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PLSR脉冲输出控制系统使用说明 V2.0

系统概述

PLSR（脉冲输出指令）系统是基于STM32 HAL库和UCOSII实时操作系统的多段脉冲输出控制系统，兼容信捷PLC的PLSR指令规范。系统支持10段独立配置的脉冲输出，每段可设置不同的频率、脉冲数、加减速算法和等待条件。

硬件配置

定时器配置

TIM10: PWM脉冲输出定时器，输出频率可动态调整
TIM2: 脉冲计数定时器，对TIM10的PWM输出进行计数
TIM6: 系统控制定时器，用于加减速控制和段切换，更新频率可配置

引脚配置

PWM输出引脚：根据TIM10配置确定
方向控制引脚：可选配置
外部事件输入引脚：可选配置

核心数据结构

1. 等待条件结构体 (PLSR_WaitCondition_t)

typedef struct {
    PLSR_WaitType_t wait_type;      // 等待条件类型
    uint32_t wait_time_ms;          // 等待时间(ms)
    uint32_t act_time_ms;           // ACT时间(ms)
    uint8_t condition_flag;         // 条件标志
    uint8_t ext_event_flag;         // 外部事件标志
} PLSR_WaitCondition_t;

2. 加减速配置结构体 (PLSR_AccelConfig_t)

typedef struct {
    uint32_t accel_time_ms;         // 加速时间(ms)
    uint32_t decel_time_ms;         // 减速时间(ms)
    PLSR_AccelAlgorithm_t accel_algorithm;  // 加减速算法
} PLSR_AccelConfig_t;

3. 段配置结构体 (PLSR_SectionConfig_t)

typedef struct {
    uint8_t section_num;            // 段号(1-10)
    uint32_t target_freq;           // 目标频率(Hz)
    uint32_t target_pulse;          // 目标脉冲数
    uint8_t next_section;           // 下一段号(0表示结束)
    PLSR_SectionState_t section_state;      // 段状态
    PLSR_AccelConfig_t accel_config;        // 加减速配置
    PLSR_WaitCondition_t wait_condition;    // 等待条件
} PLSR_SectionConfig_t;

4. 路径控制结构体 (PLSR_RouteConfig_t)

typedef struct {
    PLSR_RouteState_t route_state;  // 路径状态
    uint8_t current_section_num;    // 当前段号
    uint32_t current_freq;          // 当前频率
    uint32_t target_freq;           // 目标频率
    uint32_t pulse_count;           // 当前脉冲计数
    uint32_t start_freq;            // 起始频率
    uint32_t end_freq;              // 结束频率
    uint8_t output_port;            // 输出端口选择
    PLSR_Mode_t mode;               // 模式(相对/绝对)
    PLSR_Direction_t direction;     // 方向
    
    // 运行状态参数
    PLSR_RunState_t run_state;      // 运行状态
    uint32_t accel_step_count;      // 加速步数计数
    uint32_t decel_step_count;      // 减速步数计数
    uint32_t const_pulse_count;     // 匀速脉冲计数
    uint32_t freq_step;             // 频率步长
    uint32_t wait_start_tick;       // 等待开始时间
    uint32_t act_start_tick;        // ACT开始时间
    
    PLSR_SectionConfig_t section[PLSR_MAX_SECTIONS];  // 段配置数组
} PLSR_RouteConfig_t;

等待条件类型详解

1. PLSR_WAIT_PLUSEEND

功能: 脉冲发送完成后立即切换到下一段
使用场景: 标准的段切换模式
特点: 不需要额外等待时间

2. PLSR_WAIT_TIME

功能: 等待指定时间后切换段
逻辑:
- 如果等待时间先到达，脉冲发送完成后立即切换
- 如果脉冲先发送完成，等待时间到达后切换
默认时间: 200ms

3. PLSR_WAIT_CONDITION

功能: 等待外部条件标志后切换段
逻辑: 与WAIT_TIME类似，但等待的是条件标志
控制方式: 通过PLSR_SetSectionCondition()设置

4. PLSR_WAIT_ACT_TIME

功能: ACT时间控制段切换
特殊逻辑:
- ACT时间短：在加速段时直接切换到下一段
- ACT时间长：在减速段时直接切换到下一段
- ACT时间很长：等待当前段完成后再等待ACT时间
默认时间: 200ms

5. PLSR_WAIT_EXT_EVENT

功能: 等待外部事件触发
控制方式: 通过PLSR_SetExtEvent()设置
特点: 不触发则一直等待

6. PLSR_WAIT_EXT_OR_END

功能: 外部事件或脉冲结束，任一条件满足即切换
特点: 提供更灵活的切换控制

运行模式说明

相对模式 (PLSR_MODE_RELATIVE)

脉冲数含义: 相对于上一段的脉冲增量
计算方式: 直接使用配置的target_pulse值
适用场景: 增量式运动控制

绝对模式 (PLSR_MODE_ABSOLUTE)

脉冲数含义: 绝对位置坐标
计算方式: target_pulse - current_pulse_count
适用场景: 位置式运动控制

加减速算法

1. 线性加减速 (PLSR_ACCEL_LINEAR)

特点: 频率线性变化
公式: freq = start_freq + (target_freq - start_freq) * progress
适用: 简单应用场景

2. 曲线加减速 (PLSR_ACCEL_CURVE)

特点: S型曲线，平滑过渡
公式: f(x) = 3x² - 2x³
适用: 需要平滑启停的场景

3. 正弦加减速 (PLSR_ACCEL_SINE)

