定時接口模塊

1、 第十二章 定時接口模塊嵌入式技術(shù)基礎(chǔ)與實踐本章主要內(nèi)容計數(shù)器/定時器的基本工作原理定時器模塊的編程基礎(chǔ) 定時器模塊的輸入捕捉功能 定時器模塊的輸出比較功能定時器模塊的脈寬調(diào)制輸出功能12.1 計數(shù)器/定時器的基本工作原理12.1.1 實現(xiàn)計數(shù)與定時的基本方法（1）完全硬件方式 在過去許多儀器儀表或設(shè)備中，需要進行延時、定時或計數(shù)，經(jīng) 常使用數(shù)字邏輯電路實現(xiàn)，即完全用硬件電路實現(xiàn)計數(shù)/定時功能若要改變計數(shù)/定時的要求，必須改變電路參數(shù)，通用性、靈活性差。微型電子計算機出現(xiàn)以后，特別是單片微型計算機的發(fā)展與普及，這種完全硬件方式實現(xiàn)定時與計數(shù)已較少使用。（2）完全軟件方式 在計算機中，通過編程，

2、利用計算機執(zhí)行指令的時間實現(xiàn)定時，稱為完全軟件方式，簡稱軟件方式。在這種方式中，一般是根據(jù)所需要的時間常數(shù)來設(shè)計一個延時子程序，延時子程序中包含一定的指令，設(shè)計者要對這些指令的執(zhí)行時間進行嚴密的計算或者精確的測試，以便確定延時時間是否符合要求。 （3）可編程計數(shù)器/定時器 利用專門的可編程計數(shù)器定時器實現(xiàn)計數(shù)與定時，克服了完全硬件方式與完全軟件方式的缺點，設(shè)定之后與CPU并行地工作。應(yīng)用可編程計數(shù)器定時器，在簡單的軟件控制下，可以產(chǎn)生準確的時間延時。這種方法的主要思想是根據(jù)需要的定時時間，用指令對計數(shù)器定時器設(shè)置定時常數(shù)，并用指令啟動計數(shù)器定時器。這種方法最突出的優(yōu)點是計數(shù)時不占用CPU的時間

3、，并且，如果利用計數(shù)器定時器產(chǎn)生中斷信號就可以建立多作業(yè)的環(huán)境，所以，可大大提高CPU的利用率。12.1.2 MC68HC908GP32 MCU的定時接口的 基本原理的概述 MC68HC08系列的單片機可以提供多個獨立的定時器，例如，GP32芯片有兩個定時器，分別叫定時器1、定時器2，它們的工作原理是一的，下面的說明均以定時器1為例。 HC08系列的單片機定時器的核心是一個處于不斷加1的16位計數(shù)寄存器，簡稱為計數(shù)器。該計數(shù)器的時鐘頻率由外部晶振時鐘（也可以是由鎖相環(huán)模塊得到的總線時鐘）經(jīng)過預(yù)定的分頻因子分頻得到。 在定時器內(nèi)部有個控制和狀態(tài)寄存器，通過對它某些位的設(shè)置，就可以確定多少時間計數(shù)

4、器加1，即定時間隔。 在定時器內(nèi)部有個預(yù)置寄存器，當(dāng)計數(shù)器的值等于預(yù)置寄存器的值時，稱為計數(shù)器溢出，當(dāng)計數(shù)器溢出時，計數(shù)器的值被賦0，同時將計數(shù)器溢出標志等狀態(tài)置于控制和狀態(tài)寄存器中。MC68HC908GP32 MCU定時器基本功能及主要特征： HC08系列的單片機定時器具有輸入捕捉、輸出比較、PWM、脈沖輸出、DMA直接存儲器訪問等功能。 以下簡要給出MC68HC908GP32的定時器的主要特征： 每個定時器具有兩路獨立的輸入捕捉輸出比較通道。 帶緩沖（Buffered）和不帶緩沖（Unbuffered）的脈寬調(diào)制波。 七種可編程選擇的分頻因子。 預(yù)置計數(shù)。 計數(shù)器停止或清除。 16位輸入捕

