使用定時(shí)器和計數器，以創(chuàng )建高效的基于微控制器的設計

　　定時(shí)器和計數器是最熟悉的外圍設備的MCU，但使用它們在最大程度上可以確保您節省電量，提高性能并簡(jiǎn)化設計。本文討論了一些正在創(chuàng )造一種可能采取的罕見(jiàn)方面，這些共同的要素優(yōu)勢，新的和先進(jìn)的功能。

　　定時(shí)器和計數器也許在MCU設計中最普遍的外設。幾乎任何應用程序可以使用一個(gè)定時(shí)器或計數器，以提高性能，降低功率，或通過(guò)用一個(gè)簡(jiǎn)單的定時(shí)器或計數器中斷替換repetitive-織或鉤織CPU的操作簡(jiǎn)化設計。您可能沒(méi)有然而，使用了一些較新的定時(shí)器/計數器單元，以及一些現已高級功能可以提高您的設計，甚至更多。本文將很快回顧一些，你可以用它來(lái)改善你的設計與流行的微控制器系列具有特別強調功能的自主經(jīng)營(yíng)和電機控制說(shuō)明性的例子在新定時(shí)器/計數器功能。

　　定時(shí)器和計數器模式：從簡(jiǎn)單到高級

　　定時(shí)器和計數器開(kāi)始了操作一些非常簡(jiǎn)單的方式來(lái)代替普通程序的循環(huán)計數外部事件，定時(shí)內部和外部的業(yè)務(wù)和關(guān)鍵MCU操作收集各種統計信息。一些最熟悉的計數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(jiàn)的自主運行模式定時(shí)器B時(shí)，MAXQ612定時(shí)器/計數器模塊：自動(dòng)重載，捕獲和PP /減計數。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(lái)自一個(gè)時(shí)鐘分頻器，可以劃分系統時(shí)鐘具有八個(gè)不同的設置，或從外部引腳?？刂莆?，TRB，啟用或禁用定時(shí)器B操作。定時(shí)器值寄存器(TVB)向上計數時(shí)鐘時(shí)和當它達到存儲在定時(shí)器B加載寄存器(TBR)的值，并產(chǎn)生中斷和無(wú)線(xiàn)電視復位到零。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(jiǎn)單方法。外部引腳可用于選擇性TVB復位至零為好，使該模式可用于創(chuàng )建一個(gè)超時(shí)，如果期望的輸入沒(méi)有在時(shí)間的預計量顯示出來(lái)。

　　馬克西姆MAXQ612微控制器的圖像

　　圖1：馬克西姆MAXQ612 MCU為例計數器/定時(shí)器模式。 (美信提供)

　　在圖1的右上角的框圖說(shuō)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寄存器計數和復位至零時(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。此模式是用于計數所述外部信號，以確定信號頻率或信號延遲的上升沿之間的時(shí)鐘數是有用的。定時(shí)器從而釋放從做周期密集的計算操作的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(jiàn)的定時(shí)/計數器操作由MAXQ612如向上/向下自動(dòng)重裝，其中外部引腳控制計數的方向支持。此模式適用于各種脈沖寬度調制信號，如那些在機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時(shí)鐘，一個(gè)分頻器和定時(shí)器B的終端計數最后，一個(gè)脈寬調制(PWM)輸出模式可以產(chǎn)生的邊沿對齊信號以產(chǎn)生一個(gè)簡(jiǎn)單的輸出時(shí)鐘在共同PWM應用中使用，如那些用于電機控制。

　　PWM計數器/定時(shí)器功能電機控制

　　一些最先進(jìn)的定時(shí)器/計數器功能用于PWM應用用于電機控制的。這些計數器使用專(zhuān)用硬件來(lái)釋放所述處理器做更高級別的功能實(shí)現盡可能多的馬達相關(guān)的PWM功能成為可能。馬達控制PWM定時(shí)器/計數器的基本操作是大多數制造商實(shí)現和那些在恩智浦LPC 17XX PWM定時(shí)器，它適用于三相交流和直流馬達控制應用進(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)副本出現相當復雜;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/計數器，用于一個(gè)非常有效的實(shí)現控制三相電動(dòng)機。每個(gè)通道控制的一對輸出端，反過(guò)來(lái)，可控制的東西片外，像一組線(xiàn)圈中的電動(dòng)機。每個(gè)通道包括一個(gè)定時(shí)器/計數器(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(計數器模式)遞增。

　　恩智浦LPC 17XX PWM定時(shí)器/計數器圖片

　　圖2：恩智浦LPC 17XX PWM定時(shí)器/計數器。 (恩智浦提供)

