Встраиваемые системы. Проектирование приложений на микроконтроллерах семейства 68HC12/HCS12 с применением языка С

Пак Дэниэл Дж.

4.14.1. Структура модуля таймера

Структурная схема модуля таймера представлена на рис. 4.26. При ее первичном рассмотрении она кажется запутанной и сложной. Для облегчения понимания мы выделим в составе таймера три блока: блок счетчика временной базы (1), восемь каналов с функциями IC/OC (2), блок счетчика внешних событий (3). Далее мы рассмотрим каждый из этих блоков отдельно, и для каждого из них приведем более понятные структурные схемы.

Рис. 4.26. Структура модуля таймера

4.14.2. Счетчик временной базы

Основным блоком модуля таймера TIM является 16 разрядный счетчик временной базы TCNT, структурная схема которого представлена

на рис. 4.27. Текущий код счетчика используется всеми каналами захвата/сравнения в качестве отсчета момента реального времени. Именно поэтому этот счетчик и называют счетчиком временной базы. Этот счетчик также называют свободно считающим счетчиком. Определение «свободно считающий» отражает следующую особенность работы счетчика. Если работа модуля таймера разрешена, то счетчик временной базы производит непрерывный счет, начиная с минимального кода $0000 до максимального кода $FFFF. При поступлении следующего тактового импульса код счетчика изменяется с $FFFF на $0000. Далее счет продолжается в порядке нарастания кода. Невозможно остановить счетчик под управлением программы, так же как и изменить коэффициент счета счетчика, равный 2¹⁶. Текущее состояние счетчика отображается в двух 8-разрядных регистрах: TCNTH — старший байт счетчика, TCNTL — младший байт счетчика. В карте памяти МК эти регистры располагаются по следующим адресам: $0084 — TCNTH, $0085 — TCNTL. Вместе оба этих регистра составляют 16-разрядный регистр текущего состояния счетчика временной базы TCNT. Имя TCNT обычно объявляется в заголовочном файле.

Рис. 4.27. Структура и регистры управления счетчика временной базы модуля таймера

Особенности счетчика временной базы

Счетчик временной базы тактируется импульсной последовательностью с выхода мультиплексора MUX. Ко входам мультиплексора подключены четыре источника тактирования: основная импульсная последовательность с выхода делителя частоты и дополнительные сигналы PACLK, PACLK/256, PACLK/65536. На вход программируемого делителя частоты подключен сигнал PCLK с выхода подсистемы тактирования. Частота следования импульсов на линии PCLK равна частоте тактирования межмодульных магистралей МК. Коэффициент деления программируемого делителя частоты определяется разрядами PR2…PR0 регистра масок таймера 2 (TMSK2). Формат регистра TMSK2 приведен на рис. 4.27. Таблица соответствия численного значения коэффициента деления двоичной комбинации разрядов PR2…PR0 представлена на рис. 4.28.

PR[2:1:0]	Коэффициент деления
000	1
001	2
010	4
011	8
100	16
101	32
110	зарезервирован
111	зарезервирован

Рис. 4.28. Выбор коэффициента программируемого делителя для счетчика временной базы

Величина коэффициента деления определяет длительность периода переполнения счетчика временной базы. Поскольку разрядность счетчика равна 16, то коэффициент счета этого двоичного счетчика равен 2¹⁶ или 65356. Минимальный период переполнения счетчика составляет 8169 мс (2¹⁶ импульсов x 1/8 МГц), поскольку максимальная частота импульсной последовательности PCLK, равная частоте тактирования межмодульных магистралей, составляет 8 МГц. Однако при задании максимального коэффициента деления, равного 32 (см. таблицу рис. 4.28), период переполнения счетчика составит уже 262424 мс (2¹⁶ импульсов x 32/8 МГц).

В некоторых приложениях необходимо формировать временные интервалы, значительно превышающие приведенные расчетные значения. Этого можно достигнуть путем снижения частоты тактирования счетчика временной базы.

