嵌入式技術(shù)基礎(chǔ)與實(shí)踐(第2版)第07章

第7章定時(shí)器模塊主要內(nèi)容

7.1計(jì)數(shù)器/定時(shí)器的基本工作原理7.2定時(shí)器模塊的編程結(jié)構(gòu)與編程實(shí)例7.3定時(shí)器模塊的輸入捕捉功能7.4定時(shí)器模塊的輸出比較功能7.5定時(shí)器模塊的脈寬調(diào)制（PWM）輸出功能7.1計(jì)數(shù)器/定時(shí)器的基本工作原理7.1.1實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)與定時(shí)的基本方法完全硬件方式即完全用硬件電路實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)/定時(shí)功能完全軟件方式通過(guò)編程，利用計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令的時(shí)間實(shí)現(xiàn)定時(shí)可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器利用專門的可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)與定時(shí)，克服了完全硬件方式與完全軟件方式的缺點(diǎn)，綜合利用了它們各自的優(yōu)點(diǎn)MC9S08AW60系列中的定時(shí)器系統(tǒng)包括兩個(gè)獨(dú)立的TPM：一個(gè)6通道的TPM1和一個(gè)2通道的TPM2。TPM模塊管腳和I/O管腳復(fù)用。Slide47.1概述

定時(shí)器/PWM模塊TPM（Timer/Pulse-WidthModulator）定時(shí)器系統(tǒng)的特性總共8個(gè)通道每一個(gè)通道都可作為輸入捕捉、輸出比較、或帶緩沖的邊緣對(duì)齊PWM上升沿、下降沿或任何邊沿的輸入捕捉觸發(fā)變1、變0或翻轉(zhuǎn)等輸出比較動(dòng)作PWM輸出極性可選每一個(gè)TPM的所有通道都可以配置成為帶緩沖的中心對(duì)齊脈寬調(diào)制CPWM（buffered,center-alignedpulse-widthmodulation）每一個(gè)TPM預(yù)分頻器的時(shí)鐘源都可以獨(dú)立選擇總線時(shí)鐘、固定系統(tǒng)時(shí)鐘或外部管腳：預(yù)分頻除數(shù)可以為1，2，4，8，16，32，64或128可以用外部時(shí)鐘輸入（僅對(duì)64管腳的封裝）：TPM1用TPM1CLK，TPM2用TPM2CLK16位自由運(yùn)行或者增數(shù)/減數(shù)的CPWM技術(shù)操作16位預(yù)置計(jì)數(shù)寄存器用于控制計(jì)數(shù)范圍定時(shí)器系統(tǒng)允許對(duì)每個(gè)TPM，每個(gè)通道一個(gè)中斷，還有一個(gè)計(jì)數(shù)中止中斷Slide57.1概述內(nèi)部結(jié)構(gòu)兩個(gè)獨(dú)立的TPM每個(gè)TPM都由1個(gè)16位的計(jì)數(shù)器與n

