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s高速脉冲计数器及PTO和PWM

高速脉冲计数器

高速计数器专用输入

高速计数器使用的输入

HSC0I0.0,I0.1,0.2

HSC1I0.6,I0.7,I1.0,I1.1

HSC2I1.2,I1.3,I1.4,I1.5

HSC3I0.1

HSC4I0.3,I0.4,I0.5

HSC5I0.4

有些高速计数器和边缘中断的输入点赋值存在某些重叠。

同一个输入不能用于两种不同的功能；但是高速计数器当前模式未使用的任何输入均可用于其他目的。

例如，如果在模式2中使用HSC0，模式2使用I0.0和I0.2，则I0.1可用于边缘中断或用于HSC3。

如果所用的HSC0模式不使用输入I0.1，则该输入可用于HSC3或边缘中断。

与此相似，如果所选的HSC0模式不使用I0.2，则该输入可用于边缘中断；如果所选HSC4模式不使用I0.4，则该输入可用于HSC5。

请注意HSC0的所有模式均使用I0.0，HSC4的所有模式均使用I0.3，因此当使用这些计数器时，这些输入点绝不会用于其他用途。

HSC模式

说明（中断描述）

输入点

HSC0

I0.0

I0.1

I0.2

HSC1

I0.6

I0.7

I1.0

I1.1

HSC2

I1.2

I1.3

I1.4

I1.5

HSC3

I0.1

HSC4

I0.3

I0.4

I0.5

HSC5

I0.4

0

具有内部方向控制的单相计数器

时钟

1

时钟

复位

2

时钟

复位

启动

3

具有外部方向控制的单相计数器

时钟

方向

4

时钟

方向

复位

5

时钟

方向

复位

启动

6

具有两个时钟输入的双向计数器

增计数脉冲

减计数脉冲

7

增计数脉冲

减计数脉冲

复位

8

增计数脉冲

减计数脉冲

复位

启动

9

A/B相正交计数器

时钟脉冲A

时钟脉冲B

10

时钟脉冲A

时钟脉冲B

复位

11

时钟脉冲A

时钟脉冲B

复位

启动

12

仅HSC0和HSC3支持模式12。

HSC0计数Q0.0输出的脉冲数。

HSC3计数Q0.1输出的脉冲数。

四台计数器有三个控制位，用于配置复原和起始输入的激活状态并选择1x或4x计数模式（仅限正交计数器）。

这些控制位位于各自计数器的控制字节内，只在执行HDEF指令时才使用。

执行HDEF指令之前，必须将这些控制位设为所需的状态，否则计数器采用所选计数器模式的默认配置。

复原输入和起始输入的默认设置为现用水平高，正交计数速率为4x（或4乘以输入时钟频率）。

一旦执行了HDEF指令，就不能再改变计数器设置，除非首先将CPU设为STOP（停止）模式。

下表复位和启动输入的有效电平以及1x/4x控制位

HSC0

HSC1

HSC2

HSC4

HDEF控制位（仅在执行HDEF时使用）说明

SM37.0

SM47.0

SM57.0

SM147.0

"复原"的有效控制位**：

0=复原现用水平高1=复原现用水平低

－

SM47.1

SM57.1

－

起动有效电平控制位**：

0=起始现用水平高1=起始现用水平低

SM37.2

SM47.2

SM57.2

SM147.2

"正交"计数器的计数速率选项：

0=4x计数速率1=1x计数速率

**缺省设置为：

复位输入和启动输入高电平有效，正交计数率为四倍速（四倍输入时钟频率）。

定义控制字节

一旦定义了计数器和计数器模式，您就可以为计数器动态参数编程。

每台高速计数器均有一个控制字节，允许完成以下作业：

*启用或禁止计数器

*控制方向（仅限模式0、1和2）或初始化所有其他模式的计数方向

*载入当前值

通过执行HSC指令可激活控制字节以及相关当前值和预设值检查。

下表说明每个控制位。

HSC0

HSC1

HSC2

HSC3

HSC4

HSC5

中断描述

SM37.3

SM47.3

SM57.3

SM137.3

SM147.3

SM157.3

计数方向控制位：

0=减计数；1=增计数

SM37.4

SM47.4

SM57.4

SM137.4

SM147.4

SM157.4

向HSC中写入计数方向：

0=不更新；1=更新计数方向

SM37.5

SM47.5

SM57.5

SM137.5

SM147.5

SM157.5

向HSC中写入预置值：

0=不更新；1=更新预置值

SM37.6

SM47.6

SM57.6

SM137.6

SM147.6

SM157.6

向HSC中写入新的初始值：

0=不更新；1=更新初始值

SM37.7

SM47.7

SM57.7

SM137.7

SM147.7

SM157.7

启用HSC：

0=禁用HSC1=启用HSC

设置当前值和预设值

每台高速计数器都有一个32位初始值和一个32位预设值，初始值和预设值均为带符号的整数值。

欲向高速计数器载入新的初始值和预设值，您必须设置包含初始值和／或预设值的控制字节及特殊内存字节。

