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定时 / 计数器原理及应用
5.1 SPMC65 系列单片机的 定时 / 计数器 SPMC65 系列单片机共有 6 个定时 / 计数器（ Timer ），每个 Timer 都分别具备 CCP(Capture/Compare/PWM) 功能，即捕获、比较和 PWM 输出功能。 Timer 有 4 种工作模式： 8 位 /16 位定时 / 计数器模式、捕获模式（捕获器）、比较模式和 PWM 模式。另外，除了 PWM 模式外，其它三种模式都可以以 8 位或 16 位的方式工作。所有功能通过相应控制寄存器进行设置，见 表 5.1 简介： 表 5 . 1 SPMC65 系列单片机定时 / 计数器功能简介
1. 类型 I ： (Timer 0 、 Timer 2 、 Timer 4) 这些功能通过控制寄存器 P_TMRx_Ctrl0 (x=0~5) 设置，本章会从三种定时 / 计数器各选出一个定时 / 计数器进行详细介绍，如会详细介绍类型 I 的 Timer 0 、类型 II 的 Timer 1 以及类型 III 的 Timer 5 。而其它 Timer 的应用、功能设置等请参考同类型 Timer 的介绍。 而 SPMC65 系列单片机中，具体型号芯片的 Timer ，除了在数量上会有所删减外，具体的 Timer 的工作模式还会有一定的删减，请参考具体型号芯片的数据手册；但其在功能设置上与本章所述描的是一样的。 5.2.1 Timer 相关寄存器简述 SPMC65 系列单片机 Timer 的功能很强大，而它的使用、设置却很简单，下面分别介绍 SPMC65 系列单片机有关 Timer 的寄存器分类： 基本功能寄存器： ■ Timer 控制寄存器 0 ： P_TMRy_z_Ctrl0 ，主要用于设置 Timer 的工作模式；（ y=0,2,4;z=1,3,5 ） ■ Timer 控制寄存器 1 ： P_TMRy_z_Ctrl1 ，主要用于设置 Timer 的计数频率；（ y=0,2,4;z=1,3,5 ） ■ Timer x 计数值寄存器（ R ）： P_TMRx_Count 、 P_TMRx_CountHi ，分高低字节；（ x=0~5 ） ■ Timer x 重载值寄存器（ W ）： P_TMRx_Preload 、 P_TMRx_PreloadHi ，分高低字节；（ x=0~5 ） CCP 功能相关寄存器： ■ Timer x 脉宽捕获值寄存器： P_TMRx_Cap 、 P_TMRx_CapHi ，分高低字节；（ x=0~5 ） ■ Timer x 周期捕获值寄存器： P_TMRx_CapCycle8 ① ；（ x=0~4 ） ■ 捕获控制寄存器： P_CAP_Ctrl ； ■ Timer x 比较值寄存器： P_TMRx_Comp 、 P_TMRx_CompHi ，分高低字节；（ x=0~5 ） ■ Timer xPWM 周期寄存器：分 8 位、 12 位以及 16 位模式（具体请参考后面的介绍）；（ x=0~5 ） ■ Timer xPWM 占空比寄存器：分 8 位、 12 位以及 16 位模式（具体请参考后面的介绍）；（ x=0~5 ） 注 ① ： Timer 5 工作在 16 位捕获器模式下时，周期捕获值寄存器分高低字节寄存器。 本小节将详细介绍 SPMC65 系列单片机的 Timer 基本功能寄存器（即基本的定时 / 计数功能相关的寄存器），而与 CCP 功能相关的寄存器介绍将在后面的小节中介绍。 5.2.2 Timer 控制寄存器 Timer 控制寄存器 0 P_TMRy_z_Ctrl0 （ y=0,2,4;z=1,3,5 ） 写 Timer 控制寄存器 0 （ P_TMRy_z_Ctrl0 ）可以完成对 Timer 的工作模式设置，要启动 Timer （包括 Timer 的各种工作模式）时要设置好相对的模式选择位即可，而相应的模式选择位写入“ 000 ”时，则 Timer 停止。 P_TMRy_z_Ctrl0 默认初始值为 #00h ，其各个位的功能请参考下面介绍： 表 5 . 2 Timer0-1 控制寄存器 0 P_TMR0_1_Ctrl0 （ $11 ， R/W ）
