1、第二十二讲 PWM与定时器,河南大学 计算机与信息工程学院 授课人：金勇,联系电话：13598785920 Email：,计算机专业核心课程之一,S3C2410内部的PWM定时器,PWM 周期恒定，高电平宽度（占空比）可调的方波脉冲（Pulse Width Modulation）,5个16位定时器；定时器0定时器3具有输出PWM（脉宽调制）脉冲信号的功能；, 定时器0内部有“死区”产生器，可用于驱动大电流设备；,所谓利用“死区”驱动大电流设备，是指需要交替开、关两台设备时，能保证前一台设备关掉后，经过一段时间间隙、即所谓“死区”后，再开通后一台设备，保证不会出现两台设备同时打开，哪怕是瞬间的同
2、时打开。,每个定时器按减计数方式工作，当减到0时，可选择自动重装模式，也可选择单次触发模式。,S3C2410内部的PWM定时器,内部结构,时钟信号的选择,时钟源PCLK的分频处理,PCLK主时钟信号作为定时器原始的时钟信号，分别经过两个8位预分频器（预分频器0和预分频器1）进行分频，分频值的取值范围为：1256。有两个时钟信号除法器，分别称为除法器0和除法器1。除法器0接收预分频器0的输出信号，除法器1接收预分频器1的输出信号。两个除法器各自输出4种信号，分别是对预分频器输出信号的2、4、8、16分频信号。,每个定时器前端有一个5选1的多路开关，分别称为时钟多路器0、时钟多路器1、时钟多路器2
3、、时钟多路器3、时钟多路器4。时钟多路器0与时钟多路器1可选择接通5种信号（除法器0输出的4种分频信号和TCLK0信号）之一分别作为定时器0与定时器1的输入时钟信号；时钟多路器2、时钟多路器3与时钟多路器4可选择接通5种信号（除法器1输出的4种分频信号和TCLK1信号）之一分别作为定时器2、定时器3与定时器4的输入时钟信号。,时钟信号的选择,时钟信号分频处理与选择的实现,两个分频器中的分频值通过配置寄存器TCFG0实现，每个时钟多路器选择哪一种输入时钟信号，通过配置寄存器TCFG1实现。,时钟信号的选择,输出PWM波形,（1） 16位计数器TCNTn（n=0、1、2、3、4）,减法计数器，从某
4、初值开始减计数，减到0时，可以重装初值。,（2）计数缓冲寄存器TCNTBn（n=0、1、2、3）,TCNTn的重装值，当TCNTn减计数到0时， TCNTBn TCNTn,（3）比较寄存器TCMPn（n=0、1、2、3）,用于控制PWM波形的高电平宽度,TCNTn TCMPn，定时器输出低电平；TCNTn TCMPn，定时器输出高电平；,在定时器输出可以选择接反相器，此时，输出电平的控制刚好相反：TCNTn TCMPn，定时器输出高电平；TCNTn TCMPn，定时器输出低电平；,输出PWM波形,比较寄存器TCMPn,（4）比较缓冲寄存器TCMPBn（n=0、1、2、3）,用于加载TCMPn,
5、当TCNTn减计数到0时:TCNTBn TCNTnTCMPBn TCMPn,TCMPn中的数值确定了定时器输出PWM波形的高（或低电平）的宽度。TCMPn器中的数值由TCMPBn的数值加载，因此，TCMPBn的数值用于PWM（脉宽调制）。,输出PWM波形,当需要通过定时器的输出引脚向外输出PWM波形时，必须在定时器控制器TCON中设置允许自动重装、设置TCNTBnTCMPBn，当定时器的计数器减计数到0时，TCNTBn中的数值加载到TCNTn中作为计数初值，TCMPBn中的数值加载到TCMPn中，同时，定时器引脚为低电平（假设输出未接反向器）。计数器开始减计数，当减到TCNTn = TCMPn
6、时，定时器输出引脚翻转为高电平。计数器继续减计数，当减到0时，TCNTBn中的数值重新加载到TCNTn中、TCMPBn的数值重新加载到TCMPn中、定时器输出引脚重新翻转为低电平开始新的计数器周期。由此在输出引脚产生PWM波形。,(5) PWM输出实现,输出PWM波形,PWM波形的周期由TCNTBn中的数值确定；PWM波形的高电平宽度由TCMPBn中的数值确定。,输出PWM波形,中断请求或DMA请求,（1）中断请求,每个定时器在硬件结构上都是按减计数方式工作的16位计数器，由时钟信号驱动计数，当减计数到0时，产生中断请求，通知CPU定时器工作完毕，同时，自动将TCNTBn中的数值加载到TCNT
