方案：使用串口DMA完成可控脉冲数量输出。
    首先我们需要了解到，高速输出下，发出去的脉冲只需要符合差不多是方波即可，并不需要严格的平均间隔控制，所以呢。我们通过使用串口协议的方式，完成近似的方波输出。
我们来看一帧串口数据包含哪些部分。


首先是不可控的部分，串口空闲状态为高电平，并且起始位为1位低电平，停止位为1位高电平。可控的部分则是中间的8位数据电平。
这里将起始位和停止位一起计入，数据为0x00时的二进制数据则为
0000000001
那么，如果将这个数据为进行一定的变化，比如下面这个表
串口数据 等效二进制编码 等效脉冲个数
0xff        0111111111         1个脉冲
0xfd       0101111111         2个脉冲
0xf5       0101011111         3个脉冲
0xd5      0101010111         4个脉冲
0x55      1010101010         5个脉冲
    这样，拥有了从1~5的脉冲生成能力，即可通过给xdata区域填入合适的数据，即可实现可控的脉冲数量高速输出。
    并且，高速的脉冲输出并不需要每次输出就变化一次脉冲的周期，而仅仅是需要不算很高速度的变化以完成线性加减速或者s形加减速。所以，我们可以让串口dma填入指定数量的数据，从而完成一批数据的发送。
    那么，这一批脉冲的周期又该如何控制呢？得益于8051u单片机新增的dma_itv寄存器，可以控制dma每次发送或者接受数据的间隔（最大65535个系统时钟），这样以40mhz主频来看，串口开到1mhz到1khz都毫无压力，并且，小于1k的情况，还可以通过拉开dma发送之间的延时，并且发送一个脉冲（0xff），来继续降低速度。
    最重要的是，每个串口的itv寄存器都是独立可调的。这样，所有穿扣扣可以共用一个定时器2，从而完成低占用。并且串口也是可以随便分配的，比如用一个串口，那就三轴高速输出。并且使用高速输出的串口的输入仍然可用。同时，串口可以切换的引脚也很多。
    如果并非同时输出脉冲，可以输出完成一串脉冲后切换引脚进行其他脉冲输出。
    从执行特点来讲就是两个电机被物理互锁了，一个动另一个就不能动了。
这部分想法我会在国庆节后进行验证，因为现在回家了，没带电脑。

hea***

说句题外话，UART串口数据是LSB在前。
即0xAA加上起始位停止位是0010101011，不是0101010101。

王***

hea*** 发表于 2024-9-29 22:01
说句题外话，UART串口数据是LSB在前。
即0xAA加上起始位停止位是0010101011，不是0101010101。 ...

这确实是我的疏忽了，不过从理论上来讲，这个方式是可以输出高速脉冲的
我马上修改一下

晓***

对于脉冲输出的应用，还是使用PWM相对来说更实用一些，主要是输出频率或者说周期比较稳定，串口输出脉冲则有宽有窄，一定程度上限制了应用。

王***

晓*** 发表于 2024-9-30 01:15
对于脉冲输出的应用，还是使用PWM相对来说更实用一些，主要是输出频率或者说周期比较稳定，串口输出脉冲则 ...

这个也算是一种思路吧。
具体还是要看测试效果，而且pwm不同周期的输出不能太快了，中断会比较频繁

社区***

图样图森破，

小***

楼主的想法很好，我以前就用过SPI输出脉冲的应用，但是用pwm可能更好一些

邮***

spring***

期待楼主验证想法！！

晓***

社区*** 发表于 2024-9-30 06:42
图样图森破，

此句精辟，敢问出自何处？