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[经验] 定时器的两种常见用法:PWM、看门狗

2020-9-1 10:12:44  444 定时器 PWM 看门狗
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一、定时器

1. 定时器简介定时器是SoC中最常见的外设
(1)定时器与计数器计数器是用来计数的(每隔一个固定时间会计一个数);因为计数器的计数时间周期是固定的,因此到了一定时间只要用计数值×计数时间周期,就能得到一个时间段,这个时间段就是我们定的时间(这就是定时器了)。
(2)定时器/计数器作为SoC的外设,主要用来实现定时执行代码的功能。定时器相对于SoC来说,就好象闹钟相对于人来说意义一样。
定时器有什么用
(1)定时器可以让SoC在执行主程序的同时,具有计时功能(通过定时器),到了一定时间(计时结束)后,定时器会产生中断提醒CPU,CPU会去处理中断并执行定时器中断的ISR。从而去执行预先设定好的事件。
(2)定时器就好象是CPU的一个秘书一样,这个秘书专门管帮CPU来计时,并到时间后提醒CPU要做某件事情。所以CPU有了定时器之后,只需预先把自己xx时间之后必须要做的事情绑定到定时器中断ISR即可,到了时间之后定时器就会以中断的方式提醒CPU来处理这个事情。
定时器的原理
(1)定时器计时其实是通过计数来实现的。 定时器内部有一个计数器,这个计数器根据一个时钟(这个时钟源来自于ARM的APB总线,然后经过时钟模块内部的分频器来分频得到)来工作。每隔一个时钟周期,计数器就计数一次,定时器的时间就是计数器计数值×时钟周期。
(2)定时器内部有1个寄存器TCNT,计时开始时我们会把一个总的计数值(初值)放入TCNT寄存器中,然后每隔一个时钟周期(假设为1ms)TCNT中的值会自动减1(硬件自动完成,不需要CPU软件去干预),直到TCNT中减为0的时候,TCNT就会触发定时器中断。
(3)定时时间是由2个东西共同决定的:一个是TCNT中的计数值,一个是时钟周期,两者的乘积即为最终定时的时间
2. 与定时器有关的器件看门狗
看门狗定时器和普通的定时器并无本质区别。定时器可以设定一个时间,在这个时间完成之前定时器不断计时,时间到的时候定时器会复位CPU(重启系统)。
普通设备重启不是问题,但是有些设备人工重启存在困难。这时候我们希望系统能够自己检验自己是否已经跑飞,并且在意识到自己跑飞的时候,可以很快的(几个ms或者更短)自我重启。这个功能就要靠看门狗定时器来实现。
我们在应用程序中打开看门狗设备,初始化好给它一个时间,然后应用程序使用一个线程来喂狗,这个线程的执行时间安全短于看门狗的复位时间。当系统(或者应用程序)异常后,喂狗线程自然就不工作了,然后到时候看门狗就会复位。
实战中有时候为了绝对的可靠,我们并不会用SoC中自带的看门狗,而是使用专门的外置的看门狗芯片来实现看门狗。
pwm定时器
PWM(pulse wide modulation 脉宽调制):是一个周期性波形,周期为T,在每个周期内波形是完全相同的。每个周期内由一个高电平和一个低电平组成。
PWM波形有2个重要参数:一个是周期T,另一个是占空比duty(占空比就是一个周期内高电平的时间除以周期时间的商)。
对于一个PWM波形,知道了周期T和占空比duty,可以得到高电平时间为Txduty,低电平时间为Tx(1-duty)。 PWM波形其实就是用时间来控制电平高低,所以用定时器来实现PWM波形是天经地义的。
s5pv210中,PWM波形产生有2个寄存器很关键,一个是TCNTB、一个是TCMPB。其中,TCNTB决定了PWM波形的周期,TCMPB决定了PWM波形的占空比。
最终生成的PWM波形的周期是:TCNTB×时钟周期(PCLK_PSYS经过两极分频后得到的时钟周期)。注意这个周期是PWM中高电平+低电平的总时间,不是其中之一。最终生成的PWM波形的占空比是:TCMPB/TCNTB。
RTC时钟
RTC(real time clock)是实时时钟,它和定时器的差别就好象闹钟(定时器)和钟表(RTC)的差别一样。也就是所谓的年月日时分秒。
RTC是SoC中一个内部外设,RTC有自己独立的晶振提供RTC时钟源(32.768KHz),内部有一些寄存器用来记录时间(年月日时分秒星期)。一般情况下为了在系统关机时时间仍然在走,还会给RTC提供一个电池供电。

