定時器計數(shù)器和模塊

定時器計數(shù)器和模塊第1頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一本章內(nèi)容本章介紹了定時器、計數(shù)器、PWM模塊，以及使用PWM方式控制LED的實現(xiàn)。在介紹定時器、計數(shù)器和PWM模塊時，分別介紹了這些模塊的功能和一些典型應(yīng)用。在介紹PWM控制LED的實現(xiàn)中，詳細(xì)介紹了使用PSoCCreator實現(xiàn)的設(shè)計方法和設(shè)計流程。第2頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一定時器模塊

--定時器模塊功能概述定時器模塊提供了捕獲定時器用于確定硬件事件的時間間隔。定時器提供了一種簡單的方法來精確的確定實時事件的時序，幾乎不需要CPU的干預(yù)。定時器元件與其它模擬和數(shù)字元件一起使用來建立更復(fù)雜的外設(shè)。定時器模塊的實現(xiàn)有兩種方式：固定功能和UDB。當(dāng)布局選項使用固定模式配置定時器模塊時，定時器被放置在芯片的固定功能塊內(nèi)。當(dāng)使用固定功能的配置時，定時器為一個簡單的定時裝置，如下圖所示。第3頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一定時器模塊

--定時器模塊功能概述其功能包括：只有8/16位模式；在只有計數(shù)停止和/或捕獲時產(chǎn)生中斷；只在上升沿捕獲；必須運(yùn)行在連續(xù)模式，不可使用觸發(fā)模式；禁止7位捕獲計數(shù)器；定時器固定功能實現(xiàn)第4頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一定時器模塊

--定時器模塊功能概述而當(dāng)使用UDB的配置時，計數(shù)器具有可配置的復(fù)雜功能，如右圖所示，其功能主要包括：8/16/24/32位分辨率；可配置的捕獲模式；4個深度的捕獲FIFO；可選的捕獲邊沿計數(shù)器；可配置的觸發(fā)和中斷；可配置的軟件/硬件使能；連續(xù)或一次運(yùn)行模式；圖定時器UDB實現(xiàn)第5頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一定時器模塊

--定時器模塊的應(yīng)用

1．默認(rèn)的定時器如下圖所示，實時的TC輸出表示計數(shù)值是否到達(dá)了預(yù)設(shè)的停止計數(shù)值（0）。周期是可編程的，范圍為1~2**分辨率-1。默認(rèn)的捕獲功能配置成捕獲Capture輸入的上升沿。在固定功能時，只允許連續(xù)模式。

默認(rèn)定時器的波形第6頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一定時器模塊

--定時器模塊的應(yīng)用

2．高/低時間測量模式

定時經(jīng)常用來測量信號高和低得時間。定時器配置成使實現(xiàn)更加簡單。通過配置TriggerMode為“RisingEdge”和CaptureMode為“EitherEdge”，定時器將在周期值的第一個上升沿啟動，之后在輸入信號的每個跳變沿捕獲。高/低時間測量模式第7頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一定時器模塊

--定時器模塊的應(yīng)用如上圖所示，只要從捕獲FIFO中讀取數(shù)據(jù)，捕獲的高和低時間就可以按照下式進(jìn)行計算：高時間#1=（Period-Capture#1）*時鐘頻率；（1）低時間#2=（Capture#1-Capture#2）*時鐘頻率；（2）高時間#2=（Capture#2-Capture#3）*時鐘頻率；（3）第8頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一計數(shù)器模塊

--計數(shù)器模塊功能概述計數(shù)器模塊的實現(xiàn)有兩種方式：固定功能和UDB。當(dāng)布局選項使用固定模式配置定時器模塊時，計數(shù)器被放置在芯片的固定功能塊內(nèi)。當(dāng)使用固定功能的配置時，計數(shù)器為一個簡單的計數(shù)器，如下圖所示。第9頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一計數(shù)器模塊

