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

　　定時器和計數(shù)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(jié)省電量，提高性能并簡化設計。本文討論了一些正在創(chuàng)造一種可能采取的罕見方面，這些共同的要素優(yōu)勢，新的和先進的功能。

　　定時器和計數(shù)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定時器或計數(shù)器，以提高性能，降低功率，或通過用一個簡單的定時器或計數(shù)器中斷替換repetitive-織或鉤織CPU的操作簡化設計。您可能沒有然而，使用了一些較新的定時器/計數(shù)器單元，以及一些現(xiàn)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，你可以用它來改善你的設計與流行的微控制器系列具有特別強調(diào)功能的自主經(jīng)營和電機控制說明性的例子在新定時器/計數(shù)器功能。

　　定時器和計數(shù)器模式：從簡單到高級

　　定時器和計數(shù)器開始了操作一些非常簡單的方式來代替普通程序的循環(huán)計數(shù)外部事件，定時內(nèi)部和外部的業(yè)務和關鍵MCU操作收集各種統(tǒng)計信息。一些最熟悉的計數(shù)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的自主運行模式定時器B時，MAXQ612定時器/計數(shù)器模塊：自動重載，捕獲和PP /減計數(shù)。在右上角的圖顯示了自動重載模式框圖。的時鐘輸入定時器B可以來自一個時鐘分頻器，可以劃分系統(tǒng)時鐘具有八個不同的設置，或從外部引腳。控制位，TRB，啟用或禁用定時器B操作。定時器值寄存器(TVB)向上計數(shù)時鐘時和當它達到存儲在定時器B加載寄存器(TBR)的值，并產(chǎn)生中斷和無線電視復位到零。這提供了在不使用寶貴的CPU周期以創(chuàng)建一個延遲創(chuàng)建延遲的簡單方法。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)建一個超時，如果期望的輸入沒有在時間的預計量顯示出來。

　　馬克西姆MAXQ612微控制器的圖像

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

　　在圖1的右上角的框圖說明在捕獲模式的動作。在這種模式下，時鐘分頻器和啟用/禁用功能是一樣的，在自動重裝模式。該TBV寄存器計數(shù)和復位至零時溢出并產(chǎn)生一個可選的中斷。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(shù)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鐘數(shù)是有用的。定時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。

　　其他幾種常見的定時/計數(shù)器操作由MAXQ612如向上/向下自動重裝，其中外部引腳控制計數(shù)的方向支持。此模式適用于各種脈沖寬度調(diào)制信號，如那些在機電傳感器中使用的解碼很有幫助。時鐘輸出模式可用于使用系統(tǒng)時鐘，一個分頻器和定時器B的終端計數(shù)最后，一個脈寬調(diào)制(PWM)輸出模式可以產(chǎn)生的邊沿對齊信號以產(chǎn)生一個簡單的輸出時鐘在共同PWM應用中使用，如那些用于電機控制。

　　PWM計數(shù)器/定時器功能電機控制

　　一些最先進的定時器/計數(shù)器功能用于PWM應用用于電機控制的。這些計數(shù)器使用專用硬件來釋放所述處理器做更高級別的功能實現(xiàn)盡可能多的馬達相關的PWM功能成為可能。馬達控制PWM定時器/計數(shù)器的基本操作是大多數(shù)制造商實現(xiàn)和那些在恩智浦LPC 17XX PWM定時器，它適用于三相交流和直流馬達控制應用進行了優(yōu)化之間找到共同的，提供了一個很好的例子。如圖2，馬達控制PWM模塊的功能，可以直到你知道有一個基本的PWM定時器通道的三個副本出現(xiàn)相當復雜;一個在左邊，一個在中間，和一個在右邊。具有三個通道使得有可能使用單個的定時器/計數(shù)器，用于一個非常有效的實現(xiàn)控制三相電動機。每個通道控制的一對輸出端，反過來，可控制的東西片外，像一組線圈中的電動機。每個通道包括一個定時器/計數(shù)器(TC)的寄存器，是由一個處理器時鐘(定時器模式)或由輸入引腳(計數(shù)器模式)遞增。