5、捉和通道寄存器。 定時器溢出中斷、每路通道的輸入捕捉輸出比較中斷。定時器功能框圖12.2 定時器模塊的編程基礎(chǔ) D7 TOF位：定時器溢出標志位 。當(dāng)16位計數(shù)寄存器T1CNT中的值達到設(shè)定值(在16位預(yù)置寄存器T1MOD中)時，TOF=1，同時T1CNT=$0000。 D6 TOIE位：定時器溢出中斷允許位（Timer Overflow Interrupt Enable Bit）。該位用來設(shè)置是否允許定時器溢出中斷。TOIE=1，允許定時器溢出中斷，TOIE=0，不允許定時器溢出中斷。12.2.1 定時器模塊的3個基本寄存器（1）T1狀態(tài)和控制寄存器（Timer 1 Status and C

6、ontrol Register，T1SC） T1SC的地址：$0020，定義為：數(shù)據(jù)位 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0定義 TOF TOIE TSTOP TRST - PS2 PS1 PS0復(fù)位 0 0 1 0 0 0 0 0（1）T1狀態(tài)和控制寄存器（Timer 1 Status and Control Register，T1SC） D5 TSTOP位：定時器計數(shù)停止位（Timer Count Stop Bit）。該位用來控制計數(shù)器的計數(shù)停止和恢復(fù)。對該位寫入1，定時器的計數(shù)寄存器將保持當(dāng)前的值，停止計數(shù)。 D4 TRST位：定時器復(fù)位位(Timer Reset Bit )。

7、向該位寫入1將清除定時器的計數(shù)寄存器和設(shè)定的分頻因子，該位通常為0。 D3 未定義。 D2D0 PS2PS0位：定時器分頻因子選擇位（Timer Prescaler Select Bits）。這三位定義定時器的分頻因子，記為：p，定義如下:PS2、PS1、PS0=000 001 010 011 100 101 110 111 p =1 2 4 8 16 32 64 未定義其中設(shè)fBUS為總線頻率，則定時器的計數(shù)寄存器的計數(shù)頻率為：計數(shù)頻率fBUS/p。復(fù)位時，PS2、PS1、PS0=000，即p=1，此時，計數(shù)頻率fBUS。分頻因子的選取應(yīng)根據(jù)總線頻率fBUS、預(yù)置寄存器的設(shè)定值、希望的溢出時

8、間的綜合考慮確定。 （2）T1計數(shù)寄存器（T1 Counter Register，T1CNTH、T1CNTL） 它是一個16位寄存器，分為高8位、低8位，地址分別為$0021、$0022，它的作用是：當(dāng)定時器的狀態(tài)和控制寄存器的TSTOP位=0時，即允許計數(shù)時，每一計數(shù)周期，其值自動加1，當(dāng)它達到設(shè)定值(在16位預(yù)置寄存器中)時，TOF=1，同時計數(shù)寄存器自動清0。（3）T1預(yù)置寄存器（T1 Counter Modulo Register， T1MODH、T1MODL） 它是一個16位寄存器，分為高8位、低8位，地址分別為$0023、$0024，它的作用是：設(shè)定計數(shù)寄存器的計數(shù)溢出值。復(fù)位時，

9、預(yù)置寄存器的初值為$FFFF。定時溢出中斷匯編工程實例 為了理解定時器的基本功能，這里給出利用定時器溢出編寫定時的例子，并把“時分秒”發(fā)送到PC機，以便比較。同時，在PC機方，用一個十分簡明的程序，接收MCU發(fā)送來“時分秒”并顯示，同時還可以將PC機的當(dāng)前時間發(fā)送到MCU，作為時間基準值。通過這個例子，理解定時器溢出中斷的編程方法和系統(tǒng)時間的產(chǎn)生方法。1） MCU方程序2） PC方VB程序1） MCU方程序 2） PC方VB程序PC方的界面見圖。程序主要功能是：接收MCU發(fā)送來“時分秒”并顯示，也可以單擊“發(fā)送”按鈕，發(fā)送PC機的當(dāng)前時間。 12.2.3 定時溢出中斷編程C語言程序例1）定時溢

10、出中斷編程C語言程序例主程序2）定時溢出中斷編程C語言程序例矢量表文件12.3 定時器模塊的輸入捕捉功能12.3.1 輸入捕捉的基本含義（1）與輸入捕捉功能相關(guān)的引腳 在MC68HC908GP32的DIP-40封裝形式中，第21、22腳標記是“PTD4/T1CH0、PTD5/T1CH1”，它們是普通I/O與定時器輸入捕捉的復(fù)用引腳。作為定時器輸入捕捉功能使用時，它們是定時器1的兩個通道輸入捕捉引腳。（2）輸入捕捉的基本含義 輸入捕捉功能是用來監(jiān)測外部的事件和輸入信號。當(dāng)外部事件發(fā)生或信號發(fā)生變化時，在指定的輸入捕捉引腳上發(fā)生一個指定的沿跳變（可以指定該跳變是上升沿還是下降沿）。定時器捕捉到特定