二、定时器常见用法
1. PWM定时器驱动蜂鸣器蜂鸣器简介
蜂鸣器里面有2个金属片,离的很紧但没挨着;没电的时候两个片在弹簧本身张力作用下分开彼此平行;有电的时候两边分别充电,在异性电荷的吸力作用下两个片挨着。我们只要以快速的频率给蜂鸣器的正负极:供电、断电。进行这样的循环,蜂鸣器的两个弹簧片就会挨着分开挨着分开···形成敲击,发出声音。
根据以上的分析,可以看出,只要用PWM波形的电压信号来驱动蜂鸣器,把PWM波形的周期T设置为要发出的声音信号的1/频率即可;PWM的占空比只要确保能驱动蜂鸣器即可。
PWM定时器主要寄存器
(1)TCFG0、TCFG1
这两个寄存器是用来进行预分频和分频的,通过将PCLK进行分频处理的到一个频率较低的时钟信号,用于驱动PWM定时器。
两级分频是串联级联)的,所以两级分频的分频数是相乘的。预分频器有2个,prescaler0为timer0&timer1共用;prescaler1为timer2、3、4共用;两个prescaler都是8个bit位,因此prescaler value范围为0~255;所以预分频器的分频值范围为1~256(注意实际分频值为prescaler value + 1)。
1.png
(2)CON
2.png
第一次需要手工将TCNTB中的值刷新到TCNT中去,以后就可以auto-reload了。
自动装载机制就是当定时器初始化好开始计时后再不用管了,他一个周期到了后会自己从TCNTB中再次装载值到TCNT中,再次启动定时器开始下个循环。

(3)TCNTB2、TCMPB2
3.png
通过改变TCMPB与TCNTB的比值即可改变PWM波的占空比。
4.png
除了TCNTB和TCMPB外,还有个寄存器叫TCNT。 TCNT和TCNTB是相对应的,TCNTB是有地址的寄存器,供程序员操作;TCNT在内部和TCNTB相对应,它没有寄存器地址,程序员不能编程访问这个寄存器。
TCNT寄存器功能就是用来减1的,它是内部的不能读写;我们向TCNT中写要通过TCNTB往进写;读取TCNT寄存器中的值要通过读取相对应的TCNTO寄存器
工作流程就是:我们事先算好TCNT寄存器中开始减的那个数(譬如300),然后将之写入TCNTB寄存器中,在启动timer前,将TCNTB中的值刷到TCNT寄存器中(有一位寄存器专门用来操作刷数据过去的),刷过去后就可以启动定时器开始计时;在计时过程中如果想知道TCNT寄存器中的值减到多少了,可以读取相应的TCNTO寄存器来得知。
2. 看门狗定时器
看门狗主要用到的寄存器
(1)WTCON
5.png
在这里要解释一下,如果设置为中断模式的话,即需要写ISR函数,并且在配置中断模式时,要将复位禁止。如果设置为复位模式,如果在规定时间内没有喂狗(重装载初值),系统则会复位,在配置为复位模式时,要将中断模式禁止。
在配置完成的最后,要将WTCON的第5位置1,使能看门狗程序。

(2)WTDAT、WTCNT
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(3)WTCLRINT
当看门狗被设置为中断模式时,此寄存器用来清除中断。
7.png
补充:当设置看门狗为中断模式时

首先要将看门狗的中断物理号与ISR通过VECTADDR进行绑定:
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之后将中断配置好之后使能中断,并且在ISR程序执行的末尾设置清中断和清看门狗中断。
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相关经验

FredSong 2020-9-1 17:17:30
内置看门狗通常是被认为不稳定的吗?是否需要增加专门的外部看门狗?
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zyic 2020-9-3 13:30:59
要求可靠的应用,需要增加专门的外部看门狗
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yg_311 2020-9-17 13:54:50
感谢楼主分享,正在学习中
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