定時(shí)器計(jì)數(shù)器和模塊

定時(shí)器計(jì)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(shí)器、計(jì)數(shù)器、PWM模塊，以及使用PWM方式控制LED的實(shí)現(xiàn)。在介紹定時(shí)器、計(jì)數(shù)器和PWM模塊時(shí)，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(shí)現(xiàn)中，詳細(xì)介紹了使用PSoCCreator實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)流程。第2頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一定時(shí)器模塊

--定時(shí)器模塊功能概述定時(shí)器模塊提供了捕獲定時(shí)器用于確定硬件事件的時(shí)間間隔。定時(shí)器提供了一種簡(jiǎn)單的方法來精確的確定實(shí)時(shí)事件的時(shí)序，幾乎不需要CPU的干預(yù)。定時(shí)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(shí)器模塊的實(shí)現(xiàn)有兩種方式：固定功能和UDB。當(dāng)布局選項(xiàng)使用固定模式配置定時(shí)器模塊時(shí)，定時(shí)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(shí)，定時(shí)器為一個(gè)簡(jiǎn)單的定時(shí)裝置，如下圖所示。第3頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一定時(shí)器模塊

--定時(shí)器模塊功能概述其功能包括：只有8/16位模式；在只有計(jì)數(shù)停止和/或捕獲時(shí)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(jì)數(shù)器；定時(shí)器固定功能實(shí)現(xiàn)第4頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一定時(shí)器模塊

--定時(shí)器模塊功能概述而當(dāng)使用UDB的配置時(shí)，計(jì)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(gè)深度的捕獲FIFO；可選的捕獲邊沿計(jì)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(shí)器UDB實(shí)現(xiàn)第5頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一定時(shí)器模塊

--定時(shí)器模塊的應(yīng)用

1．默認(rèn)的定時(shí)器如下圖所示，實(shí)時(shí)的TC輸出表示計(jì)數(shù)值是否到達(dá)了預(yù)設(shè)的停止計(jì)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(shí)，只允許連續(xù)模式。

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

--定時(shí)器模塊的應(yīng)用

2．高/低時(shí)間測(cè)量模式

定時(shí)經(jīng)常用來測(cè)量信號(hào)高和低得時(shí)間。定時(shí)器配置成使實(shí)現(xiàn)更加簡(jiǎn)單。通過配置TriggerMode為“RisingEdge”和CaptureMode為“EitherEdge”，定時(shí)器將在周期值的第一個(gè)上升沿啟動(dòng)，之后在輸入信號(hào)的每個(gè)跳變沿捕獲。高/低時(shí)間測(cè)量模式第7頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一定時(shí)器模塊

--定時(shí)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(shí)間就可以按照下式進(jìn)行計(jì)算：高時(shí)間#1=（Period-Capture#1）*時(shí)鐘頻率；（1）低時(shí)間#2=（Capture#1-Capture#2）*時(shí)鐘頻率；（2）高時(shí)間#2=（Capture#2-Capture#3）*時(shí)鐘頻率；（3）第8頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一計(jì)數(shù)器模塊

--計(jì)數(shù)器模塊功能概述計(jì)數(shù)器模塊的實(shí)現(xiàn)有兩種方式：固定功能和UDB。當(dāng)布局選項(xiàng)使用固定模式配置定時(shí)器模塊時(shí)，計(jì)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(shí)，計(jì)數(shù)器為一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)數(shù)器，如下圖所示。第9頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一計(jì)數(shù)器模塊

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

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

--計(jì)數(shù)器模塊功能概述而當(dāng)使用UDB的配置時(shí)，計(jì)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(jì)數(shù)模式；可配置的向上、向下或者向上和向下計(jì)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(gè)可選擇的捕獲輸入，在上升沿時(shí)將當(dāng)前的計(jì)數(shù)值復(fù)制到存儲(chǔ)區(qū)域。只要捕獲FIFO有空間，CPU可以在任何時(shí)候讀取捕獲值，而沒有時(shí)序限制。捕獲FIFO允許保存最多4個(gè)捕獲值。UDB模式下計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)第11頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一計(jì)數(shù)器模塊

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

默認(rèn)計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)波形第12頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一計(jì)數(shù)器模塊

--計(jì)數(shù)器模塊的應(yīng)用比較輸出是一個(gè)實(shí)時(shí)比較器，將計(jì)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(jì)數(shù)值為2**分辨率-1，比較的值設(shè)置為最大計(jì)數(shù)值的1/2。第13頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一計(jì)數(shù)器模塊

--計(jì)數(shù)器模塊的應(yīng)用2.時(shí)鐘分頻器的實(shí)現(xiàn)如果輸入到計(jì)數(shù)器的時(shí)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(shí)鐘頻率的1/256。默認(rèn)是計(jì)數(shù)值在0-127時(shí)，輸出為高，否則為低。下圖給出了時(shí)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(shí)鐘6分頻，有50%的占空比。時(shí)鐘分頻器的實(shí)現(xiàn)波形第14頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一計(jì)數(shù)器模塊