11、的沿跳變后，把計數(shù)寄存器當(dāng)前的值鎖存到通道寄存器。 12.3.2 輸入捕捉的寄存器（1）T1通道寄存器 （T1 Channel Register） 定時器1有兩個通道，相對應(yīng)的通道寄存器有：定時器1通道0寄存器T1CH0(16位寄存器)，地址是：$0026、$0027；定時器1通道1寄存器T1CH1 (16位寄存器) ，地址是：$0029、$002A。 通道寄存器在該通道用作輸入捕捉時的作用是：當(dāng)指定的沿跳變發(fā)生 (即定時系統(tǒng)捕捉到沿跳變) 時，鎖存計數(shù)寄存器的值。 通道寄存器是一個16位的寄存器，分為高字節(jié)和低字節(jié)，在讀取的時候要分別讀取。為了防止兩次讀取之間該寄存器的內(nèi)容發(fā)生變化而產(chǎn)生虛假

12、的輸入捕捉計數(shù)值，系統(tǒng)會在讀取高字節(jié)時鎖存低字節(jié)的內(nèi)容，這時即使又發(fā)生特定的沿跳變，通道寄存器的內(nèi)容也不會改變。所以，若要讀取整個通道寄存器，必須先讀高字節(jié)，再讀低字節(jié)。（2）T1通道0狀態(tài)和控制寄存器（T1 Channel0 Status and Control Register，T1SC0）D7 ：通道標志位，用來標志定時器1通道0發(fā)生了輸入捕捉。 D6 ：通道中斷允許位，用來設(shè)置是否允許發(fā)生輸入捕捉中斷。 D5D4：模式選擇位。每一個定時器都可以工作在輸入捕捉，輸出比較和PWM輸出模式，這兩位用來選擇這些工作模式。 D3D2 ：跳變沿/輸出電平選擇位。 D1 ：溢出翻轉(zhuǎn)控制標志位，定時器

13、通道用做輸入捕捉時，此位無用。 D0 ：通道最大占空比設(shè)置位 ，定時器通道用作輸入捕捉時，此位無用。數(shù)據(jù)位 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0定義CH0F CH0IE MS0B MS0A ELS0B ELS0A TOV0 CH0MAX復(fù)位 1 1 1 1 1 1 1 1通道控制寄存器控制位MS0B：MS0AELS0B：ELS0A工作模式跳變沿/輸出電平X 0X 10 00 0預(yù)設(shè)輸出電平初始輸出高電平初始輸出低電平0 00 00 00 11 01 1輸入捕捉上升沿捕捉下降沿捕捉跳變沿捕捉0 10 10 10 11 01 1輸出比較輸出電平翻轉(zhuǎn)輸出高電平輸出低電平1 X0 1帶緩沖的

14、輸出比較或帶緩沖的PWM輸出輸出電平翻轉(zhuǎn)1 X1 0輸出高電平1 X1 1輸出低電平（3）T1通道1狀態(tài)和控制寄存器（Timer1 Channel 1 Status and Control Register，T1SC1）含義同T1通道0狀態(tài)和控制寄存器 ，只是沒有D5(MS1B)位，因為MS0B是選擇CH0緩沖方式的，CH1沒有緩沖方式，所以沒有MS1B位。數(shù)據(jù)位 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0定義CH1F CH1IE - MS1A ELS1B ELS1A TOV1 CH1MAX復(fù)位 1 1 1 1 1 1 1 112.3.3 輸入捕捉中斷編程實例下面程序驗證定時器1通道0(引

