使用定時(shí)器和計(jì)數(shù)器，以創(chuàng)建高效的基于微控制器的設(shè)計(jì)

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使用定時(shí)器和計(jì)數(shù)器，以創(chuàng)建高效的基于微控制器的設(shè)計(jì)

定時(shí)器和計(jì)數(shù)器也許在MCU設(shè)計(jì)中最普遍的外設(shè)。幾乎任何應(yīng)用程序可以使用一個(gè)定時(shí)器或計(jì)數(shù)器，以提高性能，降低功率，或通過用一個(gè)簡單的定時(shí)器或計(jì)數(shù)器中斷替換repetitive-織或鉤織CPU的操作簡化設(shè)計(jì)。您可能沒有然而，使用了一些較新的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器單元，以及一些現(xiàn)已高級(jí)功能可以提高您的設(shè)計(jì)，甚至更多。本文將很快回顧一些，你可以用它來改善你的設(shè)計(jì)與流行的微控制器系列具有特別強(qiáng)調(diào)功能的自主經(jīng)營和電機(jī)控制說明性的例子在新定時(shí)器/計(jì)數(shù)器功能。

定時(shí)器和計(jì)數(shù)器模式：從簡單到高級(jí)

定時(shí)器和計(jì)數(shù)器開始了操作一些非常簡單的方式來代替普通程序的循環(huán)計(jì)數(shù)外部事件，定時(shí)內(nèi)部和外部的業(yè)務(wù)和關(guān)鍵MCU操作收集各種統(tǒng)計(jì)信息。一些最熟悉的計(jì)數(shù)模式是由在馬克西姆MAXQ612 MCU上的特征圖示并一些例子示于下面的圖1。在該圖的底部的表格顯示了三種常見的自主運(yùn)行模式定時(shí)器B時(shí)，MAXQ612定時(shí)器/計(jì)數(shù)器模塊：自動(dòng)重載，捕獲和PP /減計(jì)數(shù)。在右上角的圖顯示了自動(dòng)重載模式框圖。的時(shí)鐘輸入定時(shí)器B可以來自一個(gè)時(shí)鐘分頻器，可以劃分系統(tǒng)時(shí)鐘具有八個(gè)不同的設(shè)置，或從外部引腳?？刂莆唬琓RB，啟用或禁用定時(shí)器B操作。定時(shí)器值寄存器(TVB)向上計(jì)數(shù)時(shí)鐘時(shí)和當(dāng)它達(dá)到存儲(chǔ)在定時(shí)器B加載寄存器(TBR)的值，并產(chǎn)生中斷和無線電視復(fù)位到零。這提供了在不使用寶貴的CPU周期以創(chuàng)建一個(gè)延遲創(chuàng)建延遲的簡單方法。外部引腳可用于選擇性TVB復(fù)位至零為好，使該模式可用于創(chuàng)建一個(gè)超時(shí)，如果期望的輸入沒有在時(shí)間的預(yù)計(jì)量顯示出來。

馬克西姆MAXQ612微控制器的圖像(點(diǎn)擊查看全尺寸)

圖1：馬克西姆MAXQ612 MCU為例計(jì)數(shù)器/定時(shí)器模式。 (美信提供)

在圖1的右上角的框圖說明在捕獲模式的動(dòng)作。在這種模式下，時(shí)鐘分頻器和啟用/禁用功能是一樣的，在自動(dòng)重裝模式。該TBV寄存器計(jì)數(shù)和復(fù)位至零時(shí)溢出并產(chǎn)生一個(gè)可選的中斷。上的外部引腳TBB的下降沿，在TBV寄存器中的值被裝入捕獲寄存器，TBR和中斷，EXFB，可以生成。此模式是用于計(jì)數(shù)所述外部信號(hào)，以確定信號(hào)頻率或信號(hào)延遲的上升沿之間的時(shí)鐘數(shù)是有用的。定時(shí)器從而釋放從做周期密集的計(jì)算操作的CPU，因此它可以成為它真正需要的工作更有效率。

其他幾種常見的定時(shí)/計(jì)數(shù)器操作由MAXQ612如向上/向下自動(dòng)重裝，其中外部引腳控制計(jì)數(shù)的方向支持。此模式適用于各種脈沖寬度調(diào)制信號(hào)，如那些在機(jī)電傳感器中使用的解碼很有幫助。時(shí)鐘輸出模式可用于使用系統(tǒng)時(shí)鐘，一個(gè)分頻器和定時(shí)器B的終端計(jì)數(shù)最后，一個(gè)脈寬調(diào)制(PWM)輸出模式可以產(chǎn)生的邊沿對(duì)齊信號(hào)以產(chǎn)生一個(gè)簡單的輸出時(shí)鐘在共同PWM應(yīng)用中使用，如那些用于電機(jī)控制。

