MSP430F5529 （六）定时器Timer_A

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六、定时器Timer_A

 

                        MSP430F5529共有两类共4个定时器，分别是Timer_A定时器3个和Timer_B定时器1个，按照每个寄存器配备的捕获/比较器的个数分别命名为Timer0_A（内有5个捕获比较器）、Timer1_A（3个）、Timer2_A（3个）、Timer0_B（7个）。

                        这一章，我们讲定时器Timer0_A.（A类的都一样）

注意：下面所提到的所有寄存器，在TA后面插入0或1或2就分别表示Timer0_A、Timer1_A、Timer2_A（我这里省略了数字）

 

定时器很重要啊！

6.1 简介一下

          定时器A是一个复合了捕获/比较寄存器的十六位的定时（加减）计数器。定时器A支持多重捕获/比较，PWM输出和内部定时，具有扩展中断功能，中断可以由定时器溢出产生或由捕获/比较寄存器产生。

    特征简介：

                                      ○四种运行模式的异步16位定时/计数器

  ○自身时钟源可选择配置  

○最多达5个可配置的捕获/比较寄存器（CCR）

capture/compare registers  

○可配置的PWM输出  

○异步输入和输出锁存  

○对所有Timer_A中断快速响应的中断向量寄存器

 

下面这张图形象的解释了Timer_A的结构特性

     

             6.2 TA（Timer_A）的几个基本操作设置（含寄存器介绍及设置）

                 声明：所有寄存器同样支持字和字节操作，不要忘记这是什么意思

                           所有寄存器初始化都为0x0000

6.2.1 TA控制寄存器TACTL（最常用最基本）

              再次说明一下例如：TA0CTL、TA1CTL、TA2CTL分别表示3个不同 

  定时器A的控制寄存器

                                   rw-(0)表示默认读写均为0

TASSELx ：时钟源选择。尽量不要选TASSEL0-TACLK外部时钟源，因为如果TACLK和CPU时钟不同步，很容易出问题。（TA0CLK接P1.0引脚）

00 TACLK 

01 ACLK 

10 SMCLK 

11  ~TACLK

IDx：第一次分频控制。ID0-1分频；ID1-2分频；ID2-4分频；ID3-8分频

MC：工作模式控制。（建议在修改定时器运行模式前先停止定时器（中断使能、中断标志、TACLR例外），以避免产生未知的误操作。）

00 停止模式：定时器停止 

01 增模式： 定时器计数到TACCR0 

10 连续模式，定时器计数到0FFFH 

11增减模式：定时器加计数到TACCR0然后减计数到0000H 

TACLR：定时器清零位。该位置位会复位TA寄存器，时钟分频和计数方向。

TACLR位会自动复位并置0

TAIE：定时器中断使能

                                     0：中断禁止

1：中断允许

TAIFG：中断标志位

                                     0：没有中断发生

1：有中断挂起

 

            6.2.2  计数值存放寄存器TAR

                 ①显然，最大存放计数值为0xFFFFh；

②（类似51单片机）可以被用来存放一个初值，然后选用连续模式。这样不断计满再手动填充，从而达到精确计时的效果；

③默认为0，且对该寄存器可以直接赋值；

 

           6.2.3  扩展寄存器TAEX0

                 很简单，这个寄存器就是为了控制时钟源的二次分频（看结构图）。

                 该寄存器的低3为定义为TAIDEX：000-111分别表示1-8分频

          

           6.2.4 捕获/比较寄存器TACCR0-TACCR4（共5个）

                 比较模式下，用来设定计数终值；

捕获模式下用来将捕获的TAR值存放进TACCRx中。

           6.3  MC控制的四种工作模式的详细讲解

 

          6.3.1 MC=0停止模式

                        这是系统默认的模式，定时计数器禁止工作。

 

