ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТАЙМЕРА ДЛЯ ОТСЧЕТА ВРЕМЕНИ

3 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7

Тема: ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТАЙМЕРА ДЛЯ ОТСЧЕТА ВРЕМЕНИ

Цель: получение навыков использования таймера для отсчета времени.

3.1 Краткие сведения из теории

Большинство задач управления, которые реализуются с помощью МК, требуют исполнения их в реальном времени. Под этим понимается способность системы получить информацию о состоянии управляемого объекта, выполнить необходимые расчетные процедуры и выдать управляющие воздействия в течение интервала времени, достаточного для желаемого изменения состояния объекта.

Схема тактирования и цикл выполнения команды

Входная тактовая частота, поступающая с вывода OSC1/CLKIN, делится внутри на четыре, и из нее формируются четыре циклические не перекрывающиеся тактовые последовательности Q1, Q2, Q3 и Q4. Счетчик команд увеличивается в такте Q1, команда считывается из памяти программы и защелкивается в регистре команд в такте Q4. Команда декодируется и выполняется в течение последующего цикла в тактах Q1...Q4. Схема тактирования и выполнения команды изображена на рис. 2

Рис. 2.  Схема тактирования и выполнения команды

Цикл выполнения команды состоит из четырех тактов: Q1...Q4. Выборка команды и ее выполнение совмещены по времени таким образом, что выборка команды занимает один цикл, а выполнение – следующий цикл. Цикл выборки начинается с увеличения счетчика команд в такте Q1. В цикле выполнения команды выбранная команда защелкивается в регистр команд в такте Q1. В течение тактов Q2, Q3 и Q4 происходит декодирование и выполнение команды.

В такте Q2 считывается память данных (чтение операнда), а запись происходит в такте Q4.

Эффективное время выполнения команды составляет один цикл. Если команда изменяет счетчик команд (например, команда GOTO), то для ее выполнения потребуется два цикла, как показано в табл. 1.

1 movlw 5

2 movwf 0x0c

3 goto metka

4 movf 0x0d,0

5 metka movf 0x0e,0

Таблица 1

Таким образом, зная длительность машинного цикла, можно отсчитать время, затраченное на выполнение последовательности команд. Для организации временных задержек небольшой длительности можно вычислить количество команд, которые будут выполняться заданное время, и организовать цикл, повторяющийся найденное количество раз.

Модуль таймера-счетчика

Структура модуля таймера/счетчика TIMER0 рис. 3.

Рис. 3.  Структурная схема таймера/счетчика TMR0

TIMER0 является программируемым модулем и содержит следующие компоненты:

§    8-разрядный таймер/счетчик TMR0 с возможностью чтения и записи как регистр;

§    8-разрядный программно управляемый предварительный делитель (предделитель);

§    мультиплексор входного сигнала для выбора внутреннего или внешнего тактового сигнала;

§    схему выбора фронта внешнего тактового сигнала;

§    формирователь запроса прерывания по переполнению регистра TMR0 с FFh до 00h.

Управление таймером-счетчиком осуществляется с помощью флагов регистра OPTION.

Регистр конфигурации (OPTION) является доступным по чтению и записи регистром, который содержит управляющие биты для конфигурации предварительного делителя (предделителя) и внешних прерываний, таймера. Назначение бит регистра приведено в табл. 2.

Назначение бит регистра OPTION                   

Таблица 2

Таблица 3

Значения коэффициента деления предделителя при различных комбинациях значений бит PS2, PS1, PS0

В том случае, когда предделитель обслуживает сторожевой таймер WDT, таймеру TMR0 назначается коэффициент предварительного деления 1:1.

Режим таймера выбирается путем сбрасывания в ноль бита T0CS регистра OPTION. В режиме таймера TMR0 инкрементируется каждый командный цикл (без предделителя). После записи информации в TMR0 инкрементирование его начнется после двух командных циклов. Это происходит со всеми командами, которые производят запись или чтение-модификацию-запись TMR0 (например, MOVF TMR0, CLRF TMR0). Избежать этого можно при помощи записи в TMR0 скорректированного значения. Если TMR0 нужно проверить на равенство нулю без останова счета, следует использовать инструкцию

MOVF TMR0,W

Режим счетчика выбирается путем установки в единицу бита T0CS регистра OPTION. В этом режиме регистр TMR0 будет инкрементироваться(увеличиваться на единицу) либо нарастающим, либо спадающим фронтом на выводе RA4/T0CKI от внешних событий. Направление фронта определяется управляющим битом T0SE в регистре OPTION. При T0SE = 0 будет выбран нарастающий фронт.

Предделитель может использоваться или совместно с TMR0, или со сторожевым (Watchdog) таймером. Вариант подключения делителя контролируется битом PSA регистра OPTION. При PSA=0 делитель будет подсоединен к TMR0. Содержимое делителя программе недоступно. Коэффициент деления предделителя программируется битами PS2…PS0 регистра OPTION.