表 5 . 3 Timer 2-3 控制寄存器 0 P_TMR2_3_Ctrl0 （ $18 ， R/W ）
表 5 . 4 Timer 4-5 控制寄存器 0 P_TMR4_5_Ctrl0 （ $1F ， R/W ）
TxFC[2 ： 0] ： Timer x 模式设置位（ x=0~5 ） Timer 控制寄存器 0 各个位设置时，对应的工作模式请参考下表： 表 5 . 5 Timer 模式设置对照表
Timer 控制寄存器 1 P_TMRy_z_Ctrl1 （ y=0,2,4;z=1,3,5 ） 写 Timer 控制寄存器 1 （ P_TMRy_z_Ctrl1 ）可以设置对应 Timer 的预分频数，即可完成对 Timer 计数频率的设置； P_TMRy_z_Ctrl1 默认初始值为 #00h ，其各个位的具体功能请参考下面介绍： 表 5 . 6 Timer 0-1 控制寄存器 1 P_TMR0_1_Ctrl1 （ $12 ， R/W ）
表 5 . 7 Timer 2-3 控制寄存器 1 P_TMR2_3_Ctrl1 （ $19 ， R/W ）
表 5 . 8 Timer 4-5 控制寄存器 1 P_TMR4_5_Ctrl1 （ $20 ， R/W ）
TxPSS[2 ： 0] ： Timer x 预分频设置位（计数频率设置）（ x=0~5 ） 111 = 外部事件 110 = F SYS ÷ 512 101 = F SYS ÷ 128 100 = F SYS ÷ 32 011 = F SYS ÷ 8 010 = F SYS ÷ 4 001 = F SYS ÷ 2 000 = F SYS F SYS ：系统时钟频率 Timer x 计数值低字节寄存器 P_TMRx_Count （ x=0~5 ） Timer x 重载值低字节寄存器 P_TMRx_Preload （ x=0~5 ） SPMC65 系列单片机中， Timer 的计数值寄存器与重载值寄存器是映射到同一个地址的，而这两组寄存器分别是只读、只写的，即读该寄存器时为读取当前计数值，写该寄存器时为写入数据到重载值寄存器。计数值 / 重载值寄存器的低字节寄存器默认初始值为 #00h 。 表 5 . 9 Timer x 计数值 / 重载值低字节寄存器
Bit [7:0] 写： Timer x 重载值的 低字节 Bit [7:0] 读： Timer x 计数值的 低字节 Timer x 计数值高字节寄存器 P_TMRx_CountHi （ x=0~5 ） Timer x 重载值高字节寄存器 (P_TMRx_PreloadHi （ x=0~5 ） 与其相对的低字节寄存器一样，这两个寄存器实际上是映射到了同一个地址上，分别是只读、只写的寄存器，读取时为读取当前 Timer 的计数值，写入时为写入数据到重载值寄存器。计数值 / 重载值高字节寄存器默认初始值为 #00h 。 表 5 . 10 Timer 0 计数值 / 重载值高字节寄存器
Bit [7:0] 写： Timer x 重载值的高字节 Bit [7:0] 读： Timer x 计数值的高字节 注： 写入数据顺序要按照从高字节到低字节的顺序写。例如：要设置 16 位定时器模式先设置位于高字节的 P_TMR0_PreloadHi 然后设置位于低字节的 P_TMR0_Preload 。而读取数据的顺序正好相后，要按照选读取低字节寄存器，再读取高字节寄存器的顺序。 5.3.1 定时 / 计数器的结构 SPMC65 系列单片机的 6 个 Timer 都可工作在 8 位 /16 位可重载的定时 / 计数器模式下。在作定时 / 计数器时，需要设置几个寄存器，如下： 1. 定时 / 计数器功能选择（设置 Timer 控制寄存器 0 ）； 2. 8 位预分频寄存器（设置 Timer 控制寄存器 1 ）； 3. 8 位 /16 位重载值寄存器。 定时 / 计数器的计数频率共有 8 种选择 , 可以通过设置 Timer 控制寄存器 1 （设置对应定时 / 计数器的预分频设置位）来选择。其中 7 种时钟频率由系统时钟的 1 ～ 512 分频得到，因而频率输入范围非常广。而在定时 / 计数器的控制寄存器设置中，可以设置定时器的计数频率信号来自于外部事件，即可对外部信号进行计数。而各定时 / 计数器对应的外部事件输入端口如 表 5.11 所示： 表 5 . 11 定时 / 计数器外部事件输入端口