(n=6or2)個(gè)輸入/輸出通道組成每一個(gè)通道都可作為輸入捕捉、輸出比較、或帶緩沖的邊緣對(duì)齊PWMSlide67.2功能描述自由計(jì)數(shù)定時(shí)核心是一個(gè)16位的計(jì)數(shù)器三種時(shí)鐘源之一經(jīng)過(guò)分頻之后的脈沖即作為定時(shí)器的計(jì)數(shù)脈沖每過(guò)一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，Counter便自動(dòng)+1，Counter加到FFFF后翻轉(zhuǎn)到$0000，同時(shí)置溢出標(biāo)志位TOF為1，然后重新開始計(jì)數(shù)溢出時(shí)若TOIE為1，還會(huì)產(chǎn)生中斷請(qǐng)求例如fbus=4MHz，分頻比=1，則計(jì)數(shù)脈沖的周期為0.25us；這樣產(chǎn)生溢出的時(shí)間間隔就是0.25us×65535=16.38375msFbus和分頻比的不同可以產(chǎn)生不同的溢出時(shí)間間隔；但是這種自由計(jì)數(shù)定時(shí)方式定時(shí)有限Slide77.2功能描述自由計(jì)數(shù)定時(shí)核心是一個(gè)16位的計(jì)數(shù)器只讀的16位TPM計(jì)數(shù)寄存器由兩個(gè)字節(jié)寄存器TPMxCNTH和TPMxCNTL構(gòu)成。Slide87.2功能描述預(yù)置計(jì)數(shù)定時(shí)向16位模數(shù)計(jì)數(shù)寄存器TPMxMODH:TPMxMODL寫入一個(gè)確定的數(shù)值，則計(jì)數(shù)器每進(jìn)行一次計(jì)數(shù)都會(huì)將計(jì)數(shù)和模數(shù)計(jì)數(shù)寄存器的值進(jìn)行比較，如果相同就產(chǎn)生溢出，同時(shí)置溢出標(biāo)志位TOF為1，然后重新開始計(jì)數(shù)，溢出時(shí)若TOIE為1，還會(huì)產(chǎn)生中斷請(qǐng)求若fbus=2MHz，Pre=32，計(jì)數(shù)間隔2MHz/32，即16μs計(jì)數(shù)一次。如果TPMMOD=62500，則得1秒溢出間隔。自由計(jì)數(shù)是預(yù)置計(jì)數(shù)在TPMMOD＝0000H時(shí)的特例Slide97.2功能描述預(yù)置計(jì)數(shù)定時(shí)向16位模數(shù)計(jì)數(shù)寄存器TPMxMODH:TPMxMODL寫入一個(gè)確定的數(shù)值，則計(jì)數(shù)器每進(jìn)行一次計(jì)數(shù)都會(huì)將計(jì)數(shù)和模數(shù)計(jì)數(shù)寄存器的值進(jìn)行比較，如果相同就產(chǎn)生溢出，同時(shí)置溢出標(biāo)志位TOF為1，然后重新開始計(jì)數(shù)，溢出時(shí)若TOIE為1，還會(huì)產(chǎn)生中斷請(qǐng)求Slide107.2功能描述TPM時(shí)鐘源設(shè)定Slide117.2功能描述TPM溢出中斷Slide127.2功能描述TPM溢出中斷Slide137.2功能描述TPM1溢出中斷向量表首地址為$FFE8TPM2溢出中斷向量表首地址為$FFE2每個(gè)自由計(jì)數(shù)器包含三個(gè)寄存器：一個(gè)8位狀態(tài)控制寄存器 （TPMxSC）一個(gè)16位計(jì)數(shù)器 （TPMxCNTH:TPMxCNTL）一個(gè)16位模數(shù)寄存器

（TPMxMODH:TPMxMODL）其中，x=1/2Slide147.3模塊寄存器定時(shí)器x狀態(tài)控制寄存器（TPMxSC）

Slide157.3模塊寄存器定時(shí)器x狀態(tài)控制寄存器（TPMxSC）

Slide167.3模塊寄存器定時(shí)器x計(jì)數(shù)寄存器（TPMxCNTH:TPMxCNTL）

只讀的16位TPM計(jì)數(shù)寄存器由兩個(gè)字節(jié)寄存器TPMxCNTH和TPMxCNTL構(gòu)成。讀兩個(gè)字節(jié)中的任何一個(gè)字節(jié)都會(huì)把兩個(gè)字節(jié)內(nèi)容鎖存進(jìn)內(nèi)部緩沖器，直到另外一個(gè)字節(jié)也被讀取為止。這允許以任何順序讀取連貫的16位寄存器。Slide177.3模塊寄存器定時(shí)器x模數(shù)寄存器（TPMxMODH:TPMxMODL）