PWM計(jì)數(shù)器/定時(shí)器功能電機(jī)控制

一些最先進(jìn)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器功能用于PWM應(yīng)用用于電機(jī)控制的。這些計(jì)數(shù)器使用專用硬件來釋放所述處理器做更高級(jí)別的功能實(shí)現(xiàn)盡可能多的馬達(dá)相關(guān)的PWM功能成為可能。馬達(dá)控制PWM定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的基本操作是大多數(shù)制造商實(shí)現(xiàn)和那些在恩智浦LPC 17XX PWM定時(shí)器，它適用于三相交流和直流馬達(dá)控制應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化之間找到共同的，提供了一個(gè)很好的例子。如圖2，馬達(dá)控制PWM模塊的功能，可以直到你知道有一個(gè)基本的PWM定時(shí)器通道的三個(gè)副本出現(xiàn)相當(dāng)復(fù)雜;一個(gè)在左邊，一個(gè)在中間，和一個(gè)在右邊。具有三個(gè)通道使得有可能使用單個(gè)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，用于一個(gè)非常有效的實(shí)現(xiàn)控制三相電動(dòng)機(jī)。每個(gè)通道控制的一對(duì)輸出端，反過來，可控制的東西片外，像一組線圈中的電動(dòng)機(jī)。每個(gè)通道包括一個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(TC)的寄存器，是由一個(gè)處理器時(shí)鐘(定時(shí)器模式)或由輸入引腳(計(jì)數(shù)器模式)遞增。

恩智浦LPC 17XX PWM定時(shí)器/計(jì)數(shù)器圖片

圖2：恩智浦LPC 17XX PWM定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。 (恩智浦提供)

每個(gè)通道都有一個(gè)相對(duì)于TC值的限制寄存器，并且當(dāng)發(fā)生匹配TC是兩種方式中的一“復(fù)位”。在邊緣對(duì)齊模式對(duì)TC復(fù)位為0，而在中心的模式匹配切換TC，直到它達(dá)到0，此時(shí)將其再次開始計(jì)數(shù)遞減上的每個(gè)處理器的時(shí)鐘或輸入引腳過渡。

每個(gè)通道還包括一匹配寄存器，用于存放比限制寄存器更小的值。在邊沿對(duì)齊模式下通道的輸出切換每當(dāng)TC​​值的匹配無論是比賽還是限制寄存器，而在中心對(duì)齊模式下，它們被切換，只有當(dāng)它匹配寄存器相匹配。因此，該限寄存器控制的輸出的期間，而匹配寄存器控制多少每個(gè)周期輸出花費(fèi)在每個(gè)狀態(tài)的。具有在極限寄存器中的一個(gè)小的值最小化的紋波如果輸出被集成到一個(gè)電壓，并且允許電機(jī)控制PWM定時(shí)器來控制，在高速操作的設(shè)備。

所有這些通道的硬件元件協(xié)同工作，以控制兩個(gè)輸出，A和B，其可驅(qū)動(dòng)的一對(duì)晶體管的兩個(gè)電力軌之間切換的控制點(diǎn)。大部分時(shí)間的兩個(gè)輸出具有相反的極性，而是一個(gè)死區(qū)時(shí)間功能可啟用(以每個(gè)通道為基礎(chǔ))來延遲兩個(gè)信號(hào)'從被動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橛行顟B(tài)，以使所述晶體管是從未上同時(shí)進(jìn)行。每對(duì)輸出的狀態(tài)可以被認(rèn)為是高，低的，和浮動(dòng)或上，下，和中心關(guān)閉。從主動(dòng)和被動(dòng)高低每個(gè)通道的映射是可編程的，并且每一個(gè)可以執(zhí)行邊緣對(duì)齊的中心對(duì)齊脈沖寬度調(diào)制。圖3顯示了輸出配置的兩個(gè)例子。在一個(gè)在左邊的中心，沒有任何停滯時(shí)間一致。在一個(gè)在右邊有插入，以確保兩個(gè)輸出都不會(huì)主動(dòng)在同一時(shí)間死區(qū)時(shí)間(DT)。

恩智浦LPC17xx電機(jī)控制PWM定時(shí)器/計(jì)數(shù)器圖片

圖3：NXP LPC17xx馬達(dá)控制PWM定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，例如輸出配置。 (恩智浦提供)

