嵌入式技术基础与实践(第2版)第07章资料电子教案.ppt

嵌入式技术基础与实践(第2版)第07章资料7.1 7.1 计数器计数器/定时器的基本工作原理定时器的基本工作原理7.1.1 7.1.1 实现计数与定时的基本方法实现计数与定时的基本方法完全硬件方式完全硬件方式l即完全用硬件电路实现计数即完全用硬件电路实现计数/定时功能定时功能完全软件方式完全软件方式l通过编程，利用计算机执行指令的时间实现定时通过编程，利用计算机执行指令的时间实现定时可编程计数器可编程计数器/定时器定时器l利用专门的可编程计数器利用专门的可编程计数器/定时器实现计数与定时，克定时器实现计数与定时，克服了完全服了完全 硬件方式与完全软件方式的缺点，综合利用了它们各硬件方式与完全软件方式的缺点，综合利用了它们各自的优点自的优点 MC9S08AW60 MC9S08AW60系列中的定时器系统包括两个独系列中的定时器系统包括两个独立的立的TPMTPM：一个：一个6 6通道通道的的TPM1TPM1和一个和一个2 2通道通道的的TPM2TPM2。TPMTPM模块管脚和模块管脚和I/OI/O管脚管脚复用复用。Slide 37.1 7.1 概述概述 定时器定时器/PWM/PWM模块模块TPMTPM（Timer/Pulse-Width ModulatorTimer/Pulse-Width Modulator）v定时器系统的特性定时器系统的特性总共8个通道 每一个通道都可作为输入捕捉、输出比较、或带缓冲的边缘对齐PWM上升沿、下降沿或任何边沿的输入捕捉触发变1、变0或翻转等输出比较动作PWM输出极性可选 每一个TPM的所有通道都可以配置成为带缓冲的中心对齐脉宽调制CPWM（buffered,center-aligned pulse-width modulation）每一个TPM预分频器的时钟源都可以独立选择总线时钟、固定系统时钟或外部管脚：预分频除数可以为1，2，4，8，16，32，64或128可以用外部时钟输入（仅对64管脚的封装）：TPM1用TPM1CLK，TPM2用TPM2CLK16位自由运行或者增数/减数的CPWM技术操作16位预置计数寄存器用于控制计数范围定时器系统允许对每个TPM，每个通道一个中断，还有一个计数中止中断Slide 47.1 7.1 概述概述内部结构两个独立的TPM每个TPM都由1个16位的计数器与n(n=6 or 2)个输入/输出通道组成每一个通道都可作为输入捕捉、输出比较、或带缓冲的边缘对齐PWMSlide 57.2 7.2 功能描述功能描述自由计数定时核心是一个16位的计数器三种时钟源之一经过分频之后的脉冲即作为定时器的计数脉冲每过一个计数脉冲，Counter便自动+1，Counter加到FFFF后翻转到$0000，同时置溢出标志位TOF为1，然后重新开始计数溢出时若TOIE为1，还会产生中断请求例如fbus=4MHz，分频比=1，则计数脉冲的周期为0.25us；这样产生溢出的时间间隔就是0.25us65535=16.38375msFbus和分频比的不同可以产生不同的溢出时间间隔；但是这种自由计数定时方式定时有限Slide 67.2 7.2 功能描述功能描述自由计数定时核心是一个16位的计数器只读的16位TPM计数寄存器由两个字节寄存器TPMxCNTH和TPMxCNTL构成。Slide 77.2 7.2 功能描述功能描述预置计数定时向16位模数计数寄存器TPMxMODH:TPMxMODL写入一个确定的数值，则计数器每进行一次计数都会将计数和模数计数寄存器的值进行比较，如果相同就产生溢出，同时置溢出标志位TOF为1，然后重新开始计数，溢出时若TOIE为1，还会产生中断请求若fbus=2MHz，Pre=32，计数间隔2MHz/32，即16s计数一次。如果TPMMOD=62500，则得1秒溢出间隔。