15、腳21)輸入捕捉中斷的產(chǎn)生，當(dāng)中斷發(fā)生時取反指示燈PTA1。定時器1通道0的輸入捕捉中斷向量的地址是$FFF6。 （1）輸入捕捉中斷編程實例匯編語言程序 （2）輸入捕捉中斷編程實例C語言主程序（2）輸入捕捉中斷編程實例C語言主程序（3）輸入捕捉中斷編程實例C語言矢量表文件（3）輸入捕捉中斷編程實例C語言矢量表文件12.4 定時器模塊的輸出比較功能12.4.1 輸出比較的基本含義 （1）與輸出比較功能相關(guān)的引腳 在MC68HC908GP32的DIP-40封裝形式中，第21、22腳標記是“PTD4/T1CH0、PTD5/T1CH1”，它們是普通I/O與定時器輸入捕捉的復(fù)用引腳。作為定時器輸入捕捉功

16、能使用時，它們是定時器1的兩個通道輸入捕捉引腳，同時也可定義它們?yōu)檩敵霰容^引腳。（2）輸出比較的含義 輸出比較的功能是用程序的方法在規(guī)定的時刻輸出需要的電平，實現(xiàn)對外部電路的控制。12.4 定時器模塊的輸出比較功能12.4.1 輸出比較的基本含義 （3）輸出比較過程12.4.2 輸出比較的寄存器（1）T1通道寄存器 （T1 Channel Register） 通道寄存器在該通道用作輸出比較時的作用是：存放要與計數(shù)寄存器進行比較的數(shù)值。 完整的設(shè)置輸出比較功能應(yīng)該包括對寄存器兩個字節(jié)的寫入。通道寄存器和標志位在復(fù)位時被清零，在初始化輸出比較功能時應(yīng)該小心謹慎，一般采用以下的步驟： 寫入通道寄存器

17、的高位字節(jié)，禁止輸出比較功能； 取狀態(tài)寄存器，清除OCF位； 寫入通道寄存器低位字節(jié)，使輸出比較功能工作。（2）T1通道0狀態(tài)和控制寄存器（T1 Channel0 Status and Control Register，T1SC0） T1SC0寄存器在輸出比較時，D7D2位與用作輸入捕捉時的含義相同，D1位此時無意義，在用作輸出比較時其含義說明如下:D1 ：溢出翻轉(zhuǎn)控制標志位，在定時器通道用作輸出比較功能時，如果置位該位，在通道的定時器發(fā)生溢出時，輸出比較模塊會自動翻轉(zhuǎn)輸出電平。在一個完整的脈沖中，必然有兩次電平的跳變。這就需要兩次進入輸出比較處理例程，兩次計算下一次輸出比較的計數(shù)值。如果能夠

18、使脈沖的周期恰好等于定時器通道的溢出周期，并且置位溢出翻轉(zhuǎn)控制標志位，那么在每次脈沖周期到的時候輸出比較模塊將自動翻轉(zhuǎn)輸出電平而節(jié)省了一次輸出比較的處理。需要注意的是，置位溢出翻轉(zhuǎn)控制標志位后，如果定時器溢出和輸出比較同時發(fā)生，模塊將優(yōu)先處理定時器溢出事件。如果定時器溢出的處理例程比較耗時，輸出比較將不能得到及時的處理。這在編寫程序時一定要非常留意。不帶緩沖輸出比較與帶緩沖的輸出比較（1）不帶緩沖的輸出比較 不帶緩沖的輸出比較的功能表現(xiàn)在更改下一次輸出比較時需要對輸出比較計數(shù)器重新寫入。 （2）帶緩沖的輸出比較 使用MC68HC908GP32的帶緩沖的輸出比較功能就可以克服不帶緩沖的輸出比較缺

19、陷。帶緩沖的輸出比較功能使用了同一定時器的兩路通道，將這兩路通道聯(lián)合起來共同組成一個帶緩沖的輸出比較。該輸出比較波形將出現(xiàn)在TCH0引腳上，而原來的TCH1引腳仍然可以作為普通的I/O引腳使用。 12.5 定時器模塊的脈寬調(diào)制輸出功能脈沖寬度調(diào)制器PWM PWM產(chǎn)生一個在高電平和低電平之間重復(fù)交替的輸出信號，這個信號被稱為PWM信號，也叫脈寬調(diào)制波。通過指定所需的時鐘周期和占空比來控制高電平和低電平的持續(xù)時間。 占空比為信號處于高電平的時間（或時鐘周期數(shù)）占整個信號周期的百分比，方波的占空比是50%。 脈沖寬度是指脈沖處于高電平的時間。 PWM的常見應(yīng)用是為其他設(shè)備產(chǎn)生類似于時鐘的信號。 PWM的另一個常見用途是