--計數(shù)器模塊功能概述如右圖所示，其功能包括：8/16位計數(shù)模式；只有向下計數(shù)；在復(fù)位時，重新加載和停止計數(shù)；只有停止計數(shù)時，產(chǎn)生中斷。

固定功能計數(shù)器第10頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一計數(shù)器模塊

--計數(shù)器模塊功能概述而當(dāng)使用UDB的配置時，計數(shù)器具有可配置的復(fù)雜功能，其功能主要包括：8/16/24/32位的計數(shù)模式；可配置的向上、向下或者向上和向下計數(shù)模式；可選擇的比較輸出；具有使能和復(fù)位輸入來和其它元件同步；一個可選擇的捕獲輸入，在上升沿時將當(dāng)前的計數(shù)值復(fù)制到存儲區(qū)域。只要捕獲FIFO有空間，CPU可以在任何時候讀取捕獲值，而沒有時序限制。捕獲FIFO允許保存最多4個捕獲值。UDB模式下計數(shù)器實現(xiàn)第11頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一計數(shù)器模塊

--計數(shù)器模塊的應(yīng)用1.默認(rèn)的計數(shù)器實現(xiàn)如下圖所示，計數(shù)器的默認(rèn)配置提供了最基本的計數(shù)功能用于在輸入時鐘上升沿簡單的增加計數(shù)值。當(dāng)復(fù)位的時候，計數(shù)器歸零。TC終止計數(shù)指示計數(shù)值是否達(dá)到了預(yù)設(shè)的計數(shù)初值。計數(shù)值的范圍：1~2**分辨率-1。

默認(rèn)計數(shù)器實現(xiàn)波形第12頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一計數(shù)器模塊

--計數(shù)器模塊的應(yīng)用比較輸出是一個實時比較器，將計數(shù)值和在比較配置所定義的值進(jìn)行比較。默認(rèn)的最大計數(shù)值為2**分辨率-1，比較的值設(shè)置為最大計數(shù)值的1/2。第13頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一計數(shù)器模塊

--計數(shù)器模塊的應(yīng)用2.時鐘分頻器的實現(xiàn)如果輸入到計數(shù)器的時鐘使用了默認(rèn)的周期和比較參數(shù)設(shè)置，則比較器的輸出為50%的占空比，頻率為輸入時鐘頻率的1/256。默認(rèn)是計數(shù)值在0-127時，輸出為高，否則為低。下圖給出了時鐘分頻器的輸出波形。該分頻器的比較值設(shè)置為2，則結(jié)果是將輸入時鐘6分頻，有50%的占空比。時鐘分頻器的實現(xiàn)波形第14頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一計數(shù)器模塊

--計數(shù)器模塊的應(yīng)用

3．頻率計數(shù)器的實現(xiàn)添加硬件使能功能到基本的計數(shù)器將使用戶很容易的實現(xiàn)頻率的計數(shù)功能。如果使能信號被一個未知周期的信號驅(qū)動，比如一個1KHz的信號，從00開始向上計數(shù)，這樣很容易的確定輸入信號的頻率。頻率計數(shù)器的實現(xiàn)第15頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一PWM模塊

--PWM模塊概述

脈沖寬度調(diào)制模塊（PulseWidthModulator，PWM）提供了比較輸出用于產(chǎn)生單獨(dú)或連續(xù)的時序和控制信號。PWM提供了一種簡單的方法來產(chǎn)生精確的復(fù)雜實時事件。

PWM模塊可以產(chǎn)生最多兩個左/右對齊的PWM輸出，1個中心對齊或雙沿PWM輸出。

PWM輸出被雙緩沖用于避免由于運(yùn)行時占空比改變所產(chǎn)生的毛刺。左對齊PWM是通常使用的PWM形式。中心對齊PWM經(jīng)常使用在AC電機(jī)控制來保證相位的對齊。雙沿PWM被優(yōu)化用于功率轉(zhuǎn)換，在功率轉(zhuǎn)換中必須調(diào)整相位。第16頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一PWM模塊