          6.3.2 MC=1增模式

                        总结几句话：（红色标记的很重要）

①此模式下严禁从0xffff开始计数；

②注意从0计到TACCR0，实际上记了TACCR0+1个数；

③计到TACCR0后，会回到0重新开始计数；

④如果TAR的值大于TACCR0，这时候会立即从0开始计数；

⑤当定时器计数到TACCR0的值时，中断标志CCIFG位（之后会讲到）置位。当定时器由TACCR0返回0时，TAIFG中断标志置位；

⑥在定时器运行时修改TACCR0，如果新的周期值大于或等于旧的周期值，或大于当前的定时器计数值，那么定时器立刻开始执行新周期计数。如果新周期小于当前的计数值，那么定时器回到0。但是，在回到0之前会多一个额外的计数。

 

6.3.3 MC=2连续模式

                        在连续模式中，定时器重复计数到0FFFFH，然后重新从0开始增计数（除非每次重装计数初值）。当定时器从0FFFFH到0时，TAIFG中断标志置位。

                        应用：连续模式下利用捕获/比较器产生需要的时间间隔。原理是：计数在一直进行，捕获器TACCRX中存有第一个计数终值，每次捕获器计到TACCRX时，会产生中断标志，我们可以在中断服务函数中写入一个计算好的下一个的计数终值，这样无限计算和中断下去，那么该捕获器就会产生一个稳定的时间间隔序列。（其实吧，不明白也没关系。就算明白了，也不好用，因为计算起来很麻烦而且也不好用）

如图：

6.3.4 MC=3增减模式（常用于生成PWM波）

                 ①该模式下，计数方向是固定的，即让定时器停止后再重新启动定时器，它就沿着停止时的计数方向和数值开始计数。如果不希望这样，就需要将TACLR置位来清除方向。TACLR位也会清除TAR的值和定时器的时钟分频。

                               ②此模式下置位情况如下图：

③当定时器运行时，改变TACCR0的值，如果正处于减计数的情况，定时器会继续减到0，新的周期在减到0后开始。

  如果正处于增计数状态，新周期大于等于原来的周期，或比当前计数值要大，定时器会增计数到新的周期；如果新周期小于原来的周期，定时器立刻开始减计数，但是，在定时器开始减计数之前会多计一个数。

6.4  捕获比较模块

这是在以上介绍的基础上正式讲TA的重要功能。

先看一个寄存器TACCTL0-TACCTL6：（TA中最复杂的寄存器，用到的时候查表啦）

CMx：捕获模式设定    00 不捕获 

01 上升沿捕获 

10 下降沿捕获 

11上升和下降沿都捕获

 

 

 

       CCISx：捕获源的选择           00 CCIxA 

01 CCIxB 

10 GND 

11 VCC 

SCS：同步捕获源，设定是否与时钟同步

                                                 0 异步捕获 

1 同步捕获 

SCCI：选择的CCI输入信号由EQUx信号锁存，并可通过该位读取。

CAP： 0-比较模式     1-捕获模式

OUTMOD：输出模式控制位。（之后会在输出模块详细解释）     

CCIE：中断使能，该位允许相应的CCIFG标志中断请求 。

0-中断禁止      1 -中断允许 

CCI 3 ：捕获比较输入，所选择的输入信号可以通过该位读取

OUT ： 对于输出模式0，该位直接控制输出状态 。

0-输出低电平    1-输出高电平

COV：捕获溢出位。该位表示一个捕获溢出发出，COV必须由软件复位。 

0-没有捕获溢出发生   1-有捕获溢出发生

CCIFG：捕获比较中断标志位。

 0-没有中断挂起    1-有中断挂起

 

 

最后一个寄存器TAIV：（还记得外部中断寄存器吗，里面同样存储的只是一个中断代号）

              里面没有TACCR0的中断标志，因为TACCR0优先级最高，有一个专门的中断向量）

这里面的标志位需要软件手动清零。一种情况例外：两个中断同时发生，先响应优先级高的中断，当该中断服务程序结束后，该位的中断标志会自动清零，然后去响应另外一个中断。

 

6.4.1比较模式

                     TA启动时默认为比较模式。

                     （CAP=0时选择比较模式）

 