自由计数是预置计数在TPMMOD0000H时的特例Slide 87.2 7.2 功能描述功能描述预置计数定时向16位模数计数寄存器TPMxMODH:TPMxMODL写入一个确定的数值，则计数器每进行一次计数都会将计数和模数计数寄存器的值进行比较，如果相同就产生溢出，同时置溢出标志位TOF为1，然后重新开始计数，溢出时若TOIE为1，还会产生中断请求Slide 97.2 7.2 功能描述功能描述TPM时钟源设定Slide 107.2 7.2 功能描述功能描述TPM溢出中断Slide 117.2 7.2 功能描述功能描述TPM溢出中断Slide 127.2 7.2 功能描述功能描述TPM1溢出中断向量表首地址为$FFE8TPM2溢出中断向量表首地址为$FFE2每个自由计数器包含三个寄存器：一个8位状态控制寄存器（TPMxSC）一个16位计数器（TPMxCNTH:TPMxCNTL）一个16位模数寄存器（TPMxMODH:TPMxMODL）其中，x=1/2 Slide 137.3 7.3 模块寄存器模块寄存器定时器x状态控制寄存器（TPMxSC）Slide 147.3 7.3 模块寄存器模块寄存器定时器x状态控制寄存器（TPMxSC）Slide 157.3 7.3 模块寄存器模块寄存器定时器x计数寄存器（TPMxCNTH:TPMxCNTL）只读的16位TPM计数寄存器由两个字节寄存器TPMxCNTH和TPMxCNTL构成。读两个字节中的任何一个字节都会把两个字节内容锁存进内部缓冲器，直到另外一个字节也被读取为止。这允许以任何顺序读取连贯的16位寄存器。Slide 167.3 7.3 模块寄存器模块寄存器定时器x模数寄存器（TPMxMODH:TPMxMODL）可读/写的TPM模数寄存器中包含TPM计数器的模数值。当TPM计数器到达这个模数值后，TPM计数器在下一个时钟要么重新从0 x0000开始计数（CPWMS=0），要么从这个模数值往下减1计数（CPWMS=1），同时溢出标志TOF（Timer Overflow Flag）变为1。只写TPMxMODH或者TPMxMODL其中的一个会抑制住TOF和溢出中断直到些另外一个字节也被写为止，因此两个寄存器一定都要写，不能只写一个而不管另一个。复位会使TPM模数寄存器为0 x0000，相当处于自由运行定时器计数模式（模数禁止）。Slide 177.3 7.3 模块寄存器模块寄存器定时器功能框图定时器功能框图7.2 7.2 定时器模块的编程结构与编程实例定时器模块的编程结构与编程实例7.2.1 7.2.1 定时器模块的编程寄存器定时器模块的编程寄存器 TPMTPM状态和控制寄存器状态和控制寄存器 TPM TPM状态和控制寄存器状态和控制寄存器(Timer x Status and Control (Timer x Status and Control RegistersRegisters，TPMxSC)TPMxSC)各个位的定义：各个位的定义：lD7TOFD7TOF为定时器溢出标志位为定时器溢出标志位(Timer Over Flag Bit)(Timer Over Flag Bit)lD6TOIED6TOIE为定时器溢出中断允许位为定时器溢出中断允许位(Timer Overflow Interrupt(Timer Overflow Interrupt Enable Bit)Enable Bit)lD5CPWMSD5CPWMS为中心对齐为中心对齐PWMPWM选择位选择位(Center-Aligned PWM Select Bit)(Center-Aligned PWM Select Bit)数据位数据位D7D7D6D6D5D5D4D4D3D3D2D2D1D1D0D0定义定义TOFTOIECPWMSCLKSBCLKSAPS2PS1PS0复位复位00000000lD4D4D3CLKSD3CLKS为时钟源选择位为时钟源选择位(Clock Source Select Bit)(Clock Source Select Bit)TPMTPM时钟源选择时钟源选择lD2D2D0PS2D0PS2PS0PS0为定时器分频因子选择位为定时器分频因子选择位(Timer Prescaler(Timer Prescaler Select