--PWM模塊概述可選的死區(qū)控制及可調(diào)的死區(qū)時間提供了互補(bǔ)的輸出，在每個過渡過程輸出為低?；パa(bǔ)輸出和死區(qū)時間經(jīng)常用在驅(qū)動半橋配置的功率器件，以避免短路對器件造成的損害。當(dāng)使能一個kill輸入時，能禁止死區(qū)輸出。PWM模塊提供了3個kill模式來支持多重應(yīng)用環(huán)境。第17頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一PWM模塊

--PWM模塊概述提供兩個硬件抖動（dither）模式用于提高PWM的靈活性。第一種抖動模式在資源或時鐘頻率不包含一個標(biāo)準(zhǔn)的實現(xiàn)時（在一個PWM計數(shù)器內(nèi)），增加2位的有效分辨率；第二種是使用數(shù)字輸入在兩個PWM輸出之間選擇其中的一個，用于在功率轉(zhuǎn)換時快速的過渡過程的響應(yīng)。

PWM模塊的實現(xiàn)有兩種方式：固定功能和UDB。當(dāng)布局選項使用固定模式配置PWM模塊時，PWM被放置在芯片的固定功能塊內(nèi)。第18頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一PWM模塊

--PWM模塊概述當(dāng)使用固定功能的配置時，其功能包括：無計數(shù)值訪問，即ReadCapture()和ReadCounter()不可用；只有一種輸出模式，無中心對齊、雙沿、抖動或兩個輸出模式；只有異步Kill模式；無觸發(fā)功能；只有連續(xù)運(yùn)行模式；只有軟件使能模式；簡化的死區(qū)功能，限制在0-3死區(qū)計數(shù)；當(dāng)使能死區(qū)時，簡化I/O，即TC和CMP1變成了PH1和PH2。固定功能PWM模塊圖第19頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一PWM模塊

--PWM模塊概述而當(dāng)使用UDB的配置時，計數(shù)器具有可配置的復(fù)雜功能，其功能主要包括：8/16位分辨率；多個脈沖寬度調(diào)制模式；可配置的觸發(fā)器；可配置的捕獲模式；可配置的軟件/硬件使能；可配置的死區(qū)；多種Kill模式；定制的配置工具；第20頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一PWM模塊

--PWM模塊概述圖UDB功能PWM模塊圖第21頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一PWM模塊

--PWM輸出模式1．一個輸出一個輸出PWM只有一個輸出，該輸出由一個單獨(dú)的比較值控制。如下圖所示，波形為左對齊，比較模式設(shè)置為“大于”或者“大于或等于”；或者為右對齊，比較模式設(shè)置為“小于”或者“小于或等于”。

一個輸出的波形第22頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一PWM模塊

--PWM輸出模式

2．兩個輸出兩個輸出的PWM是一個默認(rèn)的配置。兩個PWM輸出使用兩個比較值獨(dú)立定義和控制。如下圖所示，每個輸出可以象一個輸出那樣左對齊或者右對齊

兩個輸出的波形第23頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一PWM模塊

--PWM輸出模式

3.雙沿雙沿PWM使用兩個比較輸出和兩個比較模式產(chǎn)生單個的PWM輸出。如下圖所示，最終的輸出為兩個獨(dú)立定義比較值和比較模式輸出信號的“與”。比較值、比較模式和周期值在運(yùn)行時是可以設(shè)置和改變的。雙沿輸出的波形第24頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一PWM模塊

--PWM輸出模式4．中心對齊

中心對齊的PWM和其它模式的實現(xiàn)是不同的。期望的輸出要求周期計數(shù)器從0開始，計數(shù)到周期值，然后計數(shù)器遞減到0。在這種模式下，周期值是最終輸出周期的一半。在該功能中，使用單獨(dú)比較值和比較模式。下圖給出了中心對齊PWM的波形中心對齊PWM波形第25頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一PWM模塊

