2020年02月28日 | MSP430系列嵌入式实验教程---定时器

定时器模块是MSP430单片机中非常重要的资源，可以用来实现定时控制、频率测量、脉宽测量以及PWM等信号产生。MSP430单片机定时器资源包括看门狗定时器(WDT)、通用定时器(timer)和实时时钟(RTC)。这一节则主要讲述普通定时器。

由图可知，Timer_A定时器主要分为两个部分：主计数器和捕获/比较模块。主计数器负责定时、计时或计数，计数器的值被送到各个捕获比较模块中，它们可以在无CPU干预的情况下根据触发条件与计数器值自动完成某些测量和输出功能。只需定时、计数功能时，可以只使用主计数器部分。在PWM调制、利用捕获测量脉宽、频率等应用中，还需要捕获/比较模块的配合。

16位定时器原理

16位定时器的计数值寄存器TAR在每个时钟信号的上升沿进行增加/减少，可利用软件读取TAR寄存器的计数值。此外，当定时时间到，产生溢出时，定时器可产生中断。置位定时器控制寄存器中的TACLR控制位，可自动清除TAR寄存器的计数值，同时，在增/减计数模式下，清除了时钟分频器和计数方向。

时钟源选择和分频器

定时器的参考时钟源可以来自内部时钟ACLK、SMCLK或者来自TACLK引脚输入，可通过TASSEL控制位进行选择。选择的时钟源首先通过ID控制位进行1、2、4、8分频，对于分频后的时钟，可通过TAIDEX控制位进行1、2、3、4、5、6、7、8分频。

Timer_A工作模式

Timer_A共有4种工作模式：停止模式、增计数模式、连续计数模式和增/减计数模式，具体工作模式可以通过MC控制位进行选择。

MC控制位配置值 Timer_A工作模式 描述

00 停止模式 Timer_A停止

01 增计数模式 Timer_A从0到TAxCCR0重复计数

10 连续计数模式 Timer_A从0到0FFFFh重复计数

11 增/减计数模式 Timer_A从0增计数到TAxCCR0之后减计数到0，循环往复

停止模式。停止模式用于定时器暂停，并不发生复位，所有寄存器现行的内容在停止模式结束后都可用。当定时器暂停后重新计数时，计数器将从暂停时的值开始以暂停前的计数方向计数。例如，停止模式前，Timer_A定时器工作于增/减计数模式并且处于下降计数方向，停止模式后，Timer_A仍然工作于增/减计数模式下，从暂停前的状态开始继续沿着下降方向开始计数。若不想这样，则可通过TAxCTL中的TACLR控制位来清除定时器的计数及方向记忆特性。

增计数模式。比较寄存器TAxCCR0用作Timer_A增计数模式的周期寄存器。由于TAxCCR0为16位寄存器，所以在该模式下，定时器A连续计数值应小于0FFFFh。TAxCCR0的数值定义了定时的周期，计数器TAR可以增计数到TAxCCR0的值，当计数值与TAxCCR0的值相等（或定时器值大于TAxCCR0的值）时，定时器复位并从0开始重新计数。

增计数

当定时器计数值计数到TAxCCR0时，置位CCR0中断标志位CCIFG。

当定时器从TAxCCR0计数到0时，置位Timer_A中断标志位TAIFG。增计数模式下中断标志位设置过程如图所示。

示例

利用TA0定时器，使其工作在增计数模式，采用SMCLK作为其计数参考时钟，并启用TA0CCR0计数中断，在TA0中断服务程序中反转P1.0口状态，以便于用示波器进行观察。

#include

void main(void)

{

  WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD;                // 关闭看门狗

  P1DIR |= 0x01;                            // P1.0设为输出

  TA0CCTL0 = CCIE;                          // CCR0中断使能

  TA0CCR0 = 50000;

  TA0CTL = TASSEL_2 + MC_1 + TACLR;  // SMCLK, 增计数模式, 清除TAR计数器

  _ _bis_SR_register(LPM0_bits + GIE);  // 进入LPM0,使能中断

}

// TA0中断服务程序

#pragma vector=TIMER0_A0_VECTOR

_ _interrupt void TIMER0_A0_ISR(void)