8 位 /16 位重载值寄存器的作用是在定时 / 计数器开始工作或者溢出后重新赋初值。 定时器的 8 位 /16 位计数值寄存器每收到一个外部或内部时钟输入后加一。以一个 8 位定时器为例，当其计数到 255 时，这时再来一个时钟信号，计数器便会溢出。此时，如果定时 / 计数器的溢出中断已经使能了，便会产生溢出中断。同时，在计数器从 255 即将变为 0 时，重载值寄存器中的值会被取出，载入计数器，重新从载入的初值开始计数。 图 5.1 为定时 / 计数器结构图。
图 5 . 1 定时 / 计数器结构框图 5.3.2 8 位定时 / 计数器 SPMC65 系列单片机的 Timer 都可以在 8 位定时 / 计数器模式下工作，设置寄存器 P_TMRy_z_Ctrl0 (y=0, 2, 4; z=1, 3, 5) 可以使相对应的 Timer 工作在 8 位定时 / 计数器模式下。 下面以一个 8 位定时 / 计数器—— Timer0 为例，分析定时 / 计数器工作在 8 位模式下的机制。 8 位定时 / 计数器定时长度的计算如下：
图 5 . 2 8 位定时 / 计数器结构 而 图 5.3 中所示的是定时 / 计数器溢出和中断发生的信号时序图。
图 5 . 3 溢出和中断发生信号时序图 如果 P_TMR0_1_Ctrl0[2:0]=001 且 PB0 设置为输入（即设置了定时 / 计数器的计数频率信号为外部事件），那么 PB0 就可以作为定时 / 计数器 0 的外部时钟输入端，进行外部脉冲计数。定时 / 计数器 0 的低字节寄存器 P_TMR0_Count ($13) 可以自动装入初值并负责计数（ 8 位定时 / 计数器模式下时，其相关寄存器低字节的有效），在其计数的过程中，可以从中读取当前的计数值。一旦计数溢出，如果该溢出中断使能，则会产生溢出中断，同时，计数寄存器会自动的被载入初值（重载值）。如 图 5.4 所示，为 8 位计数器计数情况和中断发生的关系。
图 5．4 8 位计数器计数情况和中断发生的关系 【例 5 - 1 】： 将 Timer 0 设置成 8 位定时 / 计数器模式
5.3.3 16 位定时 / 计数器 一般 8 位的 CPU ，总线宽度为 8 位，通常无法直接访问 16 位的数据。为了克服这样的局限性问题，在 SPMC65 系列单片机中设计了一个数据寄存器 Timer x MSB （ x = 0~5 ），用于 16 位数据高 8 位的读写操作，如 图 5.5 所示，它有专门的读 / 写缓冲器。在读取 16 位数据时，用户需要先读出低字节，与此同时，高字节被锁存在缓冲器里，低字节读取结束，然后再读取高字节，这时相当于读取缓冲器中保存的定时 / 计数器高字节数据。相反的，在写 16 位数据时，用户需要先写入高字节并被缓冲器自动保存，然后再写入低字节，直到 16 位数据全部写入，缓冲器中的高字节和低字节将会同时载入定时 / 计数器中去。
图 5 . 5 16 位定时 / 计数器的寄存器读写操作示意图 数据寄存器和中断周期之间的关系如下：
以 Timer 0 工作在 16 位定时 / 计数器模式下为例， 图 5.6 为 16 位定时 / 计数器的结构图： 而 图 5.7 中所示的是定时 / 计数器溢出和中断发生的信号时序图：
图 5 . 6 16 位定时 / 计数器结构