--計(jì)數(shù)器模塊的應(yīng)用

3．頻率計(jì)數(shù)器的實(shí)現(xiàn)添加硬件使能功能到基本的計(jì)數(shù)器將使用戶很容易的實(shí)現(xiàn)頻率的計(jì)數(shù)功能。如果使能信號(hào)被一個(gè)未知周期的信號(hào)驅(qū)動(dòng)，比如一個(gè)1KHz的信號(hào)，從00開始向上計(jì)數(shù)，這樣很容易的確定輸入信號(hào)的頻率。頻率計(jì)數(shù)器的實(shí)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(shí)序和控制信號(hào)。PWM提供了一種簡(jiǎn)單的方法來產(chǎn)生精確的復(fù)雜實(shí)時(shí)事件。

PWM模塊可以產(chǎn)生最多兩個(gè)左/右對(duì)齊的PWM輸出，1個(gè)中心對(duì)齊或雙沿PWM輸出。

PWM輸出被雙緩沖用于避免由于運(yùn)行時(shí)占空比改變所產(chǎn)生的毛刺。左對(duì)齊PWM是通常使用的PWM形式。中心對(duì)齊PWM經(jīng)常使用在AC電機(jī)控制來保證相位的對(duì)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(shí)間提供了互補(bǔ)的輸出，在每個(gè)過渡過程輸出為低。互補(bǔ)輸出和死區(qū)時(shí)間經(jīng)常用在驅(qū)動(dòng)半橋配置的功率器件，以避免短路對(duì)器件造成的損害。當(dāng)使能一個(gè)kill輸入時(shí)，能禁止死區(qū)輸出。PWM模塊提供了3個(gè)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(gè)硬件抖動(dòng)（dither）模式用于提高PWM的靈活性。第一種抖動(dòng)模式在資源或時(shí)鐘頻率不包含一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)時(shí)（在一個(gè)PWM計(jì)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(gè)PWM輸出之間選擇其中的一個(gè)，用于在功率轉(zhuǎn)換時(shí)快速的過渡過程的響應(yīng)。

PWM模塊的實(shí)現(xiàn)有兩種方式：固定功能和UDB。當(dāng)布局選項(xiàng)使用固定模式配置PWM模塊時(shí)，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(shí)，其功能包括：無計(jì)數(shù)值訪問，即ReadCapture()和ReadCounter()不可用；只有一種輸出模式，無中心對(duì)齊、雙沿、抖動(dòng)或兩個(gè)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(jiǎn)化的死區(qū)功能，限制在0-3死區(qū)計(jì)數(shù)；當(dāng)使能死區(qū)時(shí)，簡(jiǎn)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(shí)，計(jì)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(gè)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(gè)輸出一個(gè)輸出PWM只有一個(gè)輸出，該輸出由一個(gè)單獨(dú)的比較值控制。如下圖所示，波形為左對(duì)齊，比較模式設(shè)置為“大于”或者“大于或等于”；或者為右對(duì)齊，比較模式設(shè)置為“小于”或者“小于或等于”。

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

兩個(gè)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(gè)比較輸出和兩個(gè)比較模式產(chǎn)生單個(gè)的PWM輸出。如下圖所示，最終的輸出為兩個(gè)獨(dú)立定義比較值和比較模式輸出信號(hào)的“與”。比較值、比較模式和周期值在運(yùn)行時(shí)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(duì)齊

中心對(duì)齊的PWM和其它模式的實(shí)現(xiàn)是不同的。期望的輸出要求周期計(jì)數(shù)器從0開始，計(jì)數(shù)到周期值，然后計(jì)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(duì)齊PWM的波形中心對(duì)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(shí)，兩個(gè)新的輸出ph1和ph2將出現(xiàn)在PWM模塊符號(hào)中。死區(qū)輸出作用于單獨(dú)的PWM輸出。除了兩個(gè)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(gè)輸出模式下，死區(qū)輸出只在pwm1輸出上實(shí)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(gè)時(shí)鐘周期或者1-256。1-4個(gè)周期的配置，通過在PLD內(nèi)實(shí)現(xiàn)計(jì)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(shí)，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(shí)現(xiàn)這個(gè)工程將利用PSoC芯片實(shí)現(xiàn)基本的軟件和硬件功能。它將單獨(dú)控制兩個(gè)LED的閃爍，一個(gè)通過硬件實(shí)現(xiàn)，一個(gè)通過軟件實(shí)現(xiàn)。硬件控制的LED燈通過使能一個(gè)數(shù)字端口和脈寬調(diào)制產(chǎn)生一個(gè)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(gè)簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn)

--創(chuàng)建和配置工程1．在計(jì)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(diǎn)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(shí)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(dòng)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)

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

點(diǎn)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(shí)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(dòng)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(shí)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(shí)現(xiàn)

--添加和配置硬件數(shù)字輸出端口Name:LED1選中DigitalOutput選項(xiàng)選中HWConnection選項(xiàng)NumberofPins:1在General標(biāo)簽下進(jìn)行如下配置：DriveMode:StrongDrive其余選項(xiàng)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(shí)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(dòng)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(shí)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(shí)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(xiàng)，但不選中HWConnection選項(xiàng)(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(xiàng)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(shí)現(xiàn)

--添加和配置時(shí)鐘模塊下面給出添加并配置時(shí)鐘模塊的步驟，其步驟主要包括：

1．從元件庫選擇時(shí)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(shí)現(xiàn)

--添加和配置時(shí)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(shí)現(xiàn)

--添加和配置時(shí)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(diǎn)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(shí)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(gè)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(shí)現(xiàn)

--連接元器件

使用連線工具按鈕，按照?qǐng)D7.22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(shí)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