{

  P1OUT ^= 0x01;                            // 反转P1.0口输出状态

}

连续计数模式。在连续计数模式下，Timer_A定时器增计数到0FFFFh之后从0开始重新计数，如此往复。

当定时器计数值从0FFFFh计数到0时，置位Timer_A中断标志位，连续计数模式下的中断标志位设置过程如图所示。

连续计数模式的典型应用如下：

产生多个独立的时序信号：利用捕获比较寄存器捕获各种其他外部事件发生的定时器数据。

产生多个定时信号：在连续计数模式下，每完成一个TAxCCRn(其中n取值为0～6)计数间隔，将产生一个中断，在中断服务程序中，将下一个时间间隔计数值赋给TAxCCRn，下图表示了利用两个捕获比较寄存器TAxCCR0和TAxCCR1产生两个定时信号t0和t1。在这种情况下，定时完全通过硬件实现，不存在软件中断响应延迟的影响，具体实现示意图如下图所示。

示例

利用TA1定时器，使其工作在连续计数模式下，采用SMCLK作为其计数参考时钟，使能TAIFG中断。在TA1中断服务程序中反转P1.0口状态，以便于用示波器进行观察。

#include

void main(void)

{

  WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD;              // 关闭看门狗

  P1DIR |= 0x01;                           // P1.0设为输出

  TA1CTL = TASSEL_2 + MC_2 + TACLR + TAIE;  

// SMCLK,连续计数模式,清除TAR，并使能TAIFG中断

  _ _bis_SR_register(LPM0_bits + GIE); // 进入LPM0, 并启动中断

}

// TA1中断服务程序

#pragma vector=TIMER1_A1_VECTOR

_ _interrupt void TIMER1_A1_ISR(void)

{ 

  switch(_ _even_in_range(TA1IV,14))

  {

    case  0: break;                          // 无中断

    case  2: TACCR1 += 500; break;                          // TA1CCR1 CCIFG中断

    case  4: TACCR2 += 300; break;                          // TA1CCR2 CCIFG中断

    case  6: break;                        // TA1CCR3 CCIFG中断

    case  8: break;                        // TA1CCR4 CCIFG中断

    case 10: break;                        // TA1CCR5 CCIFG中断

    case 12: break;                      // TA1CCR6 CCIFG中断

    case 14: P1OUT ^= 0x01;              // TAIFG中断

             break;

    default: break; 

  }

}

增/减计数模式，需要对称波形的情况往往可以使用增/减计数模式。在该模式下，定时器先增计数到TAxCCR0的值，然后反方向减计数到0。计数周期仍由TAxCCR0定义，它是TAxCCR0值的2倍。增/减计数模式下的计数过程如图所示。

在增/减计数模式下，TAxCCR0中断标志位CCIFG和Timer_A中断标志位TAIFG在一个周期内仅置位一次。当定时计数器增计数从TAxCCR0-1计数到TAxCCR0时，置位TAxCCR0中断标志位CCIFG，当定时计数器减计数从0001h到0000h时，置位Timer_A中断标志位TAIFG。增/减计数模式下中断标志位的设置过程如图所示。

捕获/比较模块

除了主计数器外，Timer_A定时器还具有7个（不同系列模块数量有差异）相同的捕获/比较模块，任何一个捕获/比较模块都可以用于捕获事件发生的时间或产生的时间间隔。每个捕获/比较模块都可有单独的模式控制寄存器及捕获/比较值寄存器。

在比较模式下，每个捕获/比较模块将不断地将自身的比较值寄存器与主计数器的计数值TAR进行比较，一旦相等，就将自动改变定时器输出引脚的输出电平。Timer_A有八种输出模式，从而可以无须CPU干预的情况下输出PWM波，可变单稳态脉冲、移向方波、相位调制等常用波形。

在捕获模式下，用定时器输入引脚电平跳变触发捕获电路，将此刻主计数器值TAR自动保存在相应的捕获值寄存器TACCRx下。这可以用于测频率、测周期、测脉宽、测占空比等需要获得波形精确时间量的场合。

捕获/比较模块的逻辑结构如图所示，在此以捕获/比较模块TAxCCR6为例进行介绍。

比较模式

当CAP控制位设为0时，捕获/比较模块工作在比较模式。比较模式用来产生PWM输出信号或者在特定的时间间隔产生中断。此时TAxCCRn的值可由软件写入，并通过比较器与主计数器的计数值TAR进行比较，当TAR计数到TAxCCRn时，将依次产生以下事件：

置位中断标志位CCIFG；

产生内部信号EQUn=1；

EQUn信号根据不同的输出模式触发输出逻辑；

输入信号CCI被锁存到SCCI。

每个捕获/比较模块都包含一个输出单元，用于产生输出信号，例如PWM信号等。每个输出单元都有8种工作模式，可产生EQUx的多种信号。输出模式可通过OUTMOD控制位进行定义增计数