特点: 基于正弦函数的平滑变化
公式: f(x) = sin(π/2 * x)
适用: 高精度平滑控制

系统使用流程

1. 系统初始化

// 初始化PWM和计数器
PLSR_PWM_Init();

// 配置TIM6更新频率(微秒)
PLSR_TIM6_SetUpdateFreq(1000);  // 1ms更新频率

// 初始化路径配置
PLSR_Route_Init(&g_plsr_route);

2. 路径参数配置

// 设置基本参数
g_plsr_route.start_freq = 1000;     // 起始频率1kHz
g_plsr_route.end_freq = 0;          // 结束频率0Hz
g_plsr_route.mode = PLSR_MODE_RELATIVE;  // 相对模式
g_plsr_route.direction = PLSR_DIR_FORWARD; // 正向

3. 段参数配置示例

// 配置第1段
g_plsr_route.section[0].target_freq = 5000;    // 目标频率5kHz
g_plsr_route.section[0].target_pulse = 10000;  // 目标脉冲10000个
g_plsr_route.section[0].next_section = 2;      // 下一段为第2段
g_plsr_route.section[0].accel_config.accel_time_ms = 2000;  // 加速时间2s
g_plsr_route.section[0].accel_config.decel_time_ms = 1500;  // 减速时间1.5s
g_plsr_route.section[0].accel_config.accel_algorithm = PLSR_ACCEL_CURVE; // S曲线
g_plsr_route.section[0].wait_condition.wait_type = PLSR_WAIT_PLUSEEND;   // 脉冲结束切换

// 配置第2段
g_plsr_route.section[1].target_freq = 3000;    // 目标频率3kHz
g_plsr_route.section[1].target_pulse = 5000;   // 目标脉冲5000个
g_plsr_route.section[1].next_section = 0;      // 结束(下一段为0)
g_plsr_route.section[1].wait_condition.wait_type = PLSR_WAIT_TIME;
g_plsr_route.section[1].wait_condition.wait_time_ms = 500;  // 等待500ms

4. 启动路径执行

// 启动路径执行
PLSR_Route_Start(&g_plsr_route);

// 检查运行状态
if (PLSR_Route_IsRunning(&g_plsr_route)) {
    // 路径正在执行
}

5. 运行时控制

// 设置外部事件
PLSR_SetExtEvent(1);

// 设置段条件标志
PLSR_SetSectionCondition(&g_plsr_route, 2, 1);

// 获取当前脉冲计数
uint32_t current_pulse = PLSR_Counter_GetCount();

// 获取当前PWM频率
uint32_t current_freq = PLSR_PWM_GetFrequency();

// 停止路径执行
PLSR_Route_Stop(&g_plsr_route);

状态机说明

路径状态 (PLSR_RouteState_t)

PLSR_ROUTE_IDLE: 空闲状态
PLSR_ROUTE_RUNNING: 运行状态
PLSR_ROUTE_COMPLETED: 完成状态
PLSR_ROUTE_ERROR: 错误状态

运行状态 (PLSR_RunState_t)

PLSR_STATE_IDLE: 空闲状态
PLSR_STATE_ACCEL: 加速状态
PLSR_STATE_CONST: 匀速状态
PLSR_STATE_DECEL: 减速状态
PLSR_STATE_WAIT: 等待状态
PLSR_STATE_STOP: 停止状态

段状态 (PLSR_SectionState_t)

PLSR_SECTION_IDLE: 段空闲
PLSR_SECTION_RUNNING: 段运行中
PLSR_SECTION_COMPLETED: 段完成

中断处理

TIM6中断回调

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
    if (htim->Instance == TIM6) {
        // PLSR路径控制处理
        PLSR_Route_Process(&g_plsr_route);
        
        // 系统时钟递增
        g_plsr_system_tick++;
    }
}

调试和监控

状态监控函数

// 获取系统时钟
uint32_t tick = PLSR_GetSystemTick();

// 获取当前段号
uint8_t section = g_plsr_route.current_section_num;

// 获取运行状态
PLSR_RunState_t state = g_plsr_route.run_state;

// 获取脉冲计数
uint32_t pulse = g_plsr_route.pulse_count;

调试建议

使用串口输出关键状态信息
监控段切换过程
检查等待条件的触发时机
验证加减速曲线的平滑性

注意事项

频率范围: PWM频率建议在1Hz-100kHz范围内
TIM6频率: 建议设置为1ms，过快会增加CPU负担
段号管理: 段号从1开始，0表示结束
内存管理: 结构体较大，注意栈空间使用
中断优先级: 确保TIM6中断优先级适当
线程安全: 在多线程环境下注意数据保护

常见问题

Q1: 脉冲输出不稳定

A: 检查TIM6更新频率设置，建议不要设置过快

Q2: 段切换不正常

A: 检查next_section设置和等待条件配置

Q3: 加减速不平滑

A: 调整加减速时间或选择合适的算法

Q4: 外部事件不响应

A: 确认外部事件标志设置正确

版本信息

版本: V2.0
更新日期: 2025年1月
兼容性: STM32 HAL库, UCOSII, 信捷PLC PLSR指令
作者: AI Assistant

技术支持

如有技术问题，请检查：

硬件连接是否正确
定时器配置是否匹配
中断是否正常触发
参数配置是否合理

注意: 本文档基于重构后的PLSR系统V2.0版本，与之前版本不兼容。使用前请仔细阅读并理解各个功能模块的工作原理。

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