　　恩智浦LPC 17XX PWM定時器/計數(shù)器圖片

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

　　每個通道都有一個相對于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，此時將其再次開始計數(shù)遞減上的每個處理器的時鐘或輸入引腳過渡。

　　每個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周期輸出花費在每個狀態(tài)的。具有在極限寄存器中的一個小的值最小化的紋波如果輸出被集成到一個電壓，并且允許電機控制PWM定時器來控制，在高速操作的設備。

　　所有這些通道的硬件元件協(xié)同工作，以控制兩個輸出，A和B，其可驅(qū)動的一對晶體管的兩個電力軌之間切換的控制點。大部分時間的兩個輸出具有相反的極性，而是一個死區(qū)時間功能可啟用(以每個通道為基礎)來延遲兩個信號'從被動轉變?yōu)橛行顟B(tài)，以使所述晶體管是從未上同時進行。每對輸出的狀態(tài)可以被認為是高，低的，和浮動或上，下，和中心關閉。從主動和被動高低每個通道的映射是可編程的，并且每一個可以執(zhí)行邊緣對齊的中心對齊脈沖寬度調(diào)制。圖3顯示了輸出配置的兩個例子。在一個在左邊的中心，沒有任何停滯時間一致。在一個在右邊有插入，以確保兩個輸出都不會主動在同一時間死區(qū)時間(DT)。

　　恩智浦LPC17xx電機控制PWM定時器/計數(shù)器圖片

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

　　電機控制PWM定時器還包括幾個中斷源，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信道的基礎，并且可以指示何時一個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，定時器中斷和看門狗定時器。這種廣泛的專業(yè)計時功能指示多么重要的計時功能已成為基于MCU的設計。

　　其他專業(yè)的計時功能

　　在許多現(xiàn)代的MCU計時，計數(shù)功能日益專業(yè)化的生產(chǎn)廠家針對特定的應用領域。作為一個例子，飛思卡爾的Kinetis K10家族(如MK10DN512ZVLQ10)有多種定時及數(shù)量的面向外圍設備具有專門功能。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;靈活的定時模塊，提供定時，計數(shù)，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馬達;周期性中斷定時器，可以自動管理外設中斷和DMA傳輸;非常低的功耗定時器，當MCU處于最低功耗狀態(tài)，以提供一個簡單的周期性的“喚醒”事件也能工作;和實時時鐘，保持準確的時間，甚至可以在脫離電池時，MCU完全斷電，使其系統(tǒng)運行和壽命數(shù)據(jù)的來源方便。

　　在K10系列還提供了專門與特定塊，以便其他計時資源不消耗專門的時鐘和定時功能。例如，載波調(diào)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，例如在紅外線通信，都有自己專用的定時和計數(shù)功能，很象一個脈寬調(diào)制計數(shù)器，來管理的變化與頻移鍵編碼方案有關的脈沖寬度。這種趨勢奉獻專業(yè)計時及計數(shù)功能預計將繼續(xù)作為微控制器變得更多的應用和市場細分的具體。

　　開發(fā)套件加快產(chǎn)品上市時間

　　隨著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的例子之一。僅舉一例，瑞薩提供了一個完整的電機控制開發(fā)工具包，在圖4中，其中甚至還包括一個例子馬達所示的YMCRPRX62T。該套件配備了所有您需要評估瑞薩RX62T MCU在幾個電機控制設計軟件和參考設計。甲PC主機示范圖形用戶界面示出了電機的轉速，電壓及電流，同時允許用戶調(diào)整參數(shù)和算法可以直接查看各個結果，以幫助調(diào)整電機運行在一個特定的設計最佳結果。許多其它廠商也有一些類似的功能，瑞薩RX62T電機控制評估套件。尋找你的目標應用程序和開發(fā)環(huán)境的最佳匹配，以充分利用顯著量的工作制造商“捆綁”的工具包，以幫助你加快你的下一個電機控制設計。

　　瑞薩電機控制開發(fā)套件的圖片為RX62T MCU系列

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