Bits)Select Bits)CLKSB:CLKSACLKSB:CLKSA预分频器输入的预分频器输入的TPMTPM时钟源时钟源0 0：0 0没有选择的时钟没有选择的时钟(TPM(TPM屏蔽屏蔽)0 0：1 1总线时钟总线时钟(BUSCLK)(BUSCLK)1 1：0 0固定系统时钟固定系统时钟(XCLK)(XCLK)1 1：1 1外部时钟源外部时钟源(TPMCLK)(TPMCLK)TPMTPM计数寄存器计数寄存器 PMPM计数寄存器计数寄存器(Timer x Counter(Timer x Counter Register,TPMxCNTH:TPMxCNTL)Register,TPMxCNTH:TPMxCNTL)是一个是一个1616位寄存器，分为高位寄存器，分为高8 8位、低位、低8 8位，它的作用是：当定时器的状态和控制寄存器的位，它的作用是：当定时器的状态和控制寄存器的TSTOPTSTOP位位=0=0时，即允许计数时，每一计数周期，其值自动加时，即允许计数时，每一计数周期，其值自动加1 1，当它达到设定值，当它达到设定值(在在1616位预置寄存器中位预置寄存器中)时，时，TOF=1TOF=1，同时计，同时计数寄存器自动清数寄存器自动清0 0。复位时，计数寄存器的初值为。复位时，计数寄存器的初值为$0000$0000。TPMTPM预置寄存器预置寄存器 它是一个它是一个1616位寄存器，分为高位寄存器，分为高8 8位、低位、低8 8位，它的作用是：设位，它的作用是：设定计数寄存器的计数溢出值。复位时，预置寄存器的初值为定计数寄存器的计数溢出值。复位时，预置寄存器的初值为$FFFF$FFFF。7.2.2 7.2.2 定时溢出中断构件与编程实例定时溢出中断构件与编程实例MCUMCU方程序方程序MCUMCU的十分秒与的十分秒与PCPC机的十分秒对比测试机的十分秒对比测试PCPC方方C#C#程序程序定时器溢出中断实验定时器溢出中断实验PCPC机方机方C#C#程序界面程序界面7.3 7.3 输入捕捉功能输入捕捉功能v7.3.1 7.3.1 输入捕捉的基本含义输入捕捉的基本含义用途：通过记录输入信号的连续的沿跳变，就可以用软件算出输入信号的周期和脉宽。定时器捕捉到特定的沿跳变后，把计数寄存器当前的值锁存到通道寄存器用来测信号的频率用来测信号的频率定时器COUNTER按指定的时钟速率自由计数，在通道的I/O引脚上输入外接信号，输入捕捉功能就能用来监测该输入信号的跳变。一旦捕捉到外 部信号发生变化时，定时器将自由运行计数器COUNTER 的当前值锁存到输入捕捉寄存器 TPMxCOVH:TPMxCOVL，读出TPMxCOVH:TPMxCOVL的计数值即获得了时间信息。如果允许输入捕捉中断，系统还会产生一次中断请求。7.3 7.3 输入捕捉功能输入捕捉功能在在AW60的的LQFP-64封装封装形式中，第形式中，第4、5、6、7、8、11、15、16引脚为引脚为定时器的通道引脚，它定时器的通道引脚，它们是通用们是通用I/O与定时器输与定时器输入捕捉的复用引脚。作入捕捉的复用引脚。作为定时器输入捕捉功能为定时器输入捕捉功能使用时，它们是定时器使用时，它们是定时器通道的输入捕捉引脚通道的输入捕捉引脚7.3 7.3 输入捕捉功能输入捕捉功能v7.4.2 7.4.2 相关寄存相关寄存器器TPMxCnVH:TPMxCnVLTPM通道数值寄通道数值寄存器存器TPMxCnSCTPM通道状态和通道状态和控制寄存器控制寄存器7.3 7.3 输入捕捉功能输入捕捉功能vTPMTPM通道数值寄存器通道数值寄存器n定时器定时器1 1有有6 6个通道，定时器个通道，定时器2 2 有有2 2个通个通道，这道，这8 8个通道都有相应的数值寄存器。个通道都有相应的数值寄存器。通道寄存器在该通道用作输入捕捉时的通道寄存器在该通道用作输入捕捉时的作用是：当指定的沿跳变发生作用是：当指定的沿跳变发生 (即定时即定时系统捕捉到沿跳变系统捕捉到沿跳变)时，锁存计数寄存时，锁存计数寄存器的值。通道寄存器是一个器的值。