可讀/寫的TPM模數(shù)寄存器中包含TPM計(jì)數(shù)器的模數(shù)值。當(dāng)TPM計(jì)數(shù)器到達(dá)這個(gè)模數(shù)值后，TPM計(jì)數(shù)器在下一個(gè)時(shí)鐘要么重新從0x0000開始計(jì)數(shù)（CPWMS=0），要么從這個(gè)模數(shù)值往下減1計(jì)數(shù)（CPWMS=1），同時(shí)溢出標(biāo)志TOF（TimerOverflowFlag）變?yōu)?。只寫TPMxMODH或者TPMxMODL其中的一個(gè)會(huì)抑制住TOF和溢出中斷直到些另外一個(gè)字節(jié)也被寫為止，因此兩個(gè)寄存器一定都要寫，不能只寫一個(gè)而不管另一個(gè)。復(fù)位會(huì)使TPM模數(shù)寄存器為0x0000，相當(dāng)處于自由運(yùn)行定時(shí)器計(jì)數(shù)模式（模數(shù)禁止）。Slide187.3模塊寄存器定時(shí)器功能框圖7.2定時(shí)器模塊的編程結(jié)構(gòu)與編程實(shí)例7.2.1定時(shí)器模塊的編程寄存器

TPM狀態(tài)和控制寄存器TPM狀態(tài)和控制寄存器(TimerxStatusandControl

Registers，TPMxSC)各個(gè)位的定義：D7—TOF為定時(shí)器溢出標(biāo)志位(TimerOverFlagBit)D6—TOIE為定時(shí)器溢出中斷允許位(TimerOverflowInterruptEnableBit)D5—CPWMS為中心對(duì)齊PWM選擇位(Center-AlignedPWMSelectBit)數(shù)據(jù)位D7D6D5D4D3D2D1D0定義TOFTOIECPWMSCLKSBCLKSAPS2PS1PS0復(fù)位00000000D4～D3—CLKS為時(shí)鐘源選擇位(ClockSourceSelectBit)

TPM時(shí)鐘源選擇D2～D0—PS2～PS0為定時(shí)器分頻因子選擇位(TimerPrescalerSelectBits)CLKSB:CLKSA預(yù)分頻器輸入的TPM時(shí)鐘源0：0沒(méi)有選擇的時(shí)鐘(TPM屏蔽)0：1總線時(shí)鐘(BUSCLK)1：0固定系統(tǒng)時(shí)鐘(XCLK)1：1外部時(shí)鐘源(TPMCLK)TPM計(jì)數(shù)寄存器

PM計(jì)數(shù)寄存器(TimerxCounterRegister,TPMxCNTH:TPMxCNTL)是一個(gè)16位寄存器，分為高8位、低8位，它的作用是：當(dāng)定時(shí)器的狀態(tài)和控制寄存器的TSTOP位=0時(shí)，即允許計(jì)數(shù)時(shí)，每一計(jì)數(shù)周期，其值自動(dòng)加1，當(dāng)它達(dá)到設(shè)定值(在16位預(yù)置寄存器中)時(shí)，TOF=1，同時(shí)計(jì)數(shù)寄存器自動(dòng)清0。復(fù)位時(shí)，計(jì)數(shù)寄存器的初值為$0000。TPM預(yù)置寄存器

