定时器原理及频率计设计课件

1、定时器原理及应用定时器原理及应用 1、定时器原理 2、msp430定时器的组成，应用 3、频率计设计2时钟系统简介3ACLK辅助时钟辅助时钟低速外设低速外设MCLK系统主时钟系统主时钟CPU和系统和系统SMCLK系统子时钟系统子时钟高速外设高速外设XT1CLKXT2CLKVLOCLKREFOCLKMODCLK模块振荡器模块振荡器DCOCLK定时器定时功能模块是单片机控制系统中经常用到的重要部分，可用来实现定时控制、延迟、频率测量、脉宽测量和信号产生、信号检测等等。一般来说，所需的定时信号可以用软件和硬件两种方法来获得。MSP430系列有丰富定时器资源：看门狗定时器（WDT），定时器A（Time

2、r_A），定时器B（Timer_B）等。定时器功能看门狗定时器基本定时、当程序发生错误时执行一个受控的系统重启动基本定时器基本定时、支持软件和各种外围模块工作在低频率、低功耗条件下定时器A基本定时、支持同时进行的多种时序控制、多个捕获/比较功能和多种输出波形（PWM），可以以硬件方式支持串行通信。看门狗定时器 概述（1/1） 看门狗定时器，主要作用： 用于在“程序跑飞”时，WDT就会产生溢出，从而产生系统复位，CPU需要重新运行用户程序，这样程序就可以又回到正常运行状态。 MSP430 看门狗模块具有以下特性：8 种软件可选的定时时间看门狗工作模式定时器工作模式带密码保护的 WDT 控制寄存器

3、时钟源可选择为降低功耗，可停止时钟失效保护看门狗定时器 WDT的操作（2/3） 用户可以通过 WDTCTL 寄存器中的 WDTTMSEL 和 WDTHOLD 控制位设置 WDT 工作在看门狗模式、定时器模式和低功耗模式。 看门狗模式PUC后，WDT 进入默认状态。如果系统不用看门狗功能，应该在程序开始处禁止看门狗功能。在看门狗模式下，如果计数器超过了定时时间，就会产生复位和激活系统上电清除信号。用户软件一般都需要进行如下操作： 进行WDT的初始化：设置合适的时间。 周期性地对WDTCNT清零：防止WDT溢出。看门狗定时器 WDT的操作（3/3） 定时器模式WDTTMSEL 设置为 1 时，WD

4、T 工作在定时器模式。 在定时器模式下，定时间隔到以后，WDTIFG 标志位置 1 低功耗模式 当不需要看门狗定时器时，可使用 WDTHOLD 位来停止看门狗计数器 WDTCNT，以降低功耗。看门狗定时器 WDT应用举例 （1/2）例，使用看门狗定时功能产生一个方波（周期性的取反P1.0）程序代码如下：# include void main(void) WDTCTL = WDT_MDLY_32; / 定时周期为定时周期为32ms SFRIE1 |= WDTIE; / 使能使能WDT中断中断 P1DIR |= 0 x01; / P1.0输出输出 _enable_interrupt(); / 系统

5、中断允许系统中断允许 for (;) / 进入进入 LPM0 _bis_SR_register(LPM0_bits); _no_operation(); / 看门狗中断服务子程序看门狗中断服务子程序#pragma vector= WDT_VECTOR_interrupt void watchdog_timer (void) P1OUT = 0 x01; / P1.0取反取反 看门狗定时器 WDT应用举例 （2/2）二、定时器u异步异步16位定时器位定时器/计数器计数器u连续、递增连续、递增-递减、递增计递减、递增计数模式数模式u3个捕获个捕获/比较寄存器比较寄存器uPWM 输出输出u中断向量寄

6、存器，中断向量寄存器，实现实现快速快速中断响应中断响应u可触发可触发DMAu多个时钟源可选多个时钟源可选u所有所有430均有均有Timer_A定时器 A 特性（1/1） 定时器 A 由一个16位定时器和多路捕获/比较通道两部分组成。主计数器负责定时，计时和计数。计数值（TAR寄存器的值）被送到捕获比较模块中，可在无CPU干预下根据触发条件完成某些测量和输出功能。TACTL控制主计数器工作模式，状态TACCRx可提供额外的触发中断条件，在PWM输出模式下，可用于设置占空比和周期。在捕获模式，TACCRx存放捕获结果主计数器结构包括时钟源选择、预分频器、计数器和计数模式几个部分 通过以上两个控制字

7、可设置定时计数的时钟源。 若选择TACLK作为时钟源，定时器称为计数器，累计TACLK管脚上的上升沿。 若选择ACLK作为定时时钟源，定时周期可达16s。 两个定时器配合使用，频率计测频范围大幅度提升TACTL相关控制寄存器，控制字：TASSELx 定时器A时钟源选择Idx：预分频定时器 A 工作原理（1/1）TACLR 定时器清零控制位定时器清零控制位MCx 定时器工作模式定时器工作模式停止模式增计数模式连续计数模式增/减计数模式TAIFG 计数器溢出标志定时器的计数模式0FFFFh0hCCR0连续计数模式连续计数模式0FFFFh0h增计数模式增计数模式停止模式停止模式增增/减计数模式减计数

