SDLu的MSP430入门学习笔记(9)定时器TimerA(4)捕获功能.doc

S.D.Lu的MSP430入门学习笔记(9)：定时器TimerA(4)捕获功能本篇笔记介绍如何使用TimerA的捕获模式校准DCO、测量方波信号的频率/周期、脉宽和占空比。对DCO时钟进行校准对信号脉宽、占空比等参数的测量要求高频时钟。但是MSP430G2452的不支持外部高频时钟，所以不能使用外部高频晶振作为时钟源。内部数控时钟DCO就成了唯一选择。虽然TI在出厂时对MSP430的DCO进行了校准，保存了1MHz、8MHz、12MHz、16MHz这几个频率的校准值，但是由于工作环境的不同，会因为温度等因素的影响而产生较大的偏差。所以，在对时钟要求较高的设计中，最好对其进行再次校准。对DCO进行校准的基本原理是用TimerA定时器的捕获/比较功能，进行两个频率的比较，然后根据比较结果调整DCO的输出，直到得到指定频率。具体方法是，使用外部的32768Hz晶振作为基准时钟源，使用TimerA的捕获功能对DCO的频率进行测量，然后通过DCOx、MODx和RSELx位来调节DCO的频率，直到其输出等于想要的频率。请看例程：本例中，P1.4用于输出SMCLK，即DCOCLK，程序运行时，可以用示波器观察P1.4口的信号，以确认当前的DCOCLK频率。同时，在不同DCO频率下，可以观察到P1.0上的LED闪烁频率不同。在2124行选择任意一行，屏蔽其它3行，可以得到16MHz、12MHz、8MHz、1MHz不同的DCOCLK频率。函数void Set_DCO(unsigned int Delta);的作用就是设定DCO输出指定频率。应该注意的是，参数Delta的单位是4069Hz。下面对该函数的代码进行分析。37行，对LFXT1CLK进行8分频作为ACLK，因为本例中LFXT1使用外部32768Hz晶振，所以ACLK=32768Hz/8=4096Hz，这就是Delta的单位。38行，将CCR0单元设置为捕获上升沿模式，信号输入为CCI0B，即ACLK=4096Hz。为什么CCI0B是ACLK呢？请查看MSP430G2452对应的数据手册。39行，TimerA的时钟源选择SMCLK，即DCOCLK，这就是我们要测量的频率。选择连续计数模式，并清零计数器。43行，等待，直到捕获发生。在此是通过查询TACCTL0的标志位CCIFG的方法确认捕获是否发生的。44行，捕获发生之后，TACCTL0的CCIFG位置1。在此清零该位，以便下次捕获的识别。45行，将本次捕获的值存入变量Compare。46行，对本次捕获值和上次捕获值进行求差，并存入Compare。47行，将本次捕获的值存入变量Oldcapture，作为下次求差的数据。49-50行，如果相邻两次捕获的差值=要设定的值，则完成校准，退出41行的while(1)。51-57行，如果相邻两次捕获的差值要设定的值，说明DCO频率太高，通过DCOx、MODx和RSELx位来降低DCO的频率。58-64行，如果相邻两次捕获的差值用IO模拟发送串口数据测量方波信号的频率/周期、脉宽和占空比时，需要有输出终端，通过串口发送数据到PC上显示是比较好的选择。所以在此插入一个用IO模拟发送串口数据的例子。使用USB转TTL串口线连接MCU和PC使硬件变得简洁。因为MSP430G2452的片上外设并没有UART，所以需要通过其他的方法来实现UART的功能。本笔记只涉及到数据发送，所以用IO模拟UART时序发送数据是最简单的方法。UART的基本数据格式如下图。起始位是一个位宽的低电平；然后是8位数据，低位在前，高位在后；之后是一位校验位，该位也可以没有；最后是停止位，它是一个位宽的高电平，停止位的宽度也可以是1.5个或2个位宽。空闲时，数据线为高电平。选定UART的通讯波特率之后，就可以知道其位宽。比如波特率为9600，那么其位宽约为104微秒。我们在“DCO校准”的例子基础上修改，增加一个串口发送函数。如下图，主函数前面增加了两个宏定义和一个函数声明，主函数中增加一个变量，在while(1)增加串口发送数据的函数调用。void Set_DCO(unsigned int Delta)函数在主函数之后进行定义。 在1MHz频率下，该函数对应的串口参数为：9600，8，N，1。程序运行结果是，P1.1口循环发送0255，并伴随LED闪烁。将USB-TTL串口线连接到PC上即可通过串口调试助手接收显示数据。测量方波信号的频率测量信号频率的基本方法是，在固定的时间内对信号上升沿/下降沿进行计数。事实上，校准DCO的例子就是一个测量信号频率的应用，只不过它测量的是MCU内部的信号。本节例子将在“用IO模拟发送串口”例子基础上修改。对外部方波信号的频率进行测量，然后通过IO模拟串口频率值发送到PC上。注意本例中的IO端口配置，P1.0用作TACLK输入，P1.1用作普通IO输出，模拟UART时序发送串口数据。void Set_DCO(unsigned int Delta)和void IO_UART_SendChar(unsigned char dat)没有改变。串口函数增加两个：用到了定时器中断：void Timer_Init();函数将TimerA初始化。和Set_DCO( ) 函数中对TimerA的配置基本相同，只是将频率输入端改为了外部输入TACLK，并使能了CCR0的捕获中断。本例的关键在CCR0的捕获中断函数。CCR0的捕获输入信号是ACLK，而ACLK在Timer_Init()函数中被配置为LFXT1CLK/8，即32768Hz/8=4096Hz。所以，每秒钟产生4096次CCR0捕获中断。213行，保存本次捕获值。214行，求出本次捕获值(new_dat) - 上次捕获值(old_dat)的差值。Capture_dat中保存的值，就是上次中断到本次中断之间TACLK输入的信号的脉冲数。需要注意的是，有可能出现new_dat 1000000)用于控制唤醒CPU发送串口数据的时间间隔。因为TACLK=16MHz/8=2MHz，每个时钟周期是0.5us，即sum_pos_Capdat的单位是0.5us。而sum_pos_Capdat是对TACLK计数的累加和，所以当sum_pos_Capdat= 1000000的时候，经过的时间是0.5秒。当if(sum_pos_Capdat 1000000)，执行到258行后，CPU被唤醒，主函数4356行会被执行一次，串口发送一次频率、周期和占空比数据。247行，因为sum_pos_Capdat的单位是0.5us，所以计算时先2，将其单位换算成us。Period_cnt是周期计数器，所以一个周期时间就是sum_pos_Capdat/2/Period_cnt，单位：us。248行，频率是周期的倒数。因为Period的单位是us，所以1/Period的单位是MHz，1000000/Period的单位就是Hz。249行，sum_neg_Capdat是信号的高电平时间的累加和，sum_pos_Capdat是所有计数周期的累加和，所以占空比为sum_neg_Capdat/sum_pos_Capdat，单位是1。所以sum_neg_Capdat/(sum_pos_Capdat/1000)的单位就是0.1% 。需要注意的是，这里的计算不能写成sum_neg_Capdat / sum_pos_Capdat * 1000。因为sum_neg_Capdat sum_ pos _Capdat，所以sum_neg_Capdat / sum_pos_C