通道寄存器是一个1616位的寄存位的寄存器，分为高字节和低字节，在读取的时器，分为高字节和低字节，在读取的时候要分别读取。为了防止两次读取之间候要分别读取。为了防止两次读取之间该寄存器的内容发生变化而产生虚假的该寄存器的内容发生变化而产生虚假的输入捕捉计数值，系统会在读取高字节输入捕捉计数值，系统会在读取高字节时锁存低字节的内容，这时即使又发生时锁存低字节的内容，这时即使又发生特定的沿跳变，通道寄存器的内容也不特定的沿跳变，通道寄存器的内容也不会改变。所以，若要读取整个通道寄存会改变。所以，若要读取整个通道寄存器，必须先读高字节，再读低字节。器，必须先读高字节，再读低字节。TPMxCnVH:TPMxCnVL7.3 7.3 输入捕捉功能输入捕捉功能vTPMTPM通道状态和控制寄存器通道状态和控制寄存器D7CHnF为通道为通道n标志位标志位(Channel n Flag Bit)：发生输入捕捉时，置发生输入捕捉时，置1.读该寄存器并向该位写入读该寄存器并向该位写入0，清该标志，清该标志D6CHInE为通道中断允许位为通道中断允许位(Channel n Interrupt Enable Bit)=1：允许通道：允许通道n中断；中断；=0：禁止通道：禁止通道n中断；中断；D5D4MSnBMSnA为通道为通道n模式选择位模式选择位(Mode Select Bit)D3D2ELSnBELSnA为跳变沿为跳变沿/输出电平选择位输出电平选择位(Edge/Level Select Bit)D1TO0为溢出翻转控制标志位为溢出翻转控制标志位(Toggle on Overflow Bit)D0CHMAX为通道最大占空比设置位为通道最大占空比设置位(Channel X Maximum Duty Cycle Bit)TPMxCnSC7.3 7.3 输入捕捉功能输入捕捉功能7.3 7.3 定时器模块的输入捕捉功能定时器模块的输入捕捉功能7.3.1 7.3.1 输入捕捉的基本含义输入捕捉的基本含义与输入捕捉功能相关的引脚与输入捕捉功能相关的引脚 在在AW60AW60的的LQFP-64LQFP-64封装形式中，第封装形式中，第4 4、5 5、6 6、7 7、8 8、1111、1515、1616引脚为定时器的通道引脚，它们是通用引脚为定时器的通道引脚，它们是通用I/OI/O与定时与定时器输入捕捉的复用引脚。作为定时器输入捕捉功能使用时，器输入捕捉的复用引脚。作为定时器输入捕捉功能使用时，它们是定时器通道的输入捕捉引脚它们是定时器通道的输入捕捉引脚输入捕捉的基本知识输入捕捉的基本知识 输入捕捉功能是用来监测外部的事件和输入信号。当外输入捕捉功能是用来监测外部的事件和输入信号。当外部事件发生或信号发生变化时，在指定的输入捕捉引脚上部事件发生或信号发生变化时，在指定的输入捕捉引脚上发生一个指定的沿跳变（可以指定该跳变是上升沿还是下发生一个指定的沿跳变（可以指定该跳变是上升沿还是下降沿）。定时器捕捉到特定的沿跳变后，把计数寄存器当降沿）。定时器捕捉到特定的沿跳变后，把计数寄存器当前的值锁存到通道寄存器前的值锁存到通道寄存器7.3.2 7.3.2 输入捕捉的寄存器输入捕捉的寄存器TPMTPM通道数值寄存器通道数值寄存器(Timer x Channel n Value Register,(Timer x Channel n Value Register,TPMxCnVH:TPMxCnVL)TPMxCnVH:TPMxCnVL)定定时时器器1 1有有6 6个个通通道道，定定时时器器2 2 有有2 2个个通通道道，这这8 8个个通通道道都都有有相相应应的的数数值值寄寄存存器器。通通道道寄寄存存器器在在该该通通道道用用作作输输入入捕捕捉捉时时的的作作用用是是：当当指指定定的的沿沿跳跳变变发发生生 (即即定定时时系系统统捕捕捉捉到到沿沿跳跳变变)时时，锁锁存存计计数数寄寄存存器器的的值值。通通道道寄寄存存器器是是一一个个1616位位的的寄寄存存器器，分分为为高高字字节节和和低低字字节节，在在读读取取的的时时候候要要分分别别读读取取。