它是一個(gè)16位寄存器，分為高8位、低8位，它的作用是：設(shè)定計(jì)數(shù)寄存器的計(jì)數(shù)溢出值。復(fù)位時(shí)，預(yù)置寄存器的初值為$FFFF。7.2.2定時(shí)溢出中斷構(gòu)件與編程實(shí)例MCU方程序MCU的十分秒與PC機(jī)的十分秒對(duì)比測(cè)試PC方C#程序定時(shí)器溢出中斷實(shí)驗(yàn)PC機(jī)方C#程序界面7.3輸入捕捉功能7.3.1輸入捕捉的基本含義用途：通過(guò)記錄輸入信號(hào)的連續(xù)的沿跳變，就可以用軟件算出輸入信號(hào)的周期和脈寬。定時(shí)器捕捉到特定的沿跳變后，把計(jì)數(shù)寄存器當(dāng)前的值鎖存到通道寄存器用來(lái)測(cè)信號(hào)的頻率定時(shí)器COUNTER按指定的時(shí)鐘速率自由計(jì)數(shù)，在通道的I/O引腳上輸入外接信號(hào)，輸入捕捉功能就能用來(lái)監(jiān)測(cè)該輸入信號(hào)的跳變。一旦捕捉到外部信號(hào)發(fā)生變化時(shí)，定時(shí)器將自由運(yùn)行計(jì)數(shù)器COUNTER的當(dāng)前值鎖存到輸入捕捉寄存器TPMxCOVH:TPMxCOVL，讀出TPMxCOVH:TPMxCOVL的計(jì)數(shù)值即獲得了時(shí)間信息。如果允許輸入捕捉中斷，系統(tǒng)還會(huì)產(chǎn)生一次中斷請(qǐng)求。7.3輸入捕捉功能在AW60的LQFP-64封裝形式中，第4、5、6、7、8、11、15、16引腳為定時(shí)器的通道引腳，它們是通用I/O與定時(shí)器輸入捕捉的復(fù)用引腳。作為定時(shí)器輸入捕捉功能使用時(shí)，它們是定時(shí)器通道的輸入捕捉引腳7.3輸入捕捉功能7.4.2相關(guān)寄存器TPMxCnVH:TPMxCnVLTPM通道數(shù)值寄存器TPMxCnSCTPM通道狀態(tài)和控制寄存器7.3輸入捕捉功能TPM通道數(shù)值寄存器定時(shí)器1有6個(gè)通道，定時(shí)器2有2個(gè)通道，這8個(gè)通道都有相應(yīng)的數(shù)值寄存器。通道寄存器在該通道用作輸入捕捉時(shí)的作用是：當(dāng)指定的沿跳變發(fā)生(即定時(shí)系統(tǒng)捕捉到沿跳變)時(shí)，鎖存計(jì)數(shù)寄存器的值。通道寄存器是一個(gè)16位的寄存器，分為高字節(jié)和低字節(jié)，在讀取的時(shí)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)生虛假的輸入捕捉計(jì)數(shù)值，系統(tǒng)會(huì)在讀取高字節(jié)時(shí)鎖存低字節(jié)的內(nèi)容，這時(shí)即使又發(fā)生特定的沿跳變，通道寄存器的內(nèi)容也不會(huì)改變。所以，若要讀取整個(gè)通道寄存器，必須先讀高字節(jié)，再讀低字節(jié)。TPMxCnVH:TPMxCnVL7.3輸入捕捉功能TPM通道狀態(tài)和控制寄存器D7—CHnF為通道n標(biāo)志位(ChannelnFlagBit)：發(fā)生輸入捕捉時(shí)，置1.讀該寄存器并向該位寫入0，清該標(biāo)志D6—CHInE為通道中斷允許位(ChannelnInterruptEnableBit)

=1：允許通道n中斷；

=0：禁止通道n中斷；D5～D4—MSnB～MSnA為通道n模式選擇位(ModeSelectBit)D3～D2—ELSnB～ELSnA為跳變沿/輸出電平選擇位(Edge/LevelSelectBit)D1—TO0為溢出翻轉(zhuǎn)控制標(biāo)志位(ToggleonOverflowBit)D0—CHMAX為通道最大占空比設(shè)置位(ChannelXMaximumDutyCycleBit)TPMxCnSC7.3輸入捕捉功能7.3定時(shí)器模塊的輸入捕捉功能7.3.1輸入捕捉的基本含義與輸入捕捉功能相關(guān)的引腳

在AW60的LQFP-64封裝形式中，第4、5、6、7、8、11、15、16引腳為定時(shí)器的通道引腳，它們是通用I/O與定時(shí)器輸入捕捉的復(fù)用引腳。作為定時(shí)器輸入捕捉功能使用時(shí)，它們是定時(shí)器通道的輸入捕捉引腳輸入捕捉的基本知識(shí)

