定时器的工作原理与应用场景

1．定时器的结构组成

定时器主要由定时寄存器TIM、定时周期寄存器PRD、定时控制寄存器TCR（包括预标定分频系数TDDR、预标定计数器PSC、控制位TRB和TSS等）及相应的逻辑控制电路组成。其中寄存器TIM、PRD和TCR都是存储器映射寄存器，它们在数据存储器中的地址分别为0024h、0025h和0026h。定时寄存器TIM是16位减1计数器；定时周期寄存器PRD用来存放定时时间；定时控制寄存器TCR用来存放定时器的控制位和状态位。逻辑控制电路主要用来控制定时器协调工作。定时器的结构框图如图8-1所示。

图8-1 定时器的结构框图

逻辑控制电路由三个或门和一个与门组成，其对外接口信号有：输入信号包括、TRB、TSS、CLKOUT；输出信号包括TINT、TOUT。其中，输入信号复位和TRB的作用是控制计数器重新加载初始值，具体是指控制PRD的加载计数和控制PSC的加载计数；停止控制位TSS的作用是，利用与门逻辑结构可以选通或屏蔽CLKOUT信号，来实现对定时器的启动与停止；TINT是输出信号，用于外部定时中断触发，定时时间到可以触发TMS320C54x中断；TOUT是输出信号，用于定时输出，可以输出定时波形。

2．定时器的控制寄存器

定时控制寄存器TCR是16位存储器映射寄存器，包含定时器的控制位和状态位。定时控制寄存器TCR各位的定义如图8-2所示。

图8-2 定时控制寄存器TCR的位结构定义

各个位功能组合说明如下：

1）TDDR：定时器分频系数，用来对CLKOUT进行分频，以改变定时周期。它的最大预定标值为16，最小预定标值为1。当PSC减到0后，以TDDR中的数加载PSC。

2）TSS：定时器停止状态位，用于停止或启动定时器。复位时，TSS位清0，定时器立即定时；当TSS=0时，定时器启动工作；当TSS=1时，定时器停止工作。

3）TRB：定时器重新加载位，用来复位片内定时器。当TRB置1时，以PRD中的数加载TIM，以及以TDDR中的值加载PSC。TRB总是读成0。

4）PSC：定时器预定标计数器，其标定范围为1～16。当PSC减到0后，TDDR位域中的数加载到PSC，TIM减1。

5）Free、Soft：软件调试控制位。Free和Soft位结合使用，用来控制调试程序断点操作情况下的定时器工作状态，功能说明见表8-1。

表8-1 软件调试控制位功能说明

6）保留：保留；读成0。

3．定时器的工作原理

主定时器模块由PRD和TIM组成。在正常工作情况下，当TIM减到0后，PRD中的时间常数自动地加载到TIM。当系统复位（图8-1中的置1）或者定时器单独复位（TRB置1）时，PRD中的时间常数重新加载到TIM。

复位后，定时控制寄存器TCR的停止状态位TSS=0，定时器启动工作，时钟信号CLKOUT加到预定标计数器PSC。PSC也是一个减1计数器，每当复位或其减到0后，自动地将定时器分频系数TDDR加载到PSC。PSC在CLKOUT作用下，作减1计数。当PSC减到0时，产生一个借位信号，令TIM作减1计数。TIM减到0后，产生定时中断信号TINT，传送至CPU和定时器输出引脚TOUT。

由上可见，定时器的基本定时周期T可由下式计算：(www.xing528.com)

式中，CLKOUT为时钟周期，TDDR和PRD分别为定时器的分频系数和时间常数。

若要关闭定时器，只要将TCR的TSS位置1，就能切断时钟输入，定时器停止工作。当不需要定时器时，关闭定时器可以减小器件的功耗。

读TIM和TCR寄存器，可以知道定时器中的当前值和预定标计数器中的当前值。由于读这两个寄存器要用两条指令，就有可能在两次读之间发生读数变化。因此，如果需要精确的定时测量，就应当在读这两值之前先关闭定时器。

用定时器可以产生外围电路（如模拟接口电路）所需的采样时钟信号。一种方法是直接利用TOUT信号；另一种方法是利用中断，周期地读一个寄存器。

4．定时器应用的初始化

（1）定时器模块的初始化步骤如下：

1）TCR的TSS位置1，关闭定时器，停止定时。

2）装载PRD值。

3）重新装入TCR，初始化TDDR，设置TSS=0和TRB=1，重装载定时器周期。启动定时器。

（2）设置定时器中断方法（INTM=1）如下：

1）将IFR中的TINT置1，以清除尚未处理完的定时器中断。

2）将IMR中的TINT置1，启动定时器中断。

3）将INTM置0，启动全部中断。

（3）复位时，TIM和PRD被设置为最大值（0FFFFh），TCR中的TDDR置0，定时器可以通过启动定时控制寄存器（TCR）完成以下操作：

1）设定定时器的工作方式。

2）设定预定标计数器中的当前数值。

3）启动或停止定时器。

4）重新装载定时器。

5）设置定时器的分频值。