然后您必须执行HSC指令，将新数值传输至高速计数器。

下表说明用于包含新当前值和预设值的特殊内存字节。

除控制字节以及新预设值和当前值保持字节外，还可以使用数据类型HC（高速计数器当前值）加计数器号码（0、1、2、3、4或5）读取每台高速计数器的当前值。

因此，读取操作可直接存取当前值，但只有用上述HSC指令才能执行写入操作。

载入数值

HSC0

HSC1

HSC2

HSC3

HSC4

HSC5

新初始值

SMD38

SMD48

SMD58

SMD138

SMD148

SMD158

新预设值

SMD42

SMD52

SMD62

SMD142

SMD152

SMD162

指定中断

所指有定计中数断器模式都支持在HSC的当前值等于预设值时产生一个中断事件。

使用外部复位端的计数模式支持外部复位中断。

除去模式0、1和2之外，所有计数器模式支持计数方向改变中断。

每种中断条件都可以分别使能或者禁止。

要得到关于使用中断的更多信息，参见通讯和中断指令一节

注：

当使用外部复位中断时，不要写入初始值，或者是在该中断服务程序中禁止再允许高速计数器，否则会产生一个致命错误。

状态字节

每个高速计数器都有一个状态字节，其中的状态存储位指出了当前计数方向，当前值是否大于或者等于预置值。

下表给出了每个高速计数器状态位的定义

提示：

只有在执行中断服务程序时，状态位才有效。

监视高速计数器状态的目的是使其它事件能够产生中断以完成更重要的操作。

HSC0到HSC5的状态位

HSC0

HSC1

HSC2

HSC3

HSC4

HSC5

中断描述

SM36.0

SM46.0

SM56.0

SM136.0

SM146.0

SM156.0

不用

SM36.1

SM46.1

SM56.1

SM136.1

SM146.1

SM156.1

不用

SM36.2

SM46.2

SM56.2

SM136.2

SM146.2

SM156.2

不用

SM36.3

SM46.3

SM56.3

SM136.3

SM146.3

SM156.3

不用

SM36.4

SM46.4

SM56.4

SM136.4

SM146.4

SM156.4

不用

SM36.5

SM46.5

SM56.5

SM136.5

SM146.5

SM156.5

当前计数方向状态位0=减计数；1=增计数

SM36.6

SM46.6

SM56.6

SM136.6

SM146.6

SM156.6

当前值等于预置值状态位0=不等；1=相等

SM36.7

SM46.7

SM56.7

SM136.7

SM146.7

SM156.7

当前值大于预置值状态位：

0=小于等于；1=大于

脉冲输出指令

脉冲输出（PLS）指令被用于控制在高速输出（Q0.0和Q0.1）中提供的"脉冲串输出"（PTO）和"脉宽调制"（PWM）功能。

PTO提供方波（50%占空比）输出，配备周期和脉冲数用户控制功能。

PWM提供连续性变量占空比输出，配备周期和脉宽用户控制功能。

识别S7-200高速输出指令

S7-200有两台PTO/PWM发生器，建立高速脉冲串或脉宽调节信号信号波形。

一台发生器指定给数字输出点Q0.0，另一台发生器指定给数字输出点Q0.1。

一个指定的特殊内存（SM）位置为每台发生器存储以下数据：

一个控制字节（8位值）、一个脉冲计数值（一个不带符号的32位值）和一个周期和脉宽值（一个不带符号的16位值）。

PTO/PWM发生器和过程映像寄存器共用Q0.0和Q0.1。

PTO或PWM功能在Q0.0或Q0.1位置现用时，PTO/PWM发生器控制输出，并禁止输出点的正常使用。

输出信号波形不受过程映像寄存器状态、点强迫数值、执行立即输出指令的影响。

PTO/PWM发生器非现用时，输出控制转交给过程映像寄存器。

过程映像寄存器决定输出信号波形的初始和最终状态，使信号波形在高位或低位开始和结束。

注释

●在启用PTO或PWM操作之前，将用于Q0.0和Q0.1的过程映像寄存器设为0。

●所有的控制位、周期、脉宽和脉冲计数值的默认值均为0

●PTO/PWM输出必须至少有10%的额定负载，才能提供陡直的上升沿和下降沿。

每台PTO/PWM发生器有一个控制字节（8位），一个周期值和脉宽值（不带符号的16位值）和一个脉冲计值（不带符号的32位值）。

这些值全部存储在特殊内存（SM）区域的指定位置。

一旦设置这些特殊内存位的位置，选择所需的操作后，执行脉冲输出指令（PLS）即启动操作。

该指令使S7-200读取SM位置，并为PTO/PWM发生器编程。

通过修改SM区域中（包括控制字节）要求的位置，您可以更改PTO或PWM的信号波形特征，然后执行PLS指令。

您可以在任意时间向控制字节（SM67.7或SM77.7）的PTO/PWM启用位写入零，禁用PTO或PWM信号波形的生成，然后执行PLS指令。

脉冲串操作（PTO）

PTO按照给定的脉冲个数和周期输出一串方波（占空比50％）。

（见右图）PTO可以产生单段脉冲串或者多段串（使用脉冲包络）。

可以指定脉冲数和周期（以微秒或毫秒为增加量）:

-脉冲个数：

1到4，294，967，295

-周期：

10μs到65,535μs或者

2ms到65,535ms。

如果为周期指定一个奇微秒数或毫秒数（例75ms）将会引起占空比失真

下表中是对计数和周期的限定。

PTO功能的脉冲个数及周期

脉冲个数/周期

结果

周期<2个时间单位

将周期缺省地设定为2个时间单位

脉冲个数=0

将脉冲个数缺省地设定为1个脉冲

PTO功能允许脉冲串“链接”或者“排队”。

当当前脉冲串输出完成时，会立即开始输出一个新的脉冲串。

这保证了多个输出脉冲串之间的连续性。

PTO脉管冲的单段管线

在单段线串模式，需要为下一个脉冲串更新特殊寄存器。

一旦启动了起始PTO段，就必须按照第二个波形的要求改变特殊寄存器，并再次执行PLS指令。

第二个脉冲串的属性在管线中一直保持到第一个脉冲串发送完成。

在管线中一次只能存储一段脉冲串的属性。

当第一个脉冲串发送完成时，接着输出第二个波形，此时管线可以用于下一个新的脉冲串。

重复这个过程可以再次设定下一个脉冲串的特性。

除去以下两种情况之外，脉冲串之间可以作到平滑转换：

时间基准发生了变化或者在利用PLS指令捕捉到新脉冲之前，启动的脉冲串已经完成。

如果您在管线已满时尝试载入，状态寄存器（SM66.6或SM76.6）中的PTO溢出位被设置。

进入RUN（运行）模式时，该位被初始化为0。

如果您希望探测随后出现的溢出，则必须在探测到溢出之后以手动方式清除该位。

PTO脉冲线串的多段管线

在多段脉管模式，CPU自动从V存储器区的包络表中读出每个脉冲串的特性。

在该模式下，仅使用特殊存储器区的控制字节和状态字节。

选择多段操作，必须装入包络表在V存储器中的起始地址偏移量（SMW168或SMW178）。

时间基准可以选择微秒或者毫秒，但是，在包络表中的所有周期值必须使用同一个时间基准，而且在包络正在运行时不能改变。

执行PLS指令来启动多段操作。

每段记录的长度为8个字节，由16位周期值、16位周期增量值和32位脉冲个数值组成。

下表中给出了包络表的格式。

您可以通过编程的方式使脉冲的周期自动增减。

在周期增量处输入一个正值将增加周期；输入一个负值将减少周期；输入0将不改变周期。

如果您指定的周期增量在一定数量的脉冲后导致非法周期则会出现数学溢出条件。

PTO功能被终止，输出转换成映象寄存器控制。

此外，状态字节（SM66.4或SM76.4）中的增量计算错误位被设为一。

如果您以手动方式异常中止正在运行的PTO包络，状态字节（SM66.5或SM76.5）中的用户异常中止位则被设为一。

当PTO包络执行时，当前启动的段的编号保存在SMB166（或SMB176）。

多段PTO操作的包络表格式

字节偏移量

包络段数

描述

0

段数1到2551

1

＃1

初始周期（2到65535时间基准单位）

3

每个脉冲的周期增量（有符号值）（--32768到32767时间基准单位）

5

脉冲数（1到）

9

＃2

初始周期（2到65535时间基准单位）

11

每个脉冲的周期增量（有符号值）（--32768到32767时间基准单位）

13

脉冲数（1到）

（连续）

＃3

（连续）

1输入0作为脉冲串的段数会产生一个非致命错误，将不产生PTO输出

脉宽调制（PWM）

