• Analog Devices
• Atmel
• Cypress
• Fujitsu
• Holtek
• MagnaChip
• Maxim
• Megawin
• Freescale
• NXP
• Texas Insrt
• White Eleсtronic
• Winbond

Таймер А

Таймер А – это 16-разрядный таймер/счетчик с тремя регистрами захвата/сравнения. В этом разделе описывается таймер А. Он реализован во всех устройствах MSP430x1xx.

11.1 Введение в таймер А

Таймер А – это 16-разрядный таймер/счетчик с тремя регистрами захвата/сравнения. Таймер А может обеспечить множество захватов/сравнений, выходов ШИМ и выдержку временных интервалов. Таймер А также имеет обширные возможности прерывания. Прерывания могут быть сгенерированы от счетчика при переполнении и от каждого из регистров захвата/сравнения.

• Таймер А обладает следующими возможностями:
• Асинхронный 16-разрядный таймер/счетчик с четырьмя режимами работы;
• Выбираемый и конфигурируемый источник тактирования;
• Три конфигурируемых регистра захвата/сравнения;
• Конфигурируемые выходы с возможностью ШИМ;
• Асинхронная фиксация (защелка) входа и выхода;
• Регистр вектора прерываний для быстрого декодирования всех прерываний таймера А.

Блок-схема таймера А показана на рис. 11-1.

Рис.11-1 Блок-схема таймера А

11.2 Функционирование таймера А

Модуль таймера А конфигурируется программным обеспечением пользователя. Настройка и работа таймера А рассматриваются в нижеследующих разделах.

11.2.1 16-разрядный таймер-счетчик

Регистр 16-разрядного таймера/счетчика TAR, инкрементируется или декрементируется (в зависимости от режима работы) с каждым нарастающим фронтом тактового сигнала. TAR может быть программно прочитан и записан. Кроме того, таймер может генерировать прерывание при переполнении. TAR можно очистить установкой бита TACLR. Установка TACLR также очищает делитель тактовой частоты и направление счета для режима вверх/вниз.

Выбор источника тактирования и делитель

Тактирование таймера TACLK может производиться от ACLK, SMCLK или от внешнего источника через TACLK или INCLK. Источник тактовых импульсов выбирается с помощью битов TASSELx. Выбранный источник тактирования может быть подключен к таймеру напрямую или через делитель на 2, 4 или 8 с помощью битов IDx.

11.2.2 Запуск таймера

Таймер может быть запущен или перезапущен следующими способами:

• Таймер считает, когда MCx > 0 и источник тактовых импульсов активен
• Когда таймер в режиме «вверх» или «вверх/вниз», он может быть остановлен путем записи 0 в TACCR0. Затем таймер может быть перезапущен путем записи ненулевого значения в TACCR0. В этом случае таймер начинает инкрементироваться от нуля.

11.2.3 Управление режимом таймера

Таймер имеет четыре режима работы, описанных в таблице 11-1: «стоп», «вверх», «непрерывный» и «вверх/вниз». Режимы работы выбираются с помощью битов MCx.

Таблица 11-1. Режимы таймера.

Режим «Вверх»

Режим «вверх» используется, если период таймера должен отличаться от количества отсчетов 0FFFFh. Таймер многократно считает вверх до значения, содержащегося в регистре сравнения TACCR0, который задает период, как показано на рис.11-2. Количество отсчетов таймера в периоде равно TACCR0+1. Когда значение таймера становится равно содержимому TACCR0, таймер перезапускается, начиная счет от нуля. Если режим «вверх» выбран, когда значение таймера больше содержимого TACCR0, таймер немедленно перезапускается, начиная считать от нуля.

Рис.11-2 Режим «Вверх»

Флаг прерывания TACCR0 CCIFG устанавливается, когда значение таймера равно содержимому TACCR0. Флаг прерывания TAIFG устанавливается, когда таймер считает от TACCR0 к нулю. На рис.11-3 показан цикл установки флагов.

Рис.11-3 Установка флагов в режиме «Вверх»

Изменение регистра периода TACCR0

Когда изменяется TACCR0 во время работы таймера, таймер продолжает отсчет вверх до новой границы периода, если новый период больше или равен старому или больше текущего значения счета. Если новый период меньше величины текущего значения счета, таймер обнуляется. Однако до обнуления счетчика может произойти один дополнительный отсчет.

Непрерывный режим

В непрерывном режиме таймер многократно считает вверх до 0FFFFh и перезапускается от нуля, как показано на рис.11-4. Регистр захвата/сравнения TACCR0 работает подобно другим регистрам захвата/сравнения.

Рис.11-4 Непрерывный режим

Флаг прерывания TAIFG устанавливается, когда таймер считает от 0FFFFh к нулю. На рис.11-5 показан цикл установки флага.