--PWM死區(qū)控制死區(qū)是PWM模塊可選的配置。如下圖所示，當(dāng)死區(qū)控制使能時，兩個新的輸出ph1和ph2將出現(xiàn)在PWM模塊符號中。死區(qū)輸出作用于單獨(dú)的PWM輸出。除了兩個PWM輸出模式外其它模式，死區(qū)輸出和單獨(dú)的PWM輸出相關(guān)。在兩個輸出模式下，死區(qū)輸出只在pwm1輸出上實現(xiàn)。在所有的死區(qū)模式中，原始輸出、ph1、ph2是可用的。PWM死區(qū)控制第26頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一PWM模塊

--PWM死區(qū)控制死區(qū)能被配置成1-4個時鐘周期或者1-256。1-4個周期的配置，通過在PLD內(nèi)實現(xiàn)計數(shù)器（而不是使用數(shù)據(jù)通路）來減少資源的使用量。當(dāng)選擇1-256范圍的死區(qū)時，選擇UDB陣列內(nèi)的數(shù)據(jù)通路和必要的邏輯。第27頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一PWM控制LED顯示的實現(xiàn)這個工程將利用PSoC芯片實現(xiàn)基本的軟件和硬件功能。它將單獨(dú)控制兩個LED的閃爍，一個通過硬件實現(xiàn)，一個通過軟件實現(xiàn)。硬件控制的LED燈通過使能一個數(shù)字端口和脈寬調(diào)制產(chǎn)生一個運(yùn)行周期來控制LED燈的閃爍。軟件控制的LED燈使用軟件使能的數(shù)字端口和一個簡單的延遲函數(shù)控制LED一定的頻率的閃爍。第28頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一PWM控制LED顯示的實現(xiàn)

--創(chuàng)建和配置工程1．在計算機(jī)上的桌面上，選擇開始->所有程序->Cypress->PSoCCreator2.0->PsoCCreator2.0。打開PSoCCreator軟件；2．在PSoCCreator2.0軟件的主界面下，選擇File->New->Project...；3．在NewProject窗口，選擇EmptyPSoC3Design模板，并將工程命Ex1_LED_with_PWM。選擇工程保存路徑，點擊“OK”按鈕；第29頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一PWM控制LED顯示的實現(xiàn)

--放置和配置PWM模塊

下面給出放置并配置PWM模塊的步驟，這些步驟包括：

1．拖動并在工作窗口放置PWM器件（ComponentCatalog->Digital->Functions->PWM）。

2．雙擊原理圖的器件PWM_1，打開配置窗口。

3．按如下方式配置PWM；第30頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一PWM控制LED顯示的實現(xiàn)

--放置和配置PWM模塊圖7.17Configure標(biāo)簽界面第31頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一PWM控制LED顯示的實現(xiàn)

--放置和配置PWM模塊如圖7.17所示，在Configure標(biāo)簽下，進(jìn)行如下配置：Name:PWM_1Implementation:UDB(使用通用的數(shù)字塊實現(xiàn))Resolution:8-BitPWMMode:OneOutputPeriod:100CMPValue1:50CMPValueType1:LessorEqualDeadBand:Disabled(禁止使用“死區(qū)”功能)；第32頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一PWM控制LED顯示的實現(xiàn)

--放置和配置PWM模塊如圖7.18，在Advanced標(biāo)簽下，進(jìn)行如下配置：圖7.18Advanced標(biāo)簽配置界面第33頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一PWM控制LED顯示的實現(xiàn)

--放置和配置PWM模塊EnableMode:HardwareOnlyRunMode:ContinuousTriggerMode:NoneKillMode:DisabledCaptureMode:NoneInterrupt:None(不產(chǎn)生中斷)

點擊“OK”按扭，退出屬性設(shè)置界面。第34頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一PWM控制LED顯示的實現(xiàn)