为为了了防防止止两两次次读读取取之之间间该该寄寄存存器器的的内内容容发发生生变变化化而而产产生生虚虚假假的的输输入入捕捕捉捉计计数数值值，系系统统会会在在读读取取高高字字节节时时锁锁存存低低字字节节的的内内容容，这这时时即即使使又又发发生生特特定定的的沿沿跳跳变变，通通道道寄寄存存器器的的内内容容也也不不会会改改变变。所所以以，若要读取整个通道寄存器，必须先读高字节，再读低字节。若要读取整个通道寄存器，必须先读高字节，再读低字节。TPMTPM通道状态和控制寄存器通道状态和控制寄存器 TPMTPM通道状态和控制寄存器通道状态和控制寄存器(Timer x Channel n Status(Timer x Channel n Status and Control Registerand Control Register，TPMxCnSC)TPMxCnSC)定义：定义：lD7CHnFD7CHnF为通道为通道n n标志位标志位(Channel n Flag Bit)(Channel n Flag Bit)lD6CHInED6CHInE为通道中断允许位为通道中断允许位(Channel n Interrupt Enable Bit)(Channel n Interrupt Enable Bit)lD0CHMAXD0CHMAX为通道最大占空比设置位为通道最大占空比设置位(Channel X Maximum Duty Cycle(Channel X Maximum Duty Cycle Bit)Bit)lD3D3D2ELSnBD2ELSnBELSnAELSnA为跳变沿为跳变沿/输出电平选择位输出电平选择位(Edge/Level Select(Edge/Level Select Bit)Bit)lD1TO0D1TO0为溢出翻转控制标志位为溢出翻转控制标志位(Toggle on Overflow Bit)(Toggle on Overflow Bit)lD5D5D4MSnBD4MSnBMSnAMSnA为通道为通道n n模式选择位模式选择位(Mode Select Bit)(Mode Select Bit)数据位数据位D7D7D6D6D5D5D4D4D3D3D2D2D1D1D0D0定义定义CHnFCHnFCHnIECHnIEMSnBMSnBMSnAMSnAELSnBELSnBELSnAELSnA复位复位0 00 00 00 00 00 00 00 0通道控制寄存器控制位通道控制寄存器控制位7.4 7.4 定时器模块的输出比较功能定时器模块的输出比较功能7.4.1 7.4.1 输出比较的基本知识输出比较的基本知识与输出比较功能相关的引脚与输出比较功能相关的引脚 在在AW60AW60的的LQFP-64LQFP-64封装形式中，第封装形式中，第4 4、5 5、6 6、7 7、8 8、1111、1515、1616引脚为定时器的通道引脚，它们是通用引脚为定时器的通道引脚，它们是通用I/OI/O与定时器输与定时器输入捕捉、输出比较的复用引脚入捕捉、输出比较的复用引脚输出比较的方法输出比较的方法 输出比较的功能是用程序的方法在规定的时刻输出需要的输出比较的功能是用程序的方法在规定的时刻输出需要的电平，实现对外部电路的控制电平，实现对外部电路的控制输出比较过程输出比较过程 具体过程见下表具体过程见下表输出比较过程输出比较过程7.4.2 7.4.2 用于输出比较的寄存器用于输出比较的寄存器TPMTPM通道数值寄存器通道数值寄存器 存放要与计数寄存器进行比较的数值存放要与计数寄存器进行比较的数值TPMTPM通道状态和控制寄存器通道状态和控制寄存器 在输出比较时，在输出比较时，D7D7D2D2位与用作输入捕捉时的含义相位与用作输入捕捉时的含义相同同7.4.3 7.4.3 输出比较编程实例输出比较编程实例7.5 7.5 定时器模块的脉宽调制定时器模块的脉宽调制（PWMPWM）输出功能输出功能7.5.1 7.5.1 脉冲宽度调制器脉冲宽度调制器PWMPWM工作原理工作原理PWMPWM的占空比的计算方法的占空比的计算方法7.5.2 AW607.5.2 AW60定时器的两种定时器的两种PWMPWM模式模式边沿对齐边沿对齐PWMPWM 边沿对齐边沿对齐PWM(Edge-Aligned PWM Mode)PWM(Edge-Aligned PWM Mode)模式使用计时器的正常向上递模式使用计时器的正常向上递增模式（增模式（CPWMS=0CPWMS=0），且同一），且同一TPMTPM中的其它通道可配置为输入捕获或输中的其它通道可配置为输入捕获或输出比较功能。