Рис.11-5 Установка флага в непрерывном режиме

Использование непрерывного режима

Непрерывный режим может использоваться для генерации независимых временных интервалов и выходных частот. Каждый раз по завершении интервала генерируется прерывание. Следующий временной интервал добавляется к регистру TACCRx в процедуре обработки прерывания. На рис.11-6 показаны два раздельных временных интервала t0 и t1, добавляемые к регистрам захвата/сравнения. При таком использовании временные интервалы управляются аппаратно, без программного обеспечения, без влияния времени задержки прерывания. При использовании всех трех регистров захвата/сравнения можно сгенерировать до трех независимых временных интервалов или выходных частот.

Рис.11-6 Временные интервалы непрерывного режима

Временные интервалы можно реализовать также в других режимах, где TACCR0 используется как регистр периода. Их обработка более комплексна, поскольку сумма старого значения TACCRx и нового периода может быть выше значения TACCR0. Когда предыдущее значение TACCRx плюс tx больше величины TACCR0, значение TACCR0 должно быть вычтено для получения правильного временного интервала.

Режим «вверх/вниз»

Режим «вверх/вниз» используется, если период таймера должен отличаться от значения 0FFFFh и необходима генерация симметричных импульсов. Таймер непрерывно считает вверх до значения, находящегося в регистре сравнения TACCR0 и назад к нулю, как показано на рис.11-7. Период составляет удвоенную величину значения в TACCR0.

Рис.11-7 Режим «вверх/вниз»

Направление счета запоминается. Это позволяет таймеру останавливаться и запускаться в том же направлении отсчета, которое было до останова. Если это нежелательно, для очистки направления нужно установить бит TACLR. Бит TACLR также очищает значения в TAR и в делителе TACLK.

В режиме «вверх/вниз» флаг прерывания TACCR0 CCIFG и флаг прерывания TAIFG устанавливаются только однажды во время периода, разделяясь 1/2 периода таймера. Флаг прерывания TACCR0 CCIFG устанавливается, когда таймер считает от TACCR0-1 к TACCR0, а флаг TAIFG устанавливается, когда таймер завершает счет вниз от 0001h к 0000h. На рис.11-8 показан цикл установки флагов.

Рис.11-8 Установка флагов в режиме вверх/вниз

Изменение регистра периода TACCR0

При изменении TACCR0 во время работы таймера и счете вниз, таймер продолжает счет до нуля. Новый период начинает действовать после завершения отсчета вниз до нуля.

Когда таймер выполняет отсчет вверх и новый период больше или равен старому периоду или же больше текущего отсчитанного значения, таймер считает вверх до конца нового периода перед отсчетом вниз. Когда же таймер производит отсчет вверх, а величина нового периода меньше текущего отсчитанного значения, таймер начинает считать вниз. Однако может произойти один дополнительный отсчет до начала счета вниз.

Использование режима вверх/вниз

Режим «вверх/вниз» поддерживает приложения, требующие наличия «мертвого» времени между выходными сигналами (см. раздел «Модуль вывода Таймера А»). К примеру, чтобы избежать перегрузки, два выхода, управляющие H-мостом никогда не должны одновременно иметь высокий уровень. В примере, показанном на рис.11-9 величина времени простоя tdead составляет:

tdead = ttimer * (TACCR1 – TACCR2), где:
tdead – интервал времени, в течение которого оба выхода должны быть неактивны
ttimer – время цикла тактирования таймера
TACCRx – содержимое регистра захвата/сравнения x

Регистры TACCRx не буферизированы. Когда в них производится запись, они немедленно модифицируются. Поэтому, любое требуемое «мертвое» время не будет поддерживаться автоматически.

Рис.11-9 Модуль вывода в режиме «вверх/вниз»

11.2.4 Блоки захвата/сравнения

В таймере А представлено три одинаковых блока захвата/сравнения TACCRx. Любой из блоков может быть использован для фиксации (захвата) данных таймера или для генерации временных интервалов.

Режим захвата

Режим захвата выбирается, когда CAP=1. Режим захвата используется для регистрации временных событий. Это может потребоваться для быстрых вычислений или для измерения времени. Входы захвата CCIxA и CCIxB подключаются к внешним выводам или к внутренним сигналам и выбираются с помощью битов CCISx. Биты CMx определяют, как будет происходит захват: по фронту входного сигнала, по его спаду или в обоих случаях. Захват происходит по выбранному фронту входного сигнала. Если захват произошел, тогда:

• Значение таймера копируется в регистр TACCRx
• Устанавливается флаг прерывания CCIFG

Уровень входного сигнала может быть прочитан в любое время через бит CCI. К входам CCIxA и CCIxB в устройствах семейства MSP430x1xx могут подключаться различные сигналы. См. справочное руководство конкретного устройства для выяснения особенностей подключения этих сигналов.