8、模式0FFFFh0hCCR0定时器 A 工作模式（1/1）MCxMCx模式模式说明说明0000停止模式停止模式定时器停止定时器停止0101增计数模式增计数模式定时器重复从定时器重复从 0 0 计数到计数到 TAxCCR0TAxCCR01010连续计数模式连续计数模式定时器器重复从定时器器重复从 0 0 计数到计数到 0FFFFh0FFFFh1111增增/ /减计数模式减计数模式定时器重复从定时器重复从 0 0 增计数到增计数到 TAxCCR0 TAxCCR0 再减计数到再减计数到 0 0捕获/比较寄存器TAxCCR0用作Timer_A增计数模式的周期寄存器。计数器TAxR与TAxCCR0的值相

9、等(或TAxR大于TAxCCR0的值)时，定时器 TAxR将立即重新从 0 开始计数。产生定时中断比连续计数简单，多用来产生周期性定时中断定时器 A 工作模式 增计数模式 （1/5）定时器 A 工作模式 连续数模式 此模式下，定时器从当前值计数到0FFFFH后，又从0开始重新计数。在捕获模式下使用较多，定时器自由运行，根据事件发生时自动记录计数值，对比几个计数值确定时间间隔或事件发生时间。定时器 A 工作模式 （1/3）增/减计数模式该模式下，定时器先增计数到TAxCCR0的值，然后反向减计数到0。计数周期是TAxCCR0计数器数值的2倍。多用于PWM发生器，借助增减模式，能够产生带死区的对称

10、PWM驱动波形，可直接驱动半桥电路，无需专门死区控制电路利用上下计数模式消除死区。桥式电路 电路结构，半桥结构如图所示，它是两个功率开关器件（如 MOS 管）以图腾柱的形式相连接，以中间点作为输出，提供方波信号。这种结构在 PWM 电机控制、DC-AC逆变、电子镇流器等场合有着广泛的应用。 上下两个管子由反相的信号控制，当一个功率管开时，另一个关断，这样在输出点 OUT 就得到电压从 0 到 VHV的脉冲信号。由于开关延时的存在，当其中的一个管子栅极信号变为低时，它并不会立刻关断，因此一个管子必须在另一个管子关断后一定时间方可开启，以防止同时开启造成的电流穿通，这个时间称为死区时间，定时器 A

11、 捕获/比较模块 （1/5）Timer_A有多个相同的捕获/比较模块，为实时处理提供灵活的手段，每个模块都可用于捕获事件发生的时间或产生定时间隔。通过TACCTLx中的CAP位选择模式，该模块既可用于捕获模式，也可用于比较模式。当发生捕获事件或定时时间到都将引起中断。捕获/比较模块的结构，如下图所示。定时器 A 捕获/比较模块 （3/5） 捕获模式当TACCTLx中的CAP = 1，该模块工作在捕获模式。每个捕获/比较寄存器可以用来记录时间事件，例如： 测量软件程序所用时间 测量硬件事件之间的时间 测量系统频率用CM1和CM0 位选择捕获条件，可以选择禁止捕获、上升沿捕获、下降沿捕获或者上升沿

12、下降沿都捕获。当捕获完成后，定时器的值被复制到 TAxCCRn 寄存器，并且中断标志 CCIFG 置位。如果总的中断允许位GIE允许，相应的中断允许位CCIE也允许，则将产生中断请求。如下图所示： 闸门时间：就是测量时间，一般为1ms,10ms,100ms,1s,10s.闸门时间越短测量结果越接近瞬时频率，闸门时间越长越接近平均频率。 数字仪表都有至少1个字的误差，闸门时间越长测量精度越高。也可以看做平均的结果。 测量精度和测量时间会发生矛盾，计数法测量频率适合测量较高频率的信号。周期法适合测量频率较低的信号或高精度测量。 测量精度越高需要的计数器长度越长。 测量的误差来源：基准时钟的误差和计

13、数器的1个字误差。1 1、 频率基本测量方法频率基本测量方法 例如1 1、 频率基本测量方法频率基本测量方法被测频率被测频率（Hz）绝对误差绝对误差（Hz）相对误差相对误差闸门时间（闸门时间（s） 计数长度计数长度（位）（位）10.0000000.000001Hz10-710000000s7100.000000.00001Hz10-7100000s71000.00000.0001Hz10-710000s710000.0000.001Hz10-71000s7100000.000.01Hz10-7100s71000000.00.1Hz10-710s7100000001Hz10-71s72 2、 频

14、率比的测量方法频率比的测量方法BAABTfNTf频率比：可以通过分别测出两个信号的频率计算出频率比，也可以用下列方法直接测出频率比。低频信号作为门控信号，要提高精度必须使用多周期门控。0 xTNT2 2、 周期的测量方法周期的测量方法在被测信号周期内对时标周期进行计数。测量时间为一个周期。要提高精度可以提高时标频率或多周期测量。例如测量手表走时的精确度，测量精度在0.01ppm(1ppm=10 -6)，手表的时钟频率为32768Hz。如果使用直接测量法则需要测到：频率计的显示结果： 32768.00000000Hz，需要计数器的位数13位十进制计数器。所需要的测量时间： 1Hz需要1s，0.1Hz需要10s.，在此需要108s，约27777小时=1157天=3年如果采用周期测量法，测量时间为一个周期时，则时标