輸入捕捉功能是用來(lái)監(jiān)測(cè)外部的事件和輸入信號(hào)。當(dāng)外部事件發(fā)生或信號(hào)發(fā)生變化時(shí)，在指定的輸入捕捉引腳上發(fā)生一個(gè)指定的沿跳變（可以指定該跳變是上升沿還是下降沿）。定時(shí)器捕捉到特定的沿跳變后，把計(jì)數(shù)寄存器當(dāng)前的值鎖存到通道寄存器7.3.2輸入捕捉的寄存器TPM通道數(shù)值寄存器(TimerxChannelnValueRegister,TPMxCnVH:TPMxCnVL)

定時(shí)器1有6個(gè)通道，定時(shí)器2有2個(gè)通道，這8個(gè)通道都有相應(yīng)的數(shù)值寄存器。通道寄存器在該通道用作輸入捕捉時(shí)的作用是：當(dāng)指定的沿跳變發(fā)生(即定時(shí)系統(tǒng)捕捉到沿跳變)時(shí)，鎖存計(jì)數(shù)寄存器的值。通道寄存器是一個(gè)16位的寄存器，分為高字節(jié)和低字節(jié)，在讀取的時(shí)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)生虛假的輸入捕捉計(jì)數(shù)值，系統(tǒng)會(huì)在讀取高字節(jié)時(shí)鎖存低字節(jié)的內(nèi)容，這時(shí)即使又發(fā)生特定的沿跳變，通道寄存器的內(nèi)容也不會(huì)改變。所以，若要讀取整個(gè)通道寄存器，必須先讀高字節(jié)，再讀低字節(jié)。TPM通道狀態(tài)和控制寄存器

TPM通道狀態(tài)和控制寄存器(TimerxChannelnStatusandControlRegister，TPMxCnSC)定義：D7—CHnF為通道n標(biāo)志位(ChannelnFlagBit)D6—CHInE為通道中斷允許位(ChannelnInterruptEnableBit)D0—CHMAX為通道最大占空比設(shè)置位(ChannelXMaximumDutyCycleBit)D3～D2—ELSnB～ELSnA為跳變沿/輸出電平選擇位(Edge/LevelSelectBit)D1—TO0為溢出翻轉(zhuǎn)控制標(biāo)志位(ToggleonOverflowBit)D5～D4—MSnB～MSnA為通道n模式選擇位(ModeSelectBit)數(shù)據(jù)位D7D6D5D4D3D2D1D0定義CHnFCHnIEMSnBMSnAELSnBELSnA復(fù)位00000000通道控制寄存器控制位7.4定時(shí)器模塊的輸出比較功能7.4.1輸出比較的基本知識(shí)與輸出比較功能相關(guān)的引腳

在AW60的LQFP-64封裝形式中，第4、5、6、7、8、11、15、16引腳為定時(shí)器的通道引腳，它們是通用I/O與定時(shí)器輸入捕捉、輸出比較的復(fù)用引腳輸出比較的方法

輸出比較的功能是用程序的方法在規(guī)定的時(shí)刻輸出需要的電平，實(shí)現(xiàn)對(duì)外部電路的控制輸出比較過(guò)程具體過(guò)程見下表輸出比較過(guò)程7.4.2用于輸出比較的寄存器TPM通道數(shù)值寄存器存放要與計(jì)數(shù)寄存器進(jìn)行比較的數(shù)值TPM通道狀態(tài)和控制寄存器在輸出比較時(shí)，D7～D2位與用作輸入捕捉時(shí)的含義相同7.4.3輸出比較編程實(shí)例7.5定時(shí)器模塊的脈寬調(diào)制（PWM）輸出功能7.5.1脈沖寬度調(diào)制器PWM工作原理PWM的占空比的計(jì)算方法7.5.2AW60定時(shí)器的兩種PWM模式邊沿對(duì)齊PWM

邊沿對(duì)齊PWM(Edge-AlignedPWMMode)模式使用計(jì)時(shí)器的正常向上遞增模式（CPWMS=0），且同一TPM中的其它通道可配置為輸入捕獲或輸出比較功能。該P(yáng)WM信號(hào)的周期由預(yù)置寄存器(TPMxMODH:TPMxMODL)確定，占空比由通道數(shù)值寄存器