Сигнал захвата может быть асинхронен тактовой частоте таймера и вызывать состояние гонки сигналов. Установка бита SCS будет синхронизировать захват со следующим тактовым импульсом таймера. Рекомендуется устанавливать бит SCS для синхронизации сигнала захвата с тактовыми импульсами таймера. Это иллюстрируется на рис.11-10.

Рис.11-10 Сигнал захвата (SCS=1)

Логика переполнения предусмотрена в каждом регистре захвата/сравнения для индикации в случае, если произошел второй захват перед прочтением значения первого захвата. Когда это происходит, устанавливается бит COV, как показано на рис.11-11. Бит COV должен сбрасываться программно.

Рис.11-11 Цикл захвата

Инициирование захвата программным обеспечением

Захваты могут быть инициированы программно. Биты CMx могут быть установлены для выполнения захвата по обоим фронтам. В этом случае программное обеспечение устанавливает CCIS1=1 и переключает бит CCISO для переключения сигнала захвата между V_CC и GND, инициируя захват каждый раз, когда CCISO изменяет состояние:

MOV #CAP+SCS+CCIS1+CM_3,&TACCTLx      ; Настройка TACCTLx
XOR #CCIS0,&TACCTLx                   ; TACCTLx = TAR

Режим сравнения

Режим сравнения выбирается, когда CAP=0. Режим сравнения используется для генерации выходных ШИМ-сигналов или прерываний через конкретные временные интервалы. Когда TAR досчитывает до значения в TACCRx, происходит следующее:

• Устанавливается флаг прерывания CCIFG
• Внутренний сигнал EQU=1
• EQUx воздействует на выход согласно режиму вывода
• Входной сигнал CCI фиксируется в SCCI

11.2.5 Модуль вывода

Каждый блок захвата/сравнения содержит модуль вывода. Модуль вывода используется для генерации выходных сигналов, в т.ч. таких, как ШИМ-сигналы. Каждый модуль вывода имеет восемь рабочих режимов, которые генерируют сигналы, основываясь на сигналах EQU0 и EQUx.

Режимы вывода

Режимы вывода устанавливаются битами OUTMODx, их описание приведено в таблице 11-2. Сигнал OUTx изменяется с нарастающим фронтом тактового сигнала таймера во всех режимах, кроме режима 0. Режимы вывода 2, 3, 6 и 7 не используются для модуля вывода 0, потому что EQUx=EQU0.

Таблица 11-2. Режимы вывода.

Пример вывода – таймер в режиме «вверх»

Сигнал OUTx изменяется, когда таймер досчитывает вверх до значения TACCRx и обратно от TACCR0 к нулю, в зависимости от режима вывода. Пример с использованием TACCR0 и TACCR1 показан на рис.11-12.

Рис.11-12 Пример вывода – таймер в режиме «вверх»

Пример вывода – таймер в непрерывном режиме

Сигнал OUTx изменяется, когда таймер достигает значений TACCRx и TACCR0, в зависимости от режима вывода. Пример с использованием TACCR0 и TACCR1 показан на рис.11-13.

Рис.11-13 Пример вывода – таймер в непрерывном режиме

Пример вывода – таймер в режиме «вверх/вниз»

Сигнал OUTx изменяется, когда таймер становится равным TACCRx в каждом направлении счета, а также когда таймер равен TACCR0, в зависимости от режима вывода. Пример с использованием TACCR0 и TACCR2 показан на рис.11-14.

Рис.11-14 Пример вывода – таймер в режиме «вверх/вниз»

11.2.6 Прерывания Таймера А

С 16-разрядным модулем таймера А связаны два вектора прерываний:

• Вектор прерывания TACCR0 для TACCR0 CCIFG
• Вектор прерывания TAIV для всех других флагов CCIFG и TAIFG

В режиме захвата любой флаг CCIFG устанавливается, когда значение таймера зафиксировано в соответствующем регистре TACCRx. В режиме сравнения устанавливается любой флаг CCIFG, если TAR досчитал до соответствующего значения TACCRx. Программное обеспечение может также устанавливать или очищать любой флаг CCIFG. Все флаги CCIFG запрашивают прерывание, когда установлены их соответствующие биты CCIE и бит GIE.

Прерывание TACCR0

Флаг TACCR0 CCIFG обладает наивысшим приоритетом прерывания Таймера А и имеет специализированный вектор прерывания, как показано на рис.11-15. Флаг TACCR0 CCIFG автоматически сбрасывается, когда обслуживается запрос на прерывание TACCR0.

