Регистр управления модулем таймера

Регистр управления модулем таймера TSCR (TimerSystemControlRegister) располагается в памяти МК по адресу $0086. Формат регистра представлен на рис. 6. Старший бит регистра TEN разрешает (при TEN=1) или запрещает (при TEN=0) функционирование модуля таймера. Этот бит используется разработчиками для включения или отключения модуля таймера в процессе работы устройства. Отключение модуля полезно с точки зрения снижения потребления энергии, если функции таймера не используются в алгоритме управления. Обратите внимание, что после сброса МК модуль таймера выключен, т.к. бит TEN автоматически устанавливается в 0 в состоянии сброса МК.

Рис. 2.4. Формат регистра TCSR

 

Бит TFFCA управляет механизмом сброса флагов событий модуля таймера. К этим флагам относятся флаг переполнения таймера TOF, флаги событий в каналах захвата/сравнения IC/OC и флаг переполнения счетчика внешних событий. Если бит TFFCA установлен в 0, то для сброса перечисленных флагов следует использовать обычную процедуру, когда в бит установленного флага под управлением программы записывается 1. Попытка записи 0 в бит установленного флага оставит флаг без изменения. Если бит TFFCA установлен в 1, то вводится в действие дополнительный механизм сброса рассматриваемых флагов событий:

• Флаг переполнения счетчика временной базы TOF в регистре TFLG2 будет сброшен автоматически при выполнении операции чтения регистра текущего кода счетчика TCNT;

• Флаг события канала захвата/сравнения CnF (n — номер канала) в регистре TFLG1 будет сброшен автоматически при выполнении операции чтения или записи в регистр данных этого канала;

• Флаги PAONF и PAIF счетчика внешних событий в регистре PAFLG будут сброшены автоматически при чтении или записи в регистр PACNT.

Приведенный ниже программный фрагмент демонстрирует код для разрешения работы модуля таймера.

/*-----------------------------------------------------------------*/

/* MAIN PROGRAMM */

/*-----------------------------------------------------------------*/

#include <912b32.h>

 

void main(void) {

unsigned char TSCR_MASK = 0x80; /*разрешениеработымодулятаймера*/

TSCR = TSCR_MASK;

}

/*------------------------------------------------------------------*/

Регистр счетчика временной базы

Если работа модуля таймера разрешена, то счетчик временной базы изменяет свое состояние в порядке естественного счета. Число разрядов счетчика временной базы равно 16, поэтому коэффициент счета счетчика составляет 2¹⁶. Изменение коэффициента счета не предусмотрено. Счетчик временной базы не возможно остановить, однако его состояние в любой момент времени может быть считано под управлением программы из регистра текущего состояния TCNT (TimerCouNTerregister). Регистр TCNT — 16 разрядный, в памяти МК он занимает две ячейки. По адресу $0084 располагается старший байт регистра TCNTH, по адресу $0085 — младший байт регистра TCNTL. Формат регистра представлен на рис. 2.4.

Рис. 2.4. Формат регистра TCNT

 

Считывание регистра текущего состояния счетчика временной базы следует производить только в 16 разрядном формате, поскольку побайтное чтение может дать неверный результат. Дело в том, что счетчик временной базы может тактироваться максимальной частотой, которая равна f_BUS. Каждая операция чтения занимает несколько тактов f_BUS, следовательно, две последовательных операции чтения приведут к тому, что старший и младший байты счетчика будут считаны при разных состояниях этого счетчика и вместе составят неверное его состояние (если режим «чтение на лету» не задействован). Приведенный ниже программный фрагмент демонстрирует, как правильно считать состояние счетчика с использованием двухбайтовых переменных.

/*-------------------------------------------------*/

/* MAIN PROGRAMM */

/*-------------------------------------------------*/

#include<912b32.h>

 

void main(void) {

unsignedintstart_time; /*времяначалапроцесса*/

unsignedintstop_time; /*времяокончанияпроцесса*/

start_time=TCNT;

stop_time=TCNT;

}

/*-------------------------------------------------*/

 

Регистр масок таймера 2

Регистр масок таймера TMSK2 (TimerMaSKregister 2) располагается в памяти МК по адресу $008D. Формат регистра представлен на рис. 2.5. В данном параграфе мы рассмотрим лишь некоторые биты этого регистра. Бит TCRE разрешает сброс счетчика временной базы таймера. Биты PR2:PR1:PR0 устанавливают коэффициент деления программируемого делителя на входе счетчика временной базы в соответствие с таблицом 2.1. Обратите внимание, что минимальный коэффициент деления равен 1, т.е. максимальная частота тактирования счетчика равна f_BUS. Максимальный коэффициент деления составляет 32. Биты PUPT и TDRB предназначены для управления схемотехникой входных и выходных буферов линий порта PORT T.