--添加和配置硬件數(shù)字輸出端口

下面給出添加并配置數(shù)字輸出端口硬件的步驟，其步驟主要包括：

1．拖動并將數(shù)字端口的器件放到工作窗口（ComponentCatalog->PortsandPins->DigitalOutputPin）。

2．雙擊原理圖中的Pin_1打開配置窗口

3．按照如下方式配置數(shù)字端口：如圖7.19所示，在Type標(biāo)簽下，進(jìn)行如下參數(shù)配置：第35頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一PWM控制LED顯示的實現(xiàn)

--添加和配置硬件數(shù)字輸出端口圖7.19Type標(biāo)簽配置界面第36頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一PWM控制LED顯示的實現(xiàn)

--添加和配置硬件數(shù)字輸出端口Name:LED1選中DigitalOutput選項選中HWConnection選項NumberofPins:1在General標(biāo)簽下進(jìn)行如下配置：DriveMode:StrongDrive其余選項均為默認(rèn)值。第37頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一PWM控制LED顯示的實現(xiàn)

--添加和配置軟件數(shù)字輸出端口下面給出添加并配置軟件數(shù)字輸出端口的步驟，其步驟主要包括：

1．拖動并將數(shù)字端口放置到工作窗口（ComponentCatalog->PortsandPins->DigitalOutputPin）

2．雙擊原理圖中的Pin_1元件，打開配置窗口。如圖7.20所示，在Type標(biāo)簽下，進(jìn)行如下參數(shù)配置：第38頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一PWM控制LED顯示的實現(xiàn)

--添加和配置軟件數(shù)字輸出端口圖7.20Type標(biāo)簽配置界面第39頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一PWM控制LED顯示的實現(xiàn)

--添加和配置軟件數(shù)字輸出端口Name:LED2。NumberofPins:1選中DigitalOutput選項，但不選中HWConnection選項(表示沒有硬件連接，由軟件控制)。在General標(biāo)簽下進(jìn)行如下配置：DriveMode:StrongDrive其余選項均為默認(rèn)值。第40頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一PWM控制LED顯示的實現(xiàn)

--添加和配置時鐘模塊下面給出添加并配置時鐘模塊的步驟，其步驟主要包括：

1．從元件庫選擇時鐘模塊（ComponentCatalog->System->Clock），將其拖到原理圖工作窗口界面中。

2．如圖7.21所示，雙擊Clock_1按如下方式進(jìn)行配置：第41頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一PWM控制LED顯示的實現(xiàn)

--添加和配置時鐘模塊圖7.21Clock_1配置界面第42頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一PWM控制LED顯示的實現(xiàn)

--添加和配置時鐘模塊在ConfigureClock標(biāo)簽下，配置參數(shù)如下：Name:Clock_1Source:ILO(1.000kHz)Divider:10其余均為默認(rèn)值。

3．點擊“OK”按扭，退出配置界面。第43頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一PWM控制LED顯示的實現(xiàn)

--添加邏輯高低控制端口下面給出添加邏輯高低控制端口的步驟，其步驟主要包括：

1．從元件庫選擇邏輯低模塊（ComponentCatalog->Digital->Logic->LogicLow‘0’），將其拖到原理圖工作窗口界面中。

2．從元件庫選擇邏輯低模塊（ComponentCatalog–>Digital->Logic->LogicHigh‘1’），將其拖到原理圖工作窗口界面中。

3.這兩個端口將分別連接到PWM模塊的reset和enable端口上。第44頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一PWM控制LED顯示的實現(xiàn)

--連接元器件

使用連線工具按鈕，按照圖7.22將IP核連接在一起。

圖7.22連接后的原理圖結(jié)構(gòu)第45頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一PWM控制LED顯示的實現(xiàn)

--配置引腳下面給出配置引腳的步驟，其步驟主要包括：

1．在WorkspaceExplorer窗口，雙擊Ex1_LED_with_PWM.cydwr