　　每個(gè)通道都有一個(gè)相對于TC值的限制寄存器，并且當發(fā)生匹配TC是兩種方式中的一“復位”。在邊緣對齊模式對TC復位為0，而在中心的模式匹配切換TC，直到它達到0，此時(shí)將其再次開(kāi)始計數遞減上的每個(gè)處理器的時(shí)鐘或輸入引腳過(guò)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。在邊沿對齊模式下通道的輸出切換每當TC??值的匹配無(wú)論是比賽還是限制寄存器，而在中心對齊模式下，它們被切換，只有當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，并且允許電機控制PWM定時(shí)器來(lái)控制，在高速操作的設備。

　　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，其可驅動(dòng)的一對晶體管的兩個(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)死區時(shí)間功能可啟用(以每個(gè)通道為基礎)來(lái)延遲兩個(gè)信號'從被動(dòng)轉變?yōu)橛行顟B(tài)，以使所述晶體管是從未上同時(shí)進(jìn)行。每對輸出的狀態(tài)可以被認為是高，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)可以執行邊緣對齊的中心對齊脈沖寬度調制。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(méi)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)間死區時(shí)間(DT)。

　　恩智浦LPC17xx電機控制PWM定時(shí)器/計數器圖片

　　圖3：NXP LPC17xx馬達控制PWM定時(shí)器/計數器，例如輸出配置。 (恩智浦提供)

　　電機控制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別的電機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，并且可以指示何時(shí)一個(gè)TC匹配匹配寄存器，當TC極限寄存器相匹配，當信道捕獲TC值到它的捕獲寄存器或當中止輸入變?yōu)榛钚?。該LPC17xx也有一些配套的外圍設備，從而簡(jiǎn)化更高級別的控制功能，包括正交編碼器接口，額外的PWM模塊，定時(shí)器中斷和看門(mén)狗定時(shí)器。這種廣泛的專(zhuān)業(yè)計時(shí)功能指示多么重要的計時(shí)功能已成為基于MCU的設計。

　　其他專(zhuān)業(yè)的計時(shí)功能

　　在許多現代的MCU計時(shí)，計數功能日益專(zhuān)業(yè)化的生產(chǎn)廠(chǎng)家針對特定的應用領(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)及數量的面向外圍設備具有專(zhuān)門(mén)功能。這些外設包括：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)，計數，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;周期性中斷定時(shí)器，可以自動(dòng)管理外設中斷和DMA傳輸;非常低的功耗定時(shí)器，當MCU處于最低功耗狀態(tài)，以提供一個(gè)簡(jiǎn)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，使其系統運行和壽命數據的來(lái)源方便。

　　在K10系列還提供了專(zhuān)門(mén)與特定塊，以便其他計時(shí)資源不消耗專(zhuān)門(mén)的時(shí)鐘和定時(shí)功能。例如，載波調制器發(fā)送器塊，用于創(chuàng )建在各種信號的編碼方案的使用的協(xié)議，例如在紅外線(xiàn)通信，都有自己專(zhuān)用的定時(shí)和計數功能，很象一個(gè)脈寬調制計數器，來(lái)管理的變化與頻移鍵編碼方案有關(guān)的脈沖寬度。這種趨勢奉獻專(zhuān)業(yè)計時(shí)及計數功能預計將繼續作為微控制器變得更多的應用和市場(chǎng)細分的具體。

　　開(kāi)發(fā)套件加快產(chǎn)品上市時(shí)間

　　隨著(zhù)微控制器變得更加具體的應用，制造商們創(chuàng )造更多的以應用為導向的開(kāi)發(fā)套件和參考設計。電機控制應用也許是的特定應用套件中最常見(jiàn)的例子之一。僅舉一例，瑞薩提供了一個(gè)完整的電機控制開(kāi)發(fā)工具包，在圖4中，其中甚至還包括一個(gè)例子馬達所示的YMCRPRX62T。該套件配備了所有您需要評估瑞薩RX62T MCU在幾個(gè)電機控制設計軟件和參考設計。甲PC主機示范圖形用戶(hù)界面示出了電機的轉速，電壓及電流，同時(shí)允許用戶(hù)調整參數和算法可以直接查看各個(gè)結果，以幫助調整電機運行在一個(gè)特定的設計最佳結果。許多其它廠(chǎng)商也有一些類(lèi)似的功能，瑞薩RX62T電機控制評估套件。尋找你的目標應用程序和開(kāi)發(fā)環(huán)境的最佳匹配，以充分利用顯著(zhù)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)電機控制設計。

　　瑞薩電機控制開(kāi)發(fā)套件的圖片為RX62T MCU系列

　　圖4：瑞薩電機控制開(kāi)發(fā)套件RX62T MCU系列。 (瑞薩提供)