Однако уменьшение частоты импульсной последовательности PCLK

связано со снижением производительности процессорного ядра. Поэтому для счетчика временной базы предусмотрены три альтернативных источника тактирования PACLK, PACLK/256, PACLK/65536. Выбор одного из четырех источников тактирования осуществляется двухразрядным кодом CLK1:CLK0 в регистре управления счетчиком внешних событий PACL. Формат регистра PACL представлен на рис. 4.27.

Флаг переполнения счетчика

Если длительность измеряемых или формируемых микроконтроллером временных интервалов превышает период переполнения счетчика временной базы, то возникает необходимость в подсчете числа периодов переполнения этого счетчика. При достижении максимального кода $FFFF счетчик не останавливается, он продолжает считать дальше. Поэтому при поступлении следующего тактового импульса в счетчике установится код $0000. Такое изменение кода называется событием переполнения счетчика и фиксируется установкой бита TOF в регистре управления счетчиком TFLG2 (рис. 4.27). Триггер TOF называют триггером переполнения счетчика. Этот триггер может быть считан под управлением программы, или, если прерывания по событию переполнения счетчика разрешены, то установленный в 1 триггер TOF генерирует запрос на прерывание. Прерывание по переполнению счетчика временной базы имеет свой собственный вектор и собственный бит разрешения прерывания TOI в регистре TMSK2 (рис. 4.27).

Если код счетчика временной базы изменился с $FFFF на $0000, то триггер TOF устанавливается в 1. При использовании этого флага для вызова прерываний следует позаботиться о том, чтобы флаг был сброшен под управлением подпрограммы прерывания до наступления следующего переполнения таймера. Для сброса (установки в 0) флага TOF следует записать 1 в бит 7 регистра TMSK2, т.е. выполнить любую команду установки в 1 этого флага. Вышесказанное не ошибка! Большинство флагов регистров специальных функций МК семейства 68HC12/HCS12, генерирующих разнообразные запросы на прерывание, сбрасываются в 0 посредством записи 1 в находящийся в состоянии 1 бит флага. Мы обсудим ниже варианты программного кода, которые могут быть использованы для сброса различных флагов, в том числе и флага переполнения счетчика временной базы.

Если в прикладной задаче необходимо измерить временной интервал, значительно превышающий по длительности период переполнения счетчика временной базы, то следует организовать дополнительный счетчик в одной из ячеек памяти. Содержимое этого счетчика будет инкрементироваться подпрограммой прерывания при каждом переполнении счетчика.

Определение длительности временных интервалов

Во многих приложениях возникает необходимость определения длительности временного интервала между двумя изменениями сигнала на одной из линий порта. Эта задача может быть решена двумя способами.

При первом способе счетчик временной базы сбрасывается в момент первого изменения сигнала. Обнуление счетчика можно произвести в подпрограмме прерывания по событию входного захвата, которое соответствует первому изменению исследуемого сигнала. В этой же подпрограмме подсистема входного захвата перепрограммируется на детектирование второго события в исследуемом сигнале. Счетчик временной базы продолжает наращивать код. В момент второго изменения сигнала, которое фиксирует подсистема входного захвата, текущий код счетчика запоминается в специальном двухбайтовом регистре. Если в процессе слежения за сигналом переполнений счетчика временной базы не было, то запомненный код и есть искомая длительность временного интервала, выраженная в числе периодов частоты тактирования счетчика временной базы.

При втором способе счетчик временной базы считает непрерывно, он никогда принудительно не обнуляется. В момент первого изменения сигнала подсистема входного захвата запоминает текущее значение кода счетчика временной базы в регистре и генерирует запрос на прерывание. В подпрограмме прерывания по событию входного захвата этот двухбайтовый код программно считывается и запоминается в оперативной памяти МК под именем Start. В этой же подпрограмме подсистема входного захвата перенастраивается на детектирование второго изменения сигнала. Когда это событие происходит, подсистема входного захвата опять запоминает новое текущее значение кода счетчика временной базы и генерирует запрос на прерывание. В подпрограмме прерывания новый код счетчика запоминается под именем Stop. Если в процессе слежения за сигналом переполнений счетчика временной базы не было, то искомая длительность временного интервала, выраженная в числе периодов частоты тактирования счетчика временной базы, определяется как (Stop – Start).