PWM产生一个占空比变化周期固定的脉冲输出，（见下图）您可以以微秒或者毫秒为单位指定其周期和脉冲宽度：

-周期：

10μs到65,535μs或者2ms到65,535ms

-脉宽：

0μs到65,535μs或者0ms到65,535ms。

如下表所示，设定脉宽等于周期（使占空比为100％），输出连续接通。

设定脉宽等于0（使占空比为0％），输出断开。

脉宽、周期和PWM功能的执行结果。

脉宽/周期

结果

脉宽≥周期值

占空比为100%：

输出连续接通

脉宽＝0

占空比为0%：

输出断开。

周期<2个时间单位

将周期缺省地设定为2个时间单位。

有两个方法改变PWM波形的特性：

-同步更新：

如果不需要改变时间基准，就可以进行同步更新。

利用同步更新，波形特性的变化发生在周期边沿，提供平滑转换。

-异步更新：

PWM的典型操作是当周期时间保持常数时变化脉冲宽度。

所以，不需要改变时间基准。

但是，如果需要改变PTO/PWM发生器的时间基准，就要使用异步更新。

异步更新会造成PTO/PWM功能被瞬时禁止，和PWM波形不同步。

这会引起被控设备的振动。

由于这个原因，建议采用PWM同步更新。

选择一个适合于所有周期时间的时间基准。

提示：

控制字节中的PWM更新方式位（SM67.4或SM77.4）用于指定更新方式。

当PLS指令执行时变化生效。

如果改变了时间基准，会产生一个异步更新，而与PWM更新方式位的状态无关。

使用SM来配置和控制PTO/PWM操作

PLS指令会从特殊存储器SM中读取数据，使程序按照其存储值控制PTO/PWM发生器。

SMB67控制PTO0或者PWM0，SMB77控制PTO1或者PWM1。

下表对用于控制PTO/PWM操作的存储器给出了描述。

您可以使用PTO/PWM控制字节参考表作为一个快速参考，用其中的数值作为PTO/PWM控制寄存器的值来实现需要的操作。

您可以通过修改SM存储区（包括控制字节），然后执行PLS指令来改变PTO或PWM波形的特性。

您可以在任意时刻禁止PTO或者PWM波形，方法为：

首先将控制字节中的使能位（SM67.7或者SM77.7）清0，然后执行PLS指令。

PTO状态字节中的空闲位（SM66.7或者SM76.7）标志着脉冲串输出完成。

另外，在脉冲串输出完成时，您可以执行一段中断服务程序。

如果您使用多段操作，可以在整个包络表完成之后执行中断服务程序。

下列条件使SM66.4（或SM76.4）或SM66.5（或SM76.5）置位：

-如果周期增量使PTO在许多脉冲后产生非法周期值，会产生一个算术溢出错误，这会终止PTO功能并在状态字节中将增量计算错误位（SM66.4或者SM76.4）置1，PLC的输出变为由映象寄存器控制。

-如果要手动终止一个正在进行中的PTO包络，要把状态字节中的用户终止位（SM66.5或SM76.5）置1。

-当管线满时，如果试图装载管线，状态存储器中的PTO溢出位（SM66.6或者SM76.6）置1。

如果想用该位检测序列的溢出，必须在检测到溢出后手动清除该位。

当CPU切换至RUN模式时，该位被初始化为0。

提示：

如果要装入新的脉冲数（SMD72或SMD82）、脉冲宽度（SMW70或SMW80）或周期（SMW68或SMW78），应该在执行PLS指令前装入这些值和控制寄存器。

