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一、定時器門控模式介紹
定時器門控模式是單片機定時器的一種工作模式，是指定時器根據(jù)觸發(fā)輸入信號的電平來啟動或停止計數(shù)器的計數(shù)。使用定時器門控模式，可以準確、高效的采樣出一段時間內，電流采集芯片輸出的高電平占空比，通過轉換關系，從而計算出準確的電流值。
二、定時器門控模式的優(yōu)點
定時器門控模式如何使用：
圖135 門控模式下的控制電路：
定時器門控模式在電流采集上的應用：
采集中路中電流的方式有很多種，使用專業(yè)的電流采集芯片無疑是最佳的方式之一，其特點包括精度高、響應快、功耗低、可靠性高等等，cpa306m25便是一款完全具備以上優(yōu)點的電流采集芯片。
①cpa306m25特性：
◆ 差分輸入電壓范圍：±50 mV 或±250 mV
◆ 曼徹斯特編碼或未編碼的數(shù)據(jù)輸出選項
◆ 低失調誤差：±50 μV 或 ±100 μV（最大值）
◆ 低增益誤差：25°C 時±0.2% （最大值）
◆ 優(yōu)異的溫漂性能：
◆ ±1 μV/°C（最大值）失調溫漂
◆ ±40 ppm/°C（最大值）增益溫漂
◆ 高邊和低邊均支持 3.3 V 和 5 V 供電電壓
◆ 高共模瞬態(tài)抗擾度：±150 kV/μs（典型值）
◆ 為系統(tǒng)安全設計的故障診斷功能
◆ 寬工作溫度范圍：–55°C 到 125°C
◆ 額定工作電壓下使用壽命大于 40 年
◆ 質量等級：GJB7400 N1
◆ 隔離式開關電源
◆ 不間斷電源
簡化電路圖如下：
②芯片概述：
CPA306x 器件采用二氧化硅作為隔離層，支持高達 5 kVRMS 的電氣隔離。
該技術將高低壓域分開從而防止低壓器件被損壞，同時提供低輻射和高磁場抗擾度。高共模瞬態(tài)抗擾度意味著 CPA306x 器件在隔離層之間正確地傳遞信號，適合要求高壓、大功率開關的工業(yè)電機控制和驅動應用場合。
器件內部輸入共模過壓和高邊電源丟失檢測功能有助于故障診斷和系統(tǒng)安全。CPA306x 器件提供±50 mV 差分輸入電壓選項從而降低分流電阻上的功率損耗。
CPA306x 的輸出位流采用曼徹斯特編碼或未編碼，然后通過后級的 FPGA 或 DSP 處理。CPA306Ex 版本支持單線的數(shù)據(jù)和時鐘傳輸，讓后級接收器無需考慮時序要求。
CPA306x 器件通過使用 sinc3 濾波器能夠在 78.1 kSPS 數(shù) 據(jù)吞吐率時實現(xiàn) 86 dB 的信噪比。外部時鐘頻率范圍是從 5 MHz 到 21 MHz，為使用提供靈活性。
CPA306x 器件通過寬體八腳 SOIC 封裝 ，支持在額定擴展工業(yè)溫度范圍內（–55°C 到 125°C）正常工作。
③引腳介紹
芯片的輸入驅動時鐘頻率較高，為5MHz-21MHz,根據(jù)該描述配置正確的PWM驅動范圍，也正如此，使用頻率較低的電流采集方式（如通過上升沿、下降沿觸發(fā)進入中斷從而計算高電平時長）無法適用與該芯片進行電流采集。
2、硬件原理圖設計：
參考cpa306m25芯片手冊，可設計電流采集原理圖。如下圖示例：芯片右側為電流采集部分，左側為信號結果輸出部分。
單片機輸出pwm通過7號引腳以驅動芯片正常工作，6號引腳為數(shù)字信號輸出，連接單片機的定時器觸發(fā)源管腳，2、3引腳連接電壓差分輸入，8、5號引腳分別連接數(shù)字電源、數(shù)字地，1、4號引腳分別連接模擬電源、模擬地。
3、數(shù)字輸出和轉換公式
模擬輸入（AINP – AINN）和調制器輸出的關系如圖所示。模擬輸入 0 V 理論上對應數(shù)字位流中 0 和 1 出現(xiàn)的時間各占 50%。在數(shù)字輸出位流中 1 的密度和對應的模擬輸入電壓可以通過下列等式計算：
4、軟件流程圖
①簡要描述
配置單片機的主、從兩個定時器，使能主從定時器，使能pwm輸出驅動芯片開始進行電流采集，等待主定時器count溢出中斷，于此同時獲取從定時器的count值，保存后進行count值清零，通過公式轉換或者其他方法計算出實際電流值。
②流程圖
該流程圖為單次電流采集，循環(huán)捕獲從定時器中的計數(shù)值參與計算，便可以實現(xiàn)連續(xù)的電流采集。
5、程序設計
根據(jù)電流采集芯片的信號輸入輸出特性，信號處理需要用到主從兩個定時器以及一個產(chǎn)生pwm的定時器，所以程序上首先需要對定時器做相關配置。
①外設配置參考
主要配置單片機定時器分頻系數(shù)，自動重裝載值，開啟門控模式，選擇觸發(fā)源，開啟定時器中斷，選擇中斷優(yōu)先級，使能定時器。
從定時器配置：
參考程序：
主定時器配置
參考程序：
pwm輸出配置
參考程序：
②定時器中斷獲取計數(shù)值
調用定時器中斷函數(shù)，讀取count計數(shù)值，清零count值，清除中斷標志位。
③計數(shù)值轉換電流值
方法一
根據(jù)從定時器的count值，除以主定時器的裝載值，得到密度Density，使用四.3章節(jié)提供的公式進行數(shù)據(jù)轉換，從而得到電路中實際的電流值。
方法二
采集出幾組電流值與count值，導入表格獲取線性關系和公式，將公式直接帶入程序中，亦可以得到準確的電流值，如下圖所示，橫坐標x表示從定時器count值，縱坐標y表示采集到的電流值。
參考程序：
最后：本數(shù)據(jù)采集方式意在獲取原始值之后直接進行數(shù)據(jù)轉換，簡單明了，但可能會存在出現(xiàn)干擾數(shù)據(jù)從而得到錯誤的電流值，所以有必要加入濾波算法。可以采用平均值濾波算法或其他更好的濾波方法，以此保證數(shù)據(jù)的正確性、穩(wěn)定性和可靠性。
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