比较模式简介：（也就是一般意义上的定时计时模式）

这是定时器的默认模式，当在比较模式下的时候，与捕获模式相关的硬件停止工作，如果这个时候开启定时器中断，然后设置定时器终值(将终值写入TACCRx)，开启定时器，当TAR的值增加到和某个TACCRx里面的值相等的的时候，相应的中断标志位CCIFGx置一，同时中断标志位TAIFG置位。若中断允许未开启则只将中断标志位CCIFGx置一。

（还记得51单片机的定时器吗）

 

注意：当Timer_A要用到TACCR0的值作为终值来计数（也就是增模式或者增减模式），很显然TACCR0的值一定要大于其TACCRx的值，否则那些比TACCR0大的计数值就没有存在的意义了。

下面是我画的一个图。比较形象的解释了工作原理。（期间TACCR的值不改变）

所谓的比较就是，如果计数器TAR中的值和某个TACCRx中的值相等了，那么相应的标志位就会置位。

                            这只是一个原理，实际应用的时候，会很灵活，通过一个一个设定每次的TACCR值，可以得到想要的各种时间间隔。

                     总结：比较模式用于选择PWM输出信号或在特定的时间间隔中断。当TAR计数到TACCRx的值时： 

                                   ○相应的中断标志CCIFG置位；

 ○内部信号EQUx=1 

                               ○EQUx根据输出模式来影响输出信号 

 ○输入信号CCI锁存到SCCI 

 

 

6.4.2  捕获模式

                     当CAP=1时，选择捕获模式。捕获模式用于记录时间事件，比如速度估计或时间测量。捕获输入CCIXA和CCLXB连接外部的引脚或内部的信号，这通过CCISX位来选择。CMX位选择捕获输入信号触发沿；上升沿、下降沿或两者都捕获。当输入信号的触发沿到来时，捕获事件发生： 

 ○定时器的TAR值复制到TACCRX寄存器中 

                     ○中断标志位CCIFG置位 

注意：①捕获信号可能会和定时器时钟不同步，并导致竞争条件的发生。将SCS位置位可以在下个定时器时钟使捕获同步

              ②如果第二次捕获发生时，第一次捕获的TAR值还没有及时被存到TACCRx，捕获比较寄存器就会产生一个溢出逻辑，COV位在此时置位， COV位必须软件清除。

 

6.5 输出模块

                            传统的定时器，都是通过标志位的判断来定时触发事件的。而430则具有输出模块，通过和定时结合起来，可以方便的产生PWM信号或者其它控制信号

                            每个捕获/比较器都有一个输出口，如P1.1-P1.5对应TA0.0-TA0.4这5个捕获比较器的输出。

 

                            输出模式： 输出模式由OUTMODx位来确定，如下表对于所有模式来说（模式0除外），OUTx信号随着定时器时钟的上升沿而改变。输出模式2，3，6和7对输出模式0无效，因为此模式下，EQUx=EQU0。

                                                                      （复位指的是置0）

 

OUTMODX	模式	说明
000	输出	输出信号OUTx由OUT位定义。当OUT位更 新时，OUTx信号立刻更新
001	置位	当定时器计数到TACCRX值时，输出置位，并保 持置位直到定时器复位或选择了另一个输出模式
010	翻转/复位	当定时器计数到TACCRX值时，输出翻转。当定 时器计数到TACCR0值时，输出复位
011	置位/复位	当定时器计数到TACCRX值时，输出置位。当定 时器计数到TACCR0值时，输出复位
100	翻转	当定时器计数到TACCRX值时，输出翻转。输出 信号的周期将是定时器的2倍
101	复位	当定时器计数到TACCRX值时，输出复位，并保 持复位直到选择了另一个输出模式
110	翻转/置位	当定时器计数到TACCRX值时，输出翻转。当定 时器计数到TACCR0值时，输出置位
111	复位/置位	当定时器计数到TACCRX值时，输出复位。当定 时器计数到TACCR0值时，输出置位