電機(jī)控制PWM定時(shí)器還包括幾個(gè)中斷源，可以很容易地通知更高級(jí)別的電機(jī)控制功能所需的處理器。這些中斷被組織在一個(gè)信道的基礎(chǔ)，并且可以指示何時(shí)一個(gè)TC匹配匹配寄存器，當(dāng)TC極限寄存器相匹配，當(dāng)信道捕獲TC值到它的捕獲寄存器或當(dāng)中止輸入變?yōu)榛钚浴Ｔ揕PC17xx也有一些配套的外圍設(shè)備，從而簡化更高級(jí)別的控制功能，包括正交編碼器接口，額外的PWM模塊，定時(shí)器中斷和看門狗定時(shí)器。這種廣泛的專業(yè)計(jì)時(shí)功能指示多么重要的計(jì)時(shí)功能已成為基于MCU的設(shè)計(jì)。

其他專業(yè)的計(jì)時(shí)功能

在許多現(xiàn)代的MCU計(jì)時(shí)，計(jì)數(shù)功能日益專業(yè)化的生產(chǎn)廠家針對(duì)特定的應(yīng)用領(lǐng)域。作為一個(gè)例子，飛思卡爾的Kinetis K10家族(如MK10DN512ZVLQ10)有多種定時(shí)及數(shù)量的面向外圍設(shè)備具有專門功能。這些外設(shè)包括：可編程延遲塊用于控制ADC和DAC操作，以釋放處理器從管理這些低層次的流程有用的;靈活的定時(shí)模塊，提供定時(shí)，計(jì)數(shù)，輸入捕捉的多渠道，輸出比較支持電源管理和控制照明和電動(dòng)馬達(dá);周期性中斷定時(shí)器，可以自動(dòng)管理外設(shè)中斷和DMA傳輸;非常低的功耗定時(shí)器，當(dāng)MCU處于最低功耗狀態(tài)，以提供一個(gè)簡單的周期性的“喚醒”事件也能工作;和實(shí)時(shí)時(shí)鐘，保持準(zhǔn)確的時(shí)間，甚至可以在脫離電池時(shí)，MCU完全斷電，使其系統(tǒng)運(yùn)行和壽命數(shù)據(jù)的來源方便。

在K10系列還提供了專門與特定塊，以便其他計(jì)時(shí)資源不消耗專門的時(shí)鐘和定時(shí)功能。例如，載波調(diào)制器發(fā)送器塊，用于創(chuàng)建在各種信號(hào)的編碼方案的使用的協(xié)議，例如在紅外線通信，都有自己專用的定時(shí)和計(jì)數(shù)功能，很象一個(gè)脈寬調(diào)制計(jì)數(shù)器，來管理的變化與頻移鍵編碼方案有關(guān)的脈沖寬度。這種趨勢(shì)奉獻(xiàn)專業(yè)計(jì)時(shí)及計(jì)數(shù)功能預(yù)計(jì)將繼續(xù)作為微控制器變得更多的應(yīng)用和市場細(xì)分的具體。

開發(fā)套件加快產(chǎn)品上市時(shí)間

隨著微控制器變得更加具體的應(yīng)用，制造商們創(chuàng)造更多的以應(yīng)用為導(dǎo)向的開發(fā)套件和參考設(shè)計(jì)。電機(jī)控制應(yīng)用也許是的特定應(yīng)用套件中最常見的例子之一。僅舉一例，瑞薩提供了一個(gè)完整的電機(jī)控制開發(fā)工具包，在圖4中，其中甚至還包括一個(gè)例子馬達(dá)所示的YMCRPRX62T。該套件配備了所有您需要評(píng)估瑞薩RX62T MCU在幾個(gè)電機(jī)控制設(shè)計(jì)軟件和參考設(shè)計(jì)。甲PC主機(jī)示范圖形用戶界面示出了電機(jī)的轉(zhuǎn)速，電壓及電流，同時(shí)允許用戶調(diào)整參數(shù)和算法可以直接查看各個(gè)結(jié)果，以幫助調(diào)整電機(jī)運(yùn)行在一個(gè)特定的設(shè)計(jì)最佳結(jié)果。許多其它廠商也有一些類似的功能，瑞薩RX62T電機(jī)控制評(píng)估套件。尋找你的目標(biāo)應(yīng)用程序和開發(fā)環(huán)境的最佳匹配，以充分利用顯著量的工作制造商“捆綁”的工具包，以幫助你加快你的下一個(gè)電機(jī)控制設(shè)計(jì)。

瑞薩電機(jī)控制開發(fā)套件的圖片為RX62T MCU系列

圖4：瑞薩電機(jī)控制開發(fā)套件RX62T MCU系列。 (瑞薩提供)

摘要

定時(shí)器和計(jì)數(shù)器是最熟悉的外圍設(shè)備的MCU，但使用它們?cè)谧畲蟪潭壬峡梢源_保您節(jié)省電量，提高性能并簡化設(shè)計(jì)。本文討論了一些正在創(chuàng)造一種可能采取的罕見方面，這些共同的要素優(yōu)勢(shì)，新的和先進(jìn)的功能。