图 5 . 7 定时 / 计数器溢出和中断发生的信号时序图 如果 P_TMR0_1_Ctrl0 [2:0]=100 且 PB0 设置为输入，那么 PB0 就可以作为定时 / 计数器 0 的时钟输入端，进行外部脉冲计数。定时 / 计数器 0 有两个计数寄存器：高字节寄存器 P_TMR0_CountHi ($14) 和低字节寄存器 P_TMR0_Count ($13) ，这两个寄存器可以自动的载入初值进行计数，在计数的过程中随时可以读取当前的计数值。当该 16 位定时 / 计数器 0 溢出时，如果溢出中断使能，则会产生溢出中断，同时定时 / 计数器 0 会自动重载初值继续计数。如 图 5.8 所示，为 16 位计数器计数情况和中断发生的关系示意图。
图 5 . 8 16 位计数器工作状态和中断之间的关系示意图
【例 5-2 】： 将 Timer 0 设置为 16 位定时 / 计数器工作方式：
5.3.4 定时 / 计数器中断 定时 / 计数器有以下五种中断源： • 定时 / 计数器 0 溢出中断 • 定时 / 计数器 1 溢出中断 • 定时 / 计数器 2 溢出中断 • 定时 / 计数器 3 溢出中断 • 定时 / 计数器 4 溢出中断 • 定时 / 计数器 5 溢出中断 下面是设置定时 / 计数器溢出中断的几个步骤： • 执行指令 “SEI ” 关闭总的中断开关； • 决定采用 8 位还是 16 位的定时 / 计数方式并选择一个合适的定时 / 计数器； • 设置所选的定时 / 计数器的相关寄存器； • 在 寄存器 P_INT_Ctrl1( $0F) 中使能该定时器中断； • 执行指令“ CLI ”打开总的中断开关； • 设置完毕，等待中断产生。 【例 5-3 】： 将 Timer 0 设置为 8 位定时 / 计数器工作方式并产生 1ms 的溢出中断。
【例 5-4 】： 将 Timer 1 设置为 16 位定时 / 计数器工作方式并产生 10ms 的周期溢出中断
5.4.1 SPMC65系列单片机的捕获器 SPMC65 系列单片机共有 6 个 Timer ，都具有 8 位 /16 位捕获功能，支持两种触发模式：上升沿触发和下降沿触发。在 8 位捕获模式下，可以进行脉宽和周期的测量。在 16 位捕获模式下，只能进行脉宽测量（ Timer 5 可进行 16 位的脉宽 / 周期测量）。所有功能可以通过相应控制寄存器进行设置，见下表简介： 表 5 . 12 SPMC65 系列单片机捕获功能简表
当 Timer 工作于 8 位或 16 位的捕获模式下，捕获输入管脚（例如定时 / 计数器 0 的 PB0 ）必须设置成输入状态，才能进行事件捕获。而为了保证捕获值的正确，需要选择合适的计数频率。当需要得到脉宽值或周期值时，捕获器的触发沿极性和捕获中断触发极性也必须设置正确。除了 Timer 要设置的控制寄存器，以及相关的捕获值寄存器之外，捕获器操作相关的寄存器还有如下： P_CAP_Ctrl ($58) 、 P_IRQ_Opt0 ($33) 和 P_IRQ_Opt1 ($34) 。如 图 5.9 所示为捕获器原理框图。
图 5 . 9 捕获器原理框图 5.4.2 控制寄存器 SPMC65 系列单片机的 6 个 Timer 可通过设置 Timer 控制寄存器（ P_TMRy_z_Ctrl0:y=0,2,4;z=1,3,5 ）使其工作在捕获器模式下；设置 Timer 控制寄存器 1 （ P_TMRy_z_Ctrl1:y=0,2,4;z=1,3,5 ）可选择计数频率。控制寄存器 0 和 1 的各个位功能，以及设置方法请参考前面小节中的介绍。当启动 Timer 的捕获模式时，需要设置对应的工作模式选择位即可，而相应工作模式选择位写入 000B 时，即使其停止工作。而每一个捕获器都有对应的脉宽捕获值低字节寄存器（ P_TMRx_Cap:x=0~5 ），高字节寄存器（ P_TMRx_CapHi:x=0~5 ），以及周期捕获值寄存器（ P_TMRx_CapCycle8:x=0~5 ）；而定时 / 计数器 5 有 16 位脉宽 / 周期捕获器的工作模式，所以定时 / 计数器 5 还有两个寄存器分别对应 16 位周期捕获值的寄存器：定时 / 计数器 5 周期捕获值的 低字节（ P_TMR5_CapCycleLo ），以及定时 / 计数器 5 周期捕获值的 高字节（ P_TMR5_CapCycleHi ）。 