 

举一个例子：结合上表看下图

 

              注意：在模式转换的时候，一定要保持OUTMOD至少一位置位，除非转向0模式。所以最好的做法是：先把OUTMOD置为7，然后再清除掉不需要的位。

              做一个说明：比较模式下，当计数器TAR中的值和TACCRX中的设计值相等时，相应捕获/比较器的EQUx就会置位。那么EQU0、EQUx和OUTMOD是怎么来影响输出的呢？以模式2（翻转/复位）为例，该模式的定义是这样的：当定时器计数到TACCRX值时，输出翻转。当定时器计数到TACCR0值时，输出复位。于是，这句话就也可以翻译成在模式2的条件下，当EQUX=1时，输出翻转；当EQU0等于1的时候，输出复位。这两个信号这里相当于两个触发（使能）信号了。

 

总结

实验一：

/*利用Timer_A比较模式下的多路定时，让LED闪烁*/

#include 

void main(void)

{

   WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;

   P1DIR|=(BIT1+BIT2+BIT3+BIT4+BIT5);//P1.1-P1.5为输出方向

   P1OUT=0x00;        //全部拉低，初始化LED全灭

   TA0CCTL1=CCIE;     //捕获比较器1开启CCIFG位中断

   TA0CCR1=13107;        //置入要比较的数值0xff/5=13107

   TA0CCTL2=CCIE;     //捕获比较器2开启中断

   TA0CCR2=26214;        //13107*2=26214

   TA0CCTL3=CCIE;     //捕获比较器3开启中断

 

   TA0CCR3=39321;        //13107*3=39321

   TA0CCTL4=CCIE;     //捕获比较器4开启中断

   TA0CCR4=52428;        //13107*4=52428

   TA0CTL|=TACLR+TAIE;      //开启中断并清零

   TA0CTL|=TASSEL_1+MC_2+TAIE;//选择SCLK32.768KHZ作为时钟，选用连续模式，并开启中断

   /*这样的话，5个灯闪一遍的时间为0xffff/32768=2S*/

   __enable_interrupt();    //开启总中断

   while(1);

}

/*TIMER0_A0_VECTOR是计时器0的CCR0的中断寄存器，TIMER0_A1_VECTOR是计时器0的CCR1-CCR4、TA的寄存器*/

/*同理定时器TA1也是分为两个TIMER1_A0_VECTOR和TIMER1_A1_VECTOR*/

#pragma vector=TIMER0_A1_VECTOR

__interrupt void TimerA(void)

{

   switch(__even_in_range(TA0IV,14))

   /* 这句话的意思是：只有在TA0IV的值是在0--14内的偶数时才会执行switch函数内的语句

            其作用是提高switch语句的效率*/

   {

      case 2:P1OUT=BIT1;break; //TACCR1 CCIFG置位，表明计数值和设定的13107相等了，也就是说计了0.4S了

      case 4:P1OUT=BIT2;break; //TACCR2 CCIFG置位，表明计了0.8S了

      case 6:P1OUT=BIT3;break; //TACCR3 CCIFG置位，表明计了1.2S了

      case 8:P1OUT=BIT4;break; //TACCR4 CCIFG置位，表明计了1.6S了

      case 14:P1OUT=BIT5;break;   //TAIFG置位，表明计了2S了

      default:break;

   }

  

}

 

实验二：比较模式-增减模式输出PWM波

/*在比较和增减模式下产生PWM波（矩形波） */

/*提一个PWM波的用处：驱动直流电机。我们知道对于直流电机，驱动它的电流的频率并不影响转速 ，只有占空比会影响转速*/

/*开发板上P2.0是有外接排针的，所以用这一端口输出PWM*/

/*看CPU引脚发现，P2.0为TA1.1，也就是定时器A1的1号捕获比较器输出口*/

#include 

void main(void)

{

   WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;