Прерывание по TMR0 вырабатывается тогда, когда происходит переполнение регистра таймера/счетчика при переходе от FFh к 00h. Тогда устанавливается бит запроса T0IF в регистре INTCON. Данное прерывание можно замаскировать битом T0IE в регистре INTCON. Бит запроса T0IF должен быть сброшен программно при обработке прерывания. Прерывание по TMR0 не может вывести процессор из режима SLEEP потому, что таймер в этом режиме не функционирует.

При PSA=1 делитель будет подсоединен к сторожевому таймеру как постделитель (делитель на выходе). Возможные варианты использования предделителя показаны на рис. 4.

При использовании предделителя совместно с TMR0, все команды, изменяющие содержимое TMR0, обнуляют предделитель. Если предделитель используется совместно с WDT, команда CLRWDT обнуляет содержимое предделителя вместе с WDT.

При использовании модуля TIMER0 в режиме счетчика внешних событий необходимо учитывать то, что внешний тактовый сигнал синхронизируется внутренней частотой Fosc. Это приводит к появлению задержки во времени фактического инкрементирования содержимого TMR0.

Синхронизация происходит по окончании 2-го и 4-го тактов работы МК, поэтому, если предделитель не используется, то для фиксации входного события необходимо, чтобы длительности высокого и низкого состояний сигнала на входе RA4/T0CKI были бы не менее 2 периодов тактовой частоты Tosc плюс некоторая задержка ( ~ 20 нс).

Если модуль TIMER0 используется совместно с предделителем, то частота входного сигнала делится асинхронным счетчиком так, что сигнал на выходе предделителя становится симметричным. При этом необходимо, чтобы длительности высокого и низкого уровней сигнала на входе RA4/T0CKI были бы не менее 10 нс. Синхронизация сигнала происходит на выходе предделителя, поэтому существует небольшая задержка между фронтом внешнего сигнала и временем фактического инкремента таймера/счетчика. Эта задержка находится в диапазоне от 3 до 7 периодов колебаний тактового генератора. Таким образом, измерение интервала между событиями будет выполнено с точностью ±4 · Tosc.

Рис. 4. Схема работы таймера и сторожевого таймера с предделителем

3.2 Организация коротких временных задержек

Рассмотрим организацию коротких временных задержек с помощью таймера.

Пусть тактовая частота микроконтроллера f равна 10 МГц. Требуется организовать временную задержку 10 мс. Выполним необходимые расчеты.

Вычислим длительность одного такта.

,

тогда длительность машинного цикла, состоящего из четырех тактов

.

Вычислим количество машинных циклов, которые выполнятся за 10 мс:

.

Вычислим количество прерываний таймера за это количество машинных циклов. Так как прерывание таймера возникает через каждые 256 машинных циклов, поделим нацело количество машинных циклов на 256:

.

Вычислим оставшееся число машинных циклов:

.

Определим стартовое значение таймера так, чтобы прерывание произошло через 168 машинных циклов:

.

Таким образом, получается 97+1=98 прерываний таймера.

Определим состояние регистра OPTION так, чтобы переключиться на режим таймера:

Фрагмент программы, осуществляющий задержку на 10 мс

3.3 Организация длительных временных задержек

При организации более длительных задержек количество прерываний таймера превосходит число 255 и не может храниться в регистре-счетчике прерываний. В этом случае целесообразно воспользоваться предделителем.

Пусть при той же тактовой частоте микроконтроллера требуется организовать временную задержку 320 мс.

;

.

Установим предделитель 1:32, тогда

;

;

;

.

Определим состояние регистра OPTION так, чтобы переключиться на режим таймера и установить перед ним предделитель 1:32:

Фрагмент программы, реализующий задержку 320 мс:

3.4 Задание на лабораторную работу № 7

Для измерения скорости используется диск с отверстием, при повороте которого на 360⁰ автомобиль проходит m см. При попадании света в отверстие происходит прерывание от 0-го бита PORTB. Вычислять и передавать в м/с скорость автомобиля на PORTA через каждые t мс, если тактовая частота процессора равна f.

Пример решения.

Пусть m=3 см, t=300 мс, f=10 МГц.

,

где n – число оборотов диска за 300 мс.

Вычислим длительность одного такта.

,

тогда длительность машинного цикла, состоящего из четырех тактов

.

Вычислим количество машинных циклов, которые выполнятся за 300 мс:

.

Вычислим количество прерываний таймера за это количество машинных циклов:

.

Так как число прерываний превышает 255, установим предделитель. Определим минимально необходимый масштаб предделителя:

.

Выбираем ближайший масштаб – 1:16. Тогда

,

,

,

.

Таким образом, количество прерываний 184, стартовое значение таймера равно 229.

Определим состояние регистра OPTION так, чтобы переключиться на режим таймера и установить перед ним предделитель 1:16:

Пример программы

В случае, если при вычислении скорости требуется не только деление, но и умножение, применяется следующая процедура двоичного умножения (множители находятся в регистрах op1 и op2, а результат – в регистрах h и l):

Пример программы умножения двух 8-разрядных чисел

3.5 Варианты заданий

Скачано с www.znanio.ru