Рис.11-15 Флаг прерывания захвата/сравнения TACCR0

Генератор вектора прерывания TAIV

Флаги TACCR1 CCIFG, TACCR2 CCIFG и TAIFG распределены по приоритетам и объединены в источник одного вектора прерывания. Регистр вектора прерывания TAIV используется для определения, какой флаг запросил прерывание.

Разрешенное прерывание с наивысшим приоритетом генерирует число в регистре TAIV (см. описание регистра). Можно оценить это число или добавить его к программному счетчику для автоматического входа в соответствующую программную процедуру. Запрещенные прерывания Таймера А не воздействуют на значение TAIV.

Любое обращение - чтение или запись регистра TAIV - автоматически сбрасывает флаг наивысшего ожидающего прерывания. Если установлен другой флаг прерывания, будет немедленно сгенерировано другое прерывание после обработки начального прерывания. Например, если флаги TACCR1 и TACCR2 CCIFG установлены, когда процедура обработки прерывания обращается к регистру TAIV, флаг TACCR1 CCIFG автоматически сбрасывается. После выполнения команды RETI процедуры обработки прерывания, флаг TACCR2 CCIFG генерирует другое прерывание.

Пример программного обеспечения, использующего TAIV

Приведенный далее пример программного обеспечения показывает рекомендуемое использование TAIV и величину издержек на управление. Значение TAIV добавляется к программному счетчику РС для автоматического перехода к соответствующей программной процедуре.

Числа в правом поле показывают необходимое количество циклов ЦПУ для каждой команды. Программные издержки различных источников прерывания включают задержки прерывания и циклы возврата из прерывания, но не учитывают собственно время обработки задачи. Задержки делятся на:

Блок захвата/сравнения TACCR0               11 циклов
Блоки захвата/сравнения TACCR1, TACCR2      16 циклов
Переполнение таймера TAIFG                  14 циклов


;   Обработчик прерывания для TACCR0 CCIFG.                                 Циклы
CCIFG_0_HND
;                   ; Начало времени задержки обработчика прерывания          6
RETI                                                                          5
; Обработчик прерывания для TAIFG, TACCR1 и TACCR2 CCIFG.
TA_HND              ; Задержка прерывания                                     6
ADD &TAIV,PC        ; Добавление смещения к таблице переходов                 3
RETI                ; Вектор 0: Нет прерывания                                5
JMP CCIFG_1_HND     ; Вектор 2: TACCR12
JMP CCIFG_2_HND     ; Вектор 4: TACCR2                                        2
RETI                ; Вектор 6: Зарезервировано                               5
RETI                ; Вектор 8: Зарезервировано                               5

TAIFG_HND           ; Вектор 10: Флаг TAIFG
...                 ; Задача стартует здесь
RETI                                                                          5
CCIFG_2_HND         ; Вектор 4: TACCR2
.                   ; Задача стартует здесь
RETI                ; Возврат к главной программе                             5
CCIFG_1_HND         ; Вектор 2: TACCR1
..                  ; Задача стартует здесь
RETI                ; Возврат к главной программе                             5

11.3 Регистры Таймера А

Перечень регистров Таймера А приведен в таблице 11-3.

Таблица 11-1. Регистры Таймера А.

TACTL, регистр управления Таймером А

00  TACLK
01  ACLK
10  SMCLK
11  INCLK

00  /1
01  /2
10  /4
11  /8

00  Режим остановка: таймер остановлен
01  Режим «вверх»: таймер считает вверх к TACCR0
10  Непрерывный режим: таймер считает вверх к 0FFFFh
11  Режим «вверх/вниз»: таймер считает вверх к TACCR0, затем вниз к 0000h

0  Запрещение прерывания
1  Разрешение прерывания

0  Прерывание не ожидается
1  Ожидается прерывание

TAR, регистр Таймера А

TACCTLx, регистр управления захватом/сравнением

00  Нет захвата
01  Захват по нарастающему (переднему) фронту
10  Захват по заднему фронту
11  Захват как по переднему, так и по заднему фронтам

00  CCIxA
01  CCIxB
10  GND
11  VCC

0  Асинхронный захват
1  Синхронный захват

0  Режим сравнения
1  Режим захвата

000  Значение бита OUT
001  Установка
010  Переключение/сброс
011  Установка/сброс
100  Переключение
101  Сброс
110  Переключение/установка
111  Сброс/установка

0  Запрещение прерывания
1  Разрешение прерывания

0  Низкий уровень выхода
1  Высокий уровень выхода

0  Переполнения захвата не произошло
1  Произошло переполнение захвата

0  Прерывание не ожидается
1  Ожидается прерывание

TAIV, регистр вектора прерывания таймера А