7、n中继续进行下一次操作。,PWM定时器能在每个特定时间产生DMA请求，产生DMA请求时，保持请求信号为低电平直到接收到应答信号ACK为止。当定时器接收到ACK信号时，置请求信号无效。5个定时器的每一个都能产生DMA请求。通过设置TCFG1寄存器中的DMA模式位来确定哪一个定时器产生DMA请求。如果一个定时器被配置为DMA模式，将不会产生中断请求，其他的定时器正常产生中断请求。,（2）DMA请求,中断请求或DMA请求,DMA模式配置和DMA/中断操作,DMA请求时序图,双缓冲特性,定时器0定时器3中有计数器TCNTn和计数缓冲寄存器TCNTBn，用于控制PWM输出波形的有比较寄存器TCMPn和比
8、较缓冲寄存器TCMPBn，当修改TCNTBn和TCMPBn中的数值时，新的数值只有当前计数周期结束，既计数器TCNTn减计数到0时才会分别加载到计数器TCNTn中和比较寄存器TCMPn中。这种双缓冲区特性使得当定时器输出频率和占空比改变时，保证定时器输出的最后一个脉冲波形为前一时刻TCNTBn和TCMPBn中设定数值所确定的波形。,读取计数器TCNTn中的数值,计数器TCNTn在工作过程中，可以通过计数观察寄存器TCNTOn读取当前的计数值。,参数配置,输入时钟频率的配置,其中，预分频值 = 0255，通过配置定时器配置寄存器TCFG0实现。除数 = 2，或4，或8，或16，通过配置定时器配置
9、寄存器TCFG1实现。,定时器配置寄存器TCFG0,定时器配置寄存器TCFG1,定时器配置寄存器TCFG1,当系统主时钟信号PCLK=66.5MHz时，通过配置TCFG0、TCFG1可以获得的最小时钟周期/频率、最大时钟周期/频率、最大定时时间间隔。,参数配置,【例】：系统时钟PCLK=60MHz，要求T0T4的计数时钟频率依次为200KHz、100KHz、50KHz、25KHz、TCLK1，不选择死区输出形式，不产生DMA请求。,根据题意，需要配置TCGF0和TCGF1两个寄存器实现要求，若两个预分频器的预分频值取14，计数器输入时钟频率分别等于200KHz、100KHz、50KHz、25K
10、Hz，将这两个条件带入下式：可以得到T0T3的除数值分别为2、4、8、16，即多路器0选择2分频；多路器1选择4分频；多路器2选择8分频；多路器3选择16分频；多路器4选择TCLK1。据此配置TCFG0和TCFG1：,TCFG031:24=0x00 ；保留位 TCFG023:16=0x00 ；死区长度 TCFG015:8=14=0x0E ；预分频值取14 TCFG07:0=14=0x0E ；预分频值取14 整个TCFG0配置为：TCFG031:0=0x0E0E,【例】：系统时钟PCLK=60MHz，要求T0T4的计数时钟频率依次为200KHz、100KHz、50KHz、25KHz、TCLK1，
11、不选择死区输出形式，不产生DMA请求。,TCFG131:24=0x00 ；保留位 TCFG123:20=0x0 ；DMA模式 TCFG119:16=0100B=0x4 ；外部TCLK1 TCFG115:12=0011B=0x3 ；16分频 TCFG111:8=0010B=0x2 ；8分频 TCFG17:4=0001B=0x1 ；4分频 TCFG13:0=0000B=0x0 ；2分频 整个TCFG1配置为：TCFG131:0=0x43210,【例】：系统时钟PCLK=60MHz，要求T0T4的计数时钟频率依次为200KHz、100KHz、50KHz、25KHz、TCLK1，不选择死区输出形式，不
12、产生DMA请求。,编程配置：TCFG0 EQU 0x51000000TCFG1 EQU 0x51000004LDR R0,=TCFG0LDR R1,=0xE0ESTR R1,R0LDR R0,=TCFG1LDR R1,=0x43210STR R1,R0,PWM输出占空比配置,通过配置TCNTBn来确定定时器输出频率，通过配置TCMPBn来确定定时器PWM输出波形的占空比。5个定时器都有TCNTBn，定时器0定时器3有TCMPBn。,【例】：T0T3通过各自输出引脚向外输出脉冲波形，占空比分别为80%、60%、40%和20%，脉冲周期均为1000个输入时钟周期。,根据题意。TCNTB0TCNTB
13、3均设置为：(TCNTB0TCNTB3)=1000（0x3E8) ；输出频率 TCMPB0=800(0x320) ；占空比80%TCMPB1=600(0x258) ；。60%TCMPB2=400(0x190) ；。40%TCMPB3=200(0xC8) ；。20%,编程确定：TCNTB0 EQU 0x5100000CTCNTB1 EQU 0x51000018TCNTB2 EQU 0x51000024TCNTB3 EQU 0x51000030,TCMPB0 EQU 0x51000010TCMPB1 EQU 0x5100001CTCMPB2 EQU 0x51000028TCMPB3 EQU 0x5