Рис. 2.5. Формат регистра TMSK2

Каналы захвата/сравнения

Модуль таймера TIM содержит в себе восемь идентичных блоков захвата/сравнения, которые в микропроцессорной технике принято именовать каналами захвата/сравнения. Структурная схема аппаратных средств одного канала захвата/сравнения в составе модуля таймера МК семейства 68HC12/HCS12 представлена на рис. 2.6.

Рис. 2.6. Структура одного канала сравнения/захвата таймера и регистр выбора режима работы каналов TIOS

 

Каждый из восьми каналов захвата/сравнения подключен к выводу IOSn, где n — номер канала, n = 0, 1, 2…7. Если канал с номером n конфигурирован как канал захвата, то вывод IOSn автоматически подключается к одноименной линии PTn порта T. Работа в качестве входов подсистемы входного захвата или выходов подсистемы выходного сравнения является альтернативной функцией порта T. Регистр данных порта T расположен по адресу $00AE.

Реализуемая каналом n модуля таймера функция (входной захват или выходное сравнение) определяется битом IOCn регистра TIOC. Регистр расположен по адресу $0080, формат регистра представлен на рис. 2.6. Если бит IOCn установлен в 1, то канал n работает в режиме выходного сравнения. Если же бит IOCn равен 0, то канал n работает в режиме входного захвата.

Аппаратные средства каждого состоят из 16 разрядного регистра данных канала TCn, 16 разрядных регистра защелки и цифрового компаратора, детектора события, формирователя выходного уровня и триггера события канала (рис. 2.6). Каждый канал использует в качестве эталона реального времени общий для всех каналов счетчик временной базы.

Режим входного захвата

Структура аппаратных средств подсистемы входного захвата IC, которая образуется в результате конфигурирования универсального канала модуля таймера на режим захвата, представлена на рис. 10. Подсистема входного захвата запоминает код счетчика временной базы в момент изменения логического сигнала на входе IOSn (n — номер канала). Изменение логического сигнала распознается детектором события, который может быть программно настроен на один из четырех режимов работы:

• Распознавание изменения сигнала с 0 на 1 — положительный фронт;

• Распознавание изменения сигнала с 1 на 0 — отрицательный фронт;

• Распознавание любого изменения уровня сигнала;

• Соответствующий вывод МК не подключен к каналу входного захвата и является выводом порта T.

Рис. 2.7. Структура одного канала таймера в режиме входного захвата и регистры управления каналом TCTL3 и TCTL4

 

Если детектор определил заданное изменение входного сигнала, то говорят, что наступило событие входного захвата. В момент наступления события код счетчика временной базы запоминается в регистре защелке, одновременно устанавливается триггер события канал CnF (рис. 2.7). Триггер может быть считан программно, или генерируется запрос на прерывание, если прерывания от канала n модуля таймера разрешены.

Для настройки детектора события каждого канала на один из трех перечисленных режимов используются биты EDGnB:EDGnA в регистрах TCTL3 ($008A) и TCTL4 ($008B). Формат этих регистров представлен на рис. 2.7. Таблица 2.2 устанавливает соответствие между режимом работы детектора события и кодом инициализации в разрядах EDGnB:EDGnA.

 

EDGnB: EDGnA	Режим детектора событий
	Входной захват не реализуется
	Мониторинг нарастающего фронта
	Мониторинг спадающего фронта
	Мониторинг изменения уровня

Таблица 2.2. Выбор режима работы детектора события

 