该出比较功能。该PWMPWM信号的周期由预置寄存器信号的周期由预置寄存器(TPMxMODH:TPMxMODL)(TPMxMODH:TPMxMODL)确确定，占空比由通道数值寄存器定，占空比由通道数值寄存器(TPMxCnVH:TPMxCnVL)(TPMxCnVH:TPMxCnVL)确定，确定，PWMPWM信号的信号的极性由极性由ELSnAELSnA确定，占空比的可能值在确定，占空比的可能值在0%0%与与100%100%之间之间 PWM PWM周期和脉宽（周期和脉宽（ELSnA=0ELSnA=0）中心对齐中心对齐PWMPWM 中心对齐中心对齐PWM(Center_Aligned PWM Mode)PWM(Center_Aligned PWM Mode)模式使用计数器向上递增模式使用计数器向上递增/向下向下递减模式递减模式(CPWMS=1)(CPWMS=1)。如下图此时，同一定时器的所有通道均为中心对齐。如下图此时，同一定时器的所有通道均为中心对齐PWMPWM模式，模式，PWMPWM信号周期由预置寄存器信号周期由预置寄存器(TPMxMODH:TPMxMODL)(TPMxMODH:TPMxMODL)的值的的值的2 2倍确定，倍确定，并且应保持在并且应保持在0 x00010 x00010 x7FFF0 x7FFF之间，因为超出范围的值可能产生不确定结之间，因为超出范围的值可能产生不确定结果。占空比由通道数值寄存器决定，当果。占空比由通道数值寄存器决定，当TPMxCnVH:TPMxCHnVL=0 x0000TPMxCnVH:TPMxCHnVL=0 x0000时，占时，占空比为空比为0%0%；当；当TPMxCnVH:TPMxCHnVLTPMxCnVH:TPMxCHnVL大于大于TPMxMODH:TPMxMODL(TPMxMODH:TPMxMODL(非零非零)时，占空时，占空比为比为100%100%本节通过对本节通过对PWMPWM占空比的调节实现小灯逐渐变亮的过程占空比的调节实现小灯逐渐变亮的过程 PWMPWM驱动文件驱动文件PWM.cPWM.c PWM PWM头文件头文件PWM.hPWM.h 主程序文件主程序文件main.cmain.c7.5.3 PWM7.5.3 PWM编程实例编程实例第第7 7章章 习题习题1 1实现计数与定时的基本方法有哪些？比较它们的优缺点。实现计数与定时的基本方法有哪些？比较它们的优缺点。2 2简述简述AW60AW60定时器模块的定时功能是如何实现的。定时器模块的定时功能是如何实现的。3 3定时器模块的核心是什么，为什么？定时器模块的核心是什么，为什么？4 4设计并编程：仿照本章给出的定时器设计并编程：仿照本章给出的定时器1 1通道通道0 0输入捕捉中断输入捕捉中断里程，捕捉两路输入信号，分别用相应的指示灯指示。里程，捕捉两路输入信号，分别用相应的指示灯指示。5 5比较比较AW60AW60定时器模块实现输出比较功能与定时器模块实现输出比较功能与PWMPWM功能的异同点。功能的异同点。6 6综合设计：利用输入捕捉功能，只用定时器的一个通道，综合设计：利用输入捕捉功能，只用定时器的一个通道，测量一路输入，将输入信号的电平（只区分高低）随时间变测量一路输入，将输入信号的电平（只区分高低）随时间变化的情况以图形方式显示在化的情况以图形方式显示在PCPC屏幕上。屏幕上。此此课件下件下载可自行可自行编辑修改，修改，仅供参考！供参考！感感谢您的支持，我您的支持，我们努力做得更好！努力做得更好！谢谢