   P2SEL|=BIT0;   //声明有特殊功能，不做普通I/O使用

   P2DIR|=BIT0;   //输出

   P2DS |=BIT0; //全力驱动，否则可能无法驱动电机

   P2OUT&=~BIT0;   //初始化输出低电平

   /*把SMCL配置为XT2 4MHZ*/

   P5SEL=BIT2+BIT3;   //声明特殊功能，将用作外部时钟晶振XT2输入

   UCSCTL6&=~XT2OFF;  //开启XT2

   while(SFRIFG1 & OFIFG)

   {

      UCSCTL7 &=~(XT2OFFG+DCOFFG+XT1LFOFFG);//清除3种时钟错误标志

      SFRIFG1&=~(OFIFG);//清除时钟错误标志位

   }  //直到XT2从起振到振荡正常，没有错误发生

   UCSCTL4|=SELS_5;   //把SMCLK的时钟源选为XT2 4MHZ

   TA1CCTL0=CCIE;     //定时器A1的捕获比较器0开启CCIFG位中断

   TA1CCR0=200;       //置入计数终值，则PWM频率为10KHZ

   TA1CCTL1=CCIE;     //捕获比较器1开启中断

   TA1CCR1=50;        //占空比为75%

   TA1CTL|=TACLR;     //将计时器A1清零

   TA1CTL|=TASSEL_2+MC_3;   //定时器选择SMCLK作为时钟源，且为增减模式

   TA1CCTL1=OUTMOD_4; //定时器A1中的捕获比较器1，输出模式为4翻转

   while(1);

}

 

 

 

 

              //呼吸灯//

//  介绍: 该程序利用TIMER A 的 UP模式 在P1.3脚产生PWM输出

//  将CCR0设置为1500来定义PWM的周期，利用循环不断改变CCR1的值，

//  实现利用改变PWM的占空比来改变LED亮度.

//  SMCLK = MCLK = TACLK = default DCO

#include 

void delay_nms(unsigned int n)// 延时函数

  {

    unsigned int j;

    for (j=0;j<(n);j++)

    {

      __delay_cycles(400);   //太短会使LED显得好像在常亮，太长就要等较长时间来观察了

    }

  }

void main(void)

{

  unsigned const PWMPeriod = 1500; //设置PWM周期参数，const声明此值不允许改变.该数值太大，会导致LED闪烁

  volatile unsigned int i;        //声明变量i是随时可变的，系统不要去优化这个值

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

  P1DIR |=BIT3;              // 设置 P1.3为输出

  P1SEL |=BIT3;              // 设置 P1.3为TA0.2输出

  TA0CCR0 = PWMPeriod;           // 设置PWM 周期

  TA0CCTL2 = OUTMOD_7;           // 设置PWM 输出模式为：7 - PWM复位/置位模式，

                              // 即输出电平在TAR的值等于CCR2时复位为0，当TAR的值等于CCR0时置位为1，改变CCR2，从而产生PWM。其实模式2也可以

  TA0CTL= TASSEL_2 +MC_1;    // 设置TIMERA的时钟源为SMCLK, 计数模式为up,到CCR0再自动从0开始计数

  while(1)

  {

   TA0CCR2=0;//确保最开始是暗的

    //渐亮过程：不断设置TA0CCR2的值，使翻转的时间变长，改变PWM的占空比

    for(i=0;i

    {

      TA0CCR2=i;

      delay_nms(4-(i/500));  //占空比变化的延时，调整延迟时间可改变呼吸灯变暗的速度

                             //在暗的时候延长delay时间，可增强效果

     }

    //渐暗过程：不断设置TA0CCR2的值，使翻转的时间变短，改变PWM的占空比

    for(i=PWMPeriod;i>0;i-=1)

    {

      TA0CCR2=i;

      delay_nms(4-(i/500));           //占空比变化的延时，调整延迟时间可改变呼吸灯变暗的速度

                                    //在暗的时候延长delay时间，可增强效果

    }

     TA0CCR2=0;  //确保灯暗

     delay_nms(250); //时间长一点，增强视觉效果

  }

}