Подсистема входного захвата IC используемся в микропроцессорной технике для измерения различных временных характеристик импульсных сигналов, таких как период следования, коэффициент заполнения, длительность нулевого или единичного состояния. Так для того, чтобы измерить период импульсной последовательности, необходимо запомнить состояние счетчика временной базы в моменты двух соседних изменений сигнала с 0 на 1 (положительный фронт) или с 1 на 0 (отрицательный фронт). Разность этих значений и составит период повторения импульсного сигнала, выраженный в числе периодов частоты тактирования счетчика временной базы. Таким образом будет произведено измерение в относительных единицах конкретной микропроцессорной системы. Если измерение производится с целью управления, то представление временного параметра в относительных единицах обычно является достаточным. Однако, если измеренный параметр должен быть отображен на дисплее, то он должен быть представлен в универсальных единицах измерения, т.е. в микросекундах, миллисекундах и т.д. Для получения численного значения последнего необходимо полученное число относительных единиц умножить на длительность периода частоты тактирования счетчика временной базы. При программировании на Си операция умножения реализуется с использованием стандартной библиотеки. При программировании на ассемблере Вам потребуются дополнительные знания, поскольку операцию умножения необходимо будет исполнять над двухбайтовыми числами.

Если детектор события распознал изменение входного сигнала, которое указано в его текущей конфигурации, то аппаратные средства канала входного захвата автоматически совершают следующие действия:

1. Текущее состояние 16-разрядного счетчика временной базы запоминается в регистре-защелке канала и сразу копируется в 16-разрядный регистр данных канала TCn (n — номер канала). Поскольку данные в регистре TCn не изменяются, то они могут быть считаны побайтно (TCnH — старший байт регистра данных канала, TCnL — младший байт регистра данных), или в двухбайтовом формате. При программировании на Си рекомендуется использовать двухбайтовый формат, используя для этого переменную в формате unsignedinteger.

2. Устанавливается флаг события канала CnF. Этот флаг «сообщает» основной программе о том, что событие произошло, и регистр данных канала TCn должен быть считан программой.

3. Если прерывания по флагу события CnF разрешены (бит CnI установлен), то генерируется запрос на прерывание.

Подсистема входного захвата может быть настроена для реализации разнообразных функций. Рассмотрим пример измерения длительности единичного состояния входного сигнала, т.е. импульса положительной полярности. Предположим, что длительность импульса не превышает периода переполнения счетчика временной базы таймера, исследуемая импульсная последовательность поступает на вход канала 2 модуля таймера, который предварительно настроен в режим входного захвата. Тогда для измерения длительности импульса должна быть реализована следующая последовательность действий:

1. Управляющая программа устанавливает режим работы детектора событий канала 2. Должен быть выбран режим мониторинга нарастающего фронта входного сигнала. Для этого следует установить биты EDG2B:EDG2A в регистрах TCTL3:TCTL4 в состояние 01.

2. Управляющая программа контролирует состояние триггера события C2F.

3. Если триггер C2F установился в 1, то контролируемый сигнал на линии PT2 изменился с 0 на 1. В момент изменения код счетчика временной базы был автоматически переписан в регистр защелку канала 2. Теперь этот код доступен для чтения из регистра данных TC2.

4. Управляющая программа обнаруживает, что триггер C2F установился. Тогда программа считывает двухбайтовый код из регистра данных канала TC2 и записывает его в двухбайтовую беззнаковую переменную rising_edge.

5. Управляющая программа сбрасывает триггер события C2F посредством записи в бит C2F единицы.

6. Управляющая программа изменяет режим работы детектора событий канала 2. Должен быть выбран режим мониторинга отрицательного фронта входного сигнала. Для этого следует установить биты EDG2B:EDG2A в регистрах TCTL3:TCTL4 в состояние 10.

7. Управляющая программа контролирует состояние триггера события C2F.

8. Если триггер C2F установился в 1, то сигнал на линии PT2 изменился с 1 на 0. В момент изменения код счетчика временной базы был опять автоматически переписан в регистр защелку канала 2.

9. Управляющая программа обнаруживает установленный триггер C2F, считывает двухбайтовый код из регистра данных канала TC2 и записывает его в двухбайтовую беззнаковую переменную falling_edge.

10. Управляющая программа сбрасывает триггер события C2F посредством записи в бит C2F единицы.

11. Управляющая программа вычисляет число периодов частоты тактирования счетчика временной базы между положительным и отрицательным фронтами исследуемого сигнала: TIME = falling_edge – rising_edge. Это число и есть искомая длительность импульса положительной полярности сигнала на входе PT2, выраженная числом периодов частоты тактирования счетчика временной базы.

