(а)

(б)

Рис. 4.25. Временные характеристики ШИМ сигнала

• Выходного сравнения (OC — Output Compare). Функция выходного сравнения позволяет МК генерировать на нескольких выходах импульсные последовательности с заданными временными характеристиками, такими, как период и коэффициент заполнения для повторяющихся сигналов, длительность единичного или нулевого состояния для неповторяющихся сигналов.

• Счетчика внешних событий (PA — Pulse Accumulator). Основная функция этого счетчика — подсчет импульсов (внешних событий) на одном из входов МК. Он также может быть использован для измерения временных параметров внешнего импульсного сигнала большой длительности.

Для реализации функций входного захвата/выходного сравнения (IC/OC) модуль таймера TIM использует восемь идентичных аппаратных блоков, которые принято называть каналами. Каждый из каналов посредством программных установок настраивается на реализацию режима входного захвата или выходного сравнения независимо от режима работы других каналов модуля таймера. Каждый из каналов использует общий счетчик временной базы для фиксации моментов наступления событий. Параллельная работа всех восьми каналов с одним счетчиком временной базы не вносит погрешностей в формируемые или измеряемые временные интервалы, поскольку фиксация этих интервалов реализуется на аппаратном уровне с последующим программным обслуживанием каналов по прерываниям. Каждый канал связан с одной из линий порта PORT Т. Счетчик событий PA в составе модуля TIM также связан с линией 7 порта PORT T. Поэтому линии 0…6 порта PORT T в подсистеме таймера могут использоваться или как входы IC, или как выходы OC, в то время как линия 7 порта PORT T кроме этих двух функций IC/OC может также использоваться как вход тактовых импульсов для счетчика внешних событий.

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

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

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.

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.

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).