例

利用定时器TA0，使其工作在增计数模式下，选择ACLK作为其参考时钟。将P1.2和P1.3引脚配置为定时器输出，且使CCR1和CCR2工作在比较输出模式7下，最终使P1.2引脚输出75%占空比的PWM波形，使P1.3引脚输出25%占空比的PWM波形，可通过示波器进行观察。

#include

void main(void)

{

  WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD;            // 关闭看门狗

  P1DIR |= BIT2+BIT3;                   // P1.2和P1.3设为输出

  P1SEL |= BIT2+BIT3;                   // P1.2和P1.3引脚功能选为定时器输出

  TA0CCR0 = 512-1;                  // PWM周期定义

  TA0CCTL1 = OUTMOD_7;                // CCR1比较输出模式7：复位/置位

  TA0CCR1 = 384;                        // CCR1 PWM 占空比定义

  TA0CCTL2 = OUTMOD_7;                // CCR2 比较输出模式7：复位/置位

  TA0CCR2 = 128;                        // CCR2 PWM 占空比定义

  TA0CTL = TASSEL_1 + MC_1 + TACLR; // ACLK,增计数模式,清除TAR计数器

  _ _bis_SR_register(LPM3_bits);    // 进入LPM3

}

捕获模式。

当CAP控制位置为1时，捕获/比较模块配置为捕获模式。捕获模式被用于捕获事件发生的时间。捕获输入CCIxA和CCIxB可连接外部引脚或内部信号，这需通过CCIS控制位进行配置。可通过CM控制位将捕获输入信号触发沿配置为上升沿触发、下降沿触发或两者都触发。捕获事件在所选输入信号触发沿产生，如果产生捕获事件，定时器将完成以下工作：

主计数器计数值复制到TAxCCRn寄存器中；

置位中断标志位CCIFG。

输入信号的电平可在任意时刻通过CCI控制位进行读取。捕获信号可能会和定时器时钟不同步，并导致竞争条件的产生，将SCS控制位置位可在下一个定时器时钟使捕获同步。

如果第二次捕获在第一次捕获的值被读取之前发生，捕获/比较寄存器就会产生一个溢出逻辑，在此情况下，将置位COV标志位。注意COV标志位必须通过软件消除。

例

利用TA1定时器，使其工作在捕获模式，上升沿触发捕获，参考时钟选择SMCLK，通过中断读取定时器捕获值。将ACLK通过P1.0引脚输出，并与P2.0引脚相连，P2.0配置为定时器捕获输入。

#include

int i=0;

int Cycle[2];

void main(void)

{

  WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD;              // 关闭看门狗

  P1DIR |= BIT0;

  P1SEL |= BIT0;                            // 将P1.0引脚配置为ACLK输出

  P2DIR &=~BIT0;

  P2SEL |= BIT0;                            // 将P2.0引脚配置为定时器捕获输入

  TA1CTL = TASSEL_2 + MC_2 + TACLR ; 

 //TA1主计数器时钟选择SMCLK，连续计数模式，清除TAR

  TA1CCTL1 = CM0 + SCS + CAP + CCIE; // CCR1工作于捕获模式，上升沿触发

  _ _bis_SR_register(LPM0_bits + GIE); // 进入LPM0并使能全局中断

}

// TA1中断服务程序

#pragma vector=TIMER1_A1_VECTOR

_ _interrupt void TIMER0_A1_ISR(void)

{

switch( _ _even_in_range(TAIV,14) )

  {

    case  0: break;                      // 无中断产生

    case  2: 

    Cycle[i]=TA1CCR1;               //读取捕获值

    i++;

    if(i==2) i=0;

    break;                      // CCR1中断

    case  4: break;                    // CCR2中断

    case  6: break;                        // CCR3中断

    case  8: break;                      // CCR4中断

    case 10: break;                      // CCR5中断

    case 12: break;                      // CCR6中断

    case 14:  break;            // TAIFG溢出中断

    default: break;

  }

}

中断

TAxCCR0的中断向量具有最高的中断向量CCIFG0

优先级最高，单独一个中断服务函数，不需要手动清除CCIFG0

其余的TAxCCRn的中断标志CCIFGn及TAIFG的中断向量是TAIV

TAxIV包含TAxCCRn的中断标志CCIFGn和TAIFG，因此可用TAxIV判断中断源，每次访问TAxIV时都会自动清除最高优先级的中断标志位。