12. При необходимости длительность импульса может быть представлена в общепринятых единицах измерения времени. Для этого управляющая программа должна выполнить операцию умножения числа TIME на длительность единицы измерения времени таймера, т.е. на длительность периода частоты тактирования счетчика временной базы: t_IZM = TIME×1/f_BASE.

Регистры специальных функций, связанные с подсистемой входного захвата, мы обсудим позже, после рассмотрения подсистемы выходного сравнения.

Режим выходного сравнения

Подсистема выходного сравнения OC используемся в микропроцессорной технике для генерации на выводах МК импульсных сигналов с заданными временными характеристиками. Например, средствами подсистемы выходного сравнения может быть сформирован одиночный импульс предварительно вычисленной длительности, или импульсная последовательность определенной частоты с регулируемым по результатам расчетов в МК коэффициентом заполнения. Структура аппаратных средств подсистемы выходного сравнения OC, которая образуется после конфигурирования универсального канала модуля таймера на режим сравнения, представлена на рис. 2.8.

Рис. 2.8. Структура одного канала таймера в режиме выходного сравнения и регистры управления каналом TCTL1 и TCTL2

 

Цифровой компаратор подсистемы выходного сравнения непрерывно сравнивает код счетчика временной базы с 16 разрядным кодом в регистре данных канала TCn (n — номер канала). Момент равенства кодов в микропроцессорной технике называют событием выходного сравнения. Если цифровой компаратор определил равенство кодов, то аппаратные средства канала выходного сравнения автоматически совершают следующие действия:

1. Устанавливается флаг события канала CnF. Обратите внимание, события входного захвата и выходного сравнения отмечаются одним и тем же флагом. Это флаг события канала CnF. Смысловое значение флага (IC или OC) определяется ранее выбранным в процессе инициализации режимом работы канала. Флаг CnF «сообщает» основной программе о том, что событие выходного сравнения произошло, и в регистр данных канала TCn следует записать новое значение кода для сравнения.

2. Если прерывания по флагу события CnF разрешены (бит CnI установлен), то генерируется запрос на прерывание.

3. Формирователь уровня генерирует на выводе канала IOSn предварительно заданный логический уровень. Формирователь уровня в процессе инициализации может быть программно настроен на один из четырех режимов работы:

• Установка вывода в 1;

• Установка вывода в 0;

• Инвертирование уровня сигнала на выводе;

• Соответствующий вывод МК не подключен к каналу выходного сравнения и является выводом порта T.

 

OMn: OLn	Режим формирователя уровня
	Выход формирователя не соединен с выводом IOSn
	Инвертирует сигнал на выходе
	Устанавливает выход в 0
	Устанавливает выход в 1

Таблица 2.3. Выбор режима работы формирователя уровня

 

Для настройки формирователя уровня каждого канала на один из трех перечисленных режимов работы используются биты OMn:OLn в регистрах TCTL1 ($0088) и TCTL2 ($0089). Формат этих регистров представлен на рис. 2.8. Таблица 3.3 устанавливает соответствие между режимом работы формирователя уровня и кодом инициализации в разрядах OMn:OLn.

Рассмотрим последовательность действий, которая должна быть реализована для генерации средствами подсистемы выходного сравнения «отрицательного» импульса заданной длительности. Под «отрицательным» импульсом мы будем понимать низкий логический уровень сигнала с последующим его изменением на высокий логический уровень.

1. Управляющая программа считывает текущее состояние счетчика временной базы из двухбайтового регистра TCNT.

2. Управляющая программа устанавливает выход используемого канала в 0.

3. Управляющая программа вычисляет длительность временного интервала, в течение которого на выходе должен удерживаться низкий логический уровень. Обратите внимание, полученная длительность временного интервала должна быть представлена в числе периодов тактирования счетчика временной базы.

4. Управляющая программа производит сложение ранее считанного кода счетчика и полученного кода длительности временного интервала. Полученное значение записывается в регистр данных канала выходного сравнения.

5. Управляющая программа задает режим работы формирователя уровня канала. Целесообразно выбрать режим установки выхода в 1, для чего необходимо записать в разряды OMn:OLn регистров TCTL1: TCTL2 комбинацию 11 (см. таблица 3.3).

6. Когда значение кода регистра данных совпадет с кодом счетчика временной базы, на выходе канала выходного сравнения автоматически, без участия программ установится 1.