如果要使用多段脉冲串操作，在使用PLS指令前也需要装入包络表的起始偏移量（SMW168或SMW178）和包络表的值。

PTO/PWM控制寄存器的SM标志

Q0.0

Q0.1

状态字节

SM66.4

SM76.4

PTO包络由于增量计算错误而终止0=无错误；1=终止

SM66.5

SM76.5

PTO包络由于用户命令而终止0=无错误；1=终止

SM66.6

SM76.6

PTO管线上溢/下溢0=无溢出；1=上溢/下溢

SM66.7

SM76.7

PTO空闲0=执行中；1=PTO空闲

Q0.0

Q0.1

控制字节

SM67.0

SM77.0

PTO/PWM更新周期值0=不更新；1=更新周期值

SM67.1

SM77.1

PWM更新脉冲宽度值0=不更新；1=脉冲宽度值

SM67.2

SM77.2

PTO更新脉冲数0=不更新；1=更新脉冲数

SM67.3

SM77.3

PTO/PWM时间基准选择0=1μs/格，1=1ms/格

SM67.4

SM77.4

PWM更新方法：

0=异步更新;1=同步更新

SM67.5

SM77.5

PTO操作：

0=单段操作;1=多段操作

SM67.6

SM77.6

PTO/PWM模式选择0=选择PTO；1=选择PWM

SM67.7

SM77.7

PTO/PWM允许0=禁止；1=允许

Q0.0

Q0.1

其它PTO/PWM寄存器

SMW68

SMW78

PTO/PWM周期值（范围：

2到65535）

SMW70

SMW80

PWM脉冲宽度值（范围：

0到65535）

SMD72

SMD82

PTO脉冲计数值（范围：

1到4，294，967，295）

SMB166

SMB176

进行中的段数（仅用在多段PTO操作中）

SMW168

SMW178

包络表的起始位置，用从V0开始的字节偏移表示（仅用在多段PTO操作中）

SMB170

SMB180

线性包络状态字节

SMB171

SMB181

线性包络结果寄存器

SMD172

SMD182

手动模式频率寄存器

PTO/PWM控制字节参考

控制寄存器（16进制）

执行PLS指令的结果

允许

模式选择

PTO段操作

PWM更新方法

时基

脉冲数

脉冲宽度

周期

16＃81

YES

PTO

单段

1μs/周期

装入

16＃84

YES

PTO

单段

1μs/周期

装入

16＃85

YES

PTO

单段

1μs/周期

装入

装入

16＃89

YES

PTO

单段

1ms/周期

装入

16＃8C

YES

PTO

单段

1ms/周期

装入

16＃8D

YES

PTO

单段

1ms/周期

装入

装入

16＃A0

YES

PTO

多段

1μs/周期

16＃A8

YES

PTO

多段

1ms/周期

16＃D1

YES

PWM

同步

1μs/周期

装入

16＃D2

YES

PWM

同步

1μs/周期

装入

16＃D3

YES

PWM

同步

1μs/周期

装入

装入

16＃D9

YES

PWM

同步

1ms/周期

装入

16＃DA

YES

PWM

同步

1ms/周期

装入

16＃DB

YES

PWM

同步

1ms/周期

装入

装入

计算包络表的值

PTO/PWM发生器的多段管线功能在许多应用中非常有用，尤其在步进电机控制中。

例如：

您可以用带有脉冲包络的PTO来控制一台步进电机，来实现一个简单的加速、匀速和减速过程或者一个由最多255段脉冲包络组成的复杂过程，而其中每一段包络都是加速、匀速或者减速操作。

下图示例给出的包络表值要求产生一个输出波形包括三段：

步进电机加速（第一段）；步进电机匀速（第二段）和步进电机减速（第三段）。

对该例，假定需要4000个脉冲达到要求的电机转动数，启动和结束频率是2kHz，最大脉冲频率是10kHz。

由于包络表中的值是用周期表示的，而不是用频率，需要把给定的频率值转换成周期值。

所以，启动和结束的脉冲周期为500μs，最高频率的对应周期为100μs。

在输出包络的加速部分，要求在200个脉冲左右达到最大脉冲频率。

也假定包络的减速部分，在400个脉冲完成。

在该例中，使用一个简单公式计算PTO/PWM发生器用来调整每个脉冲周期所使用的周期增量值：

De给定段的周期增量=｜ECT--ICT｜/Q

其中：

ECT=该段结束周期时间

ICT=该段初始化周期时间

Q=该段的脉冲数量

利用这个公式，加速部分（第1段）的周期增量是-2。

由于第2段是恒速控制，因此，该段的周期增量是0。

相似地，减速部分（第3段）的周期增量是1。

假定包络表存放在从VB500开始的V存储器区，下表给出了产生所要求波形的值。

该表的值可以在用户程序中用指令放在V存储器中。

一种方法是在数据块中定义包络表的值。

包络表值

V存储器地址

值

中断描述

VB500

3

总段数

VW501

500

初始周期

段1＃

VW503

-2

周期增量

VD505

200

脉冲数

VW509

100

初始周期

段2＃

VW511

0

周期增量

VD513

3400

脉冲数

VW517

100

初始周期

段3＃

VW519

1

周期增量

VD521

400

脉冲数

段的最后一个脉冲的周期在包络中不直接指定，但必须计算出来（除非周期增量是0）。

如果在段之间需要平滑转换，知道段的最后一个脉冲的周期是有用的。

计算段的最后一个脉冲周期的公式是：

段的最后一个脉冲的周期时间=ICT+（DEL*（Q--1））