14、1000034LDR R0,=TCNTB0LDR R1,=0x3E8 ；输出频率 MOV R2,#0x4 ；TCNTB0TCNTB3设置 L1STR R1,R0,12SUBS R2,R2,#1BNE L1LDR R0,=TCMPB0,LDR R1,=0x320 ；占空比80%STR R1,R0LDR R0,=TCMPB1LDR R1,=0x258 ；占空比60%STR R1,R0LDR R0,=TCMPB2LDR R1,=0x190 ；占空比40%STR R1,R0LDR R0,=TCMPB3LDR R1,=0xC8 ；占空比20%STR R1,R0,定时器操作的控制,定时器的控制通过定时器控
15、制寄存器TCON实现。,(1) 计数值自动重装控制在定时器控制寄存器TCON中，每个定时器都有自动重装控制位，如果将该位置1，就设置了允许自动重装使能，当TCNTn减计数到0时，自动将TCNTBn中的数值重装到TCNTn中。如果自动重装控制位置0，则禁止自动重装。,（2）手动更新控制在定时器控制寄存器TCON中，每个定时器都有手动更新控制位，如果将该位置1，就实现了手动更新操作。手动更新操作分别实现将TCNTBn中的数值加载到TCNTn中、将TCMPBn中的数值加载到TCMPn中，不用等到TCNTn中的数值减计数到0。手动更新用于首次启动定时器，直接通过TCNTBn和TCMPBn加载TCNTn
16、和TCMPn。,（3）启动/停止控制在定时器控制寄存器TCON中，每个定时器都有启动/停止控制位，如果将该位置1，定时器开始工作；如果将该位置0，定时器停止工作。,定时器操作的控制,（4）输出电平控制定时器0定时器3的输出可以选择不接反相器或接反相器，接或不接其输出电平的相位刚好相反。在定时器控制寄存器TCON中，有接/不接控制位，置0该位为不接；置1该位为接。,定时器操作的控制,定时器操作,双缓冲与自动重装操作,S3C2410A的PWM定时器具有双缓冲特性，这使得改变重装值时只会影响下一次定时器的操作，并不会停止当前的定时器操作。因此，尽管设置了新的定时器计数值，当前定时器计数器仍会按原有的
17、计数初值减计数到0完成。,定时器的计数初值写入计数缓冲寄存器TCNTBn中，当前的计数值可以从计数观察寄存器TCNTOn中读出。如果读计数缓冲寄存器TCNTBn，读出的并不是当前的计数值而是定时器下一次计数的重装初始值。,（1） TCNTBn = 150 时，设置自动重装使能，启动计数，TCNTn从初始值150开始减计数；,定时器操作,（2）TCNTn还没有减到0时，设置了TCNTBn = 100，由于此时TCNTn 0，所以TCNTBn = 100这个新的重装值不能立即加载到TCNTn，TCNTn仍会从初始值150减计数，直至减到0，完成第一个计数周期；,（3）第一个计数周期结束时，此时重装
18、值TCNTBn = 100，所以在第二个计数周期里，TCNTn完成100个减计数；,（4）第二个计数周期结束时，重装值TCNTBn = 100，所以在第三个计数周期里，TCNTn仍然完成100个减计数；,（5）在第三个计数周期结束时，由于重装值TCNTBn已经设置为TCNTBn = 200，所以在第四个计数周期里，TCNTn完成200个减计数。,每当TCNTn减计数到0时，都会产生中断请求。,初始化定时器时进行手动更新操作和配置反相器,初始化定时器时要进行手动更新操作和配置好反相器，按减计数方式工作的计数器减到0时将发生自动重装操作，但首次重装发生之前TCNTn的初始值还未定义过，在这种情况下
19、，要通过设置手动更新位的方法将TCNTBn中的初始值加载到TCNTn中。启动定时器的顺序如下：,（1）将初始值写入到TCNTBn和TCMPBn中。 （2）将定时器的手动更新位设置为1，建议同时配置好反相器位。 （3）将定时器的启动位设置为1启动定时器，同时，将手动更新位清0。,如果定时器被强制停止，TCNTn中仍然保存着原来的计数值，而没有从TCNTBn中重装。如果要TCNTBn加载一个新的计数值，那么也要采用手动更新的方式。,注意，无论何时，无论定时器是否处于工作状态，反向器开关状态的改变将直接导致定时器输出TOUTn的逻辑电平的改变，因此最好反向器的开关位用手动更新的方式配置。,初始化定时
20、器时进行手动更新操作和配置反相器,【例】定时器2的基本操作控制,定时器2基本操作举例示意图,上图说明了对定时器2进行自动重装控制、手动更新控制、启动控制时对TCNT2、TCMP2、TOUT2及中断请求状态的影响。,(1) 命令1设置：TCNTB2 = 3、TCMPB2 = 1、自动重装使能、不接反相器、进行手动更新，不启动；,【例】定时器2的基本操作控制,编程：TCON EQU 0x51000008CMD1 EQU 0x0000A000 ；定时器2自动重装使能、不接反相器、进行手动更新、不启动TCNTB2 EQU 0x51000024TCMPB2 EQU 0x51000028LDR R0,=T
21、CNTB2MOV R1,#0x3STR R1,R0 LDR R0,=TCMPB2MOV R1,#0x1STR R1,R0,【例】定时器2的基本操作控制,MOV R0,=TCONMOV R1,CMD1STR R1,R0,由于命令一进行了手动更新，TCNTB2立即加载到TCNT2中，使TCNT2 = 3；TCMPB2立即加载到TCMP2中，使TCMP2 = 1。由于没有启动定时器2，定时器输出没有接反相器，输出TOUT2保持为高电平状态。,【例】定时器2的基本操作控制,CMD2 EQU 0x00009000 ；启动定时器2，置0手动更新位MOV R0,=TCONMOV R1,CMD2STR R1,
22、R0定时器2启动后，经过一个时钟周期的延迟，TCNT2将从3开始减计数。,(2)命令2启动定时器，对应的指令：,【例】定时器2的基本操作控制,（3）命令3设置：TCNTB2 = 2、TCMPB2 = 0，对应的指令：LDR R0,=TCNTB2MOV R1,#0x2STR R1,R0LDR R0,=TCMPB2MOV R1,#0x0STR R1,R0,由于命令三发出时，定时器2已经启动，所以，只有TCNT2减计数到0时，才会用TCNTB2加载TCNT2、用TCMPB2加载TCMP2。,【例】定时器2的基本操作控制,TCNT2从3开始减计数，当减到1时，TCNT2 = TCMP2，输出TOUT2
23、从低电平翻转到高电平。,TCNT2继续减计数，当减到0时，产生中断请求。TCNT2 = 0持续一个时钟周期，开始重装TCNT2和TCMP2，根据命令3的设置，重装后，TCNT2=1、TCMP2 = 0，由于此时TCNT2 TCMP2，输出TOUT2翻转为低电平，开始新的一个计数周期。,【例】定时器2的基本操作控制,（4）命令4置0自动重装位，对应的指令：,CMD4 EQU 0x00001000 ；启动定时器2，置0手动更新位，置0自动重装位MOV R0,=TCONMOV R1,CMD4STR R1,R0,当TCNT2减计数到0时，由于TCNT2 = TCMP2，输出TOUT2翻转为高电平，同时
24、产生中断请求。由于此时禁止了自动重装，定时器2停止了计数，维持TCMP2 = 0、TCNT2 = 0、TOUT2为高电平。,【例】定时器2的基本操作控制,【例】定时器操作过程,（1）设置自动重装允许，设置TCNTBn为160（50110）和TCMPBn为110，设置手动更新位和反相器位。通过手动更新位的设置分别使得TCNTBn中的数值加载到TCNTn中，TCMPBn中的数值加载到TCMPn中。然后，再分别设置TCNTBn为80（4040），TCMPBn为40，作为下一个周期的重装值。,（2）置1启动位、清0手动更新位、置0反相器、自动重装允许，于是，定时器延迟一个时钟周期后开始按减计数方式计数
25、。,（3）当TCNTn减计数到与TCMPn中的数值相同时，TOUTn的逻辑电平从低变高。,（4）当TCNTn减计数到0，产生中断请求，同时TCNTBn的数值载入到一个临时寄存器。在下一个时钟周期，TCNTn从临时寄存器重新装入计数值（TCNTBn中的数值）。,（5）在ISR（中断服务程序）中，TCNTBn和TCMPBn被分别设置为80（2060）和60，用于下一个周期。,（6）当TCNTn减计数到与TCMPn中数值相同时，TOUTn的逻辑电平从低变高。 （7）当TCNTn减计数到0，TCNTn自动重新装人TCNTBn中的数值，同时，产生中断请求。 （8）在ISR中，设置自动重装禁止，同时禁止该定时器的中断请求，从而停止定时器工作。,（9）当TCNTn具有与TCMPn相同的数值时，TOUTn的逻辑电平从低变高。 （10）即便TCNTn减计数到0，由于自动重装被禁止了，因此TCNTn不再重装计数值，定时器停止了。 （11）没有中断请求产生。,56,课后思考,1）S3C2410的Watchdog与RTC基本工作原理及应用 2）PWM的应用,