捕获器 x 脉宽捕获值的低字节 P_TMRx_Cap （ x=0~5 ） 捕获器 x 脉宽捕获值低字节寄存器（ P_TMRx_Cap ）是与定时 / 计数器 x 的重载值低字节寄存器映射到了同一地址上；不过，当定时 / 计数器工作在捕获器的模式下时，写脉宽捕获值的高、低字节寄存器是没有意义的。与前面所述一样，当 Timer 工作在 8 位捕获器模式下时，其相关寄存器中，低字节寄存器有效，即捕获器脉宽捕获值寄存器组中，只有低字节的寄存器 P_TMRx_Cap 有效；其它有高低字节寄存器之分的 Timer 相关寄存器也一样。 寄存器 P_TMRx_Cap 和 P_TMRx_CapHi 的默认初始值都为 #00h ： 表 5 . 13 捕获器 x 脉宽捕获值的低字节寄存器 P_TMRx_Cap
Bit [7:0] 写： TxPL [7:0] 定时 / 计数器 x 重载值的低字节 TxPL [7:0] (W) Bit [7:0] 读： TxCW [7:0] 捕获器 x 脉宽捕获值的低字节 TxCW [7:0] (R) 捕获器 x 脉宽捕获值的高字节寄存器 P_TMRx_CapHi （ x=0~5 ） 表 5 . 14 捕获器 x 脉宽捕获值高字节寄存器 P_TMRx_CapHi
Bit [7:0] 写： TxPL [15:8] 定时 / 计数器 x 重载值的高字节 TxPL [15:8] (W) Bit [7:0] 读： TxCW [15:8] 捕获器 x 脉宽捕获值的高字节 TxCW [15:8] (R) 捕获器 x 周期捕获值寄存器 P_TMRx_CapCycle8 （ x=0~5 ） 捕获器 x 周期捕获值寄存器（ P_TMRx_CapCycle8 ）映射到了对应的脉宽捕获值高字节寄存器（ P_TMRx_CapHi ）。当 Timer 工作在 8 位脉宽 / 周期捕获器模式下时，读对应的 P_TMRx_CapCycle8 可获取捕获的 8 位周期捕获值，写该寄存器没有意义。该寄存器默认初始值为 #00h 。 表 5 . 15 捕获器 x 周期寄存器 P_TMRx_CapCycle8
Bit [7:0] 写： TxPL [15:8] 定时 / 计数器 x 重载值 TxPL [15:8] (W) Bit [7:0] 读： TxCC [7:0] 捕获器 x 周期捕获值 TxCC [7:0] (R) 而 Timer5 可以工作在 16 位的脉宽 / 周期捕获器模式下，所以 Timer5 还多出了两个寄存器用于存放捕获的 16 位周期捕获值。这两个寄存器默认初始值都为 #00h 。 定时 / 计数器 5 周期捕获值的低字节寄存器 P_TMR5_CapCycleLo （ $25 ， R ） 定时 / >计数器 5 周期捕获值的高字节寄存器 P_TMR5_CapCycleHi （ $5F ， R ） 捕获控制寄存器 P_CAP_Ctrl （ $58 ， R/W ） 写捕获控制寄存器（ P_CAP_Ctrl ）可以设置对应的定时 / 计数器工作在捕获器模式下时的一些特性，如捕获数据保持选择、中断触发极性选择等。 P_CAP_Ctrl 在复位后默认值为 #00h ，该寄存器各个位的功能请参考 表 5.16 ： 表 5 . 16 捕获控制寄存器 P_CAP_Ctrl （ $58 ， R/W ）
Bit 7 CAPOPT：捕获数据保持选择位 5.4.3 8位捕获器工作模式 当 Timer 处于 8 位捕获模式下时，建议将中断触发与捕获器的触发沿极性设置成相同的极性。比如，如果捕获器的触发沿设置为下降沿（ CAPxES=1 ），中断触发也是下降沿（ CAPIPx = 1 ），并且 CAPOPT=0 （收到新数据后更新捕获数据），这样，一旦捕获器输入管脚上有下降沿输入时，计数器马上清除。在接下来的一个上升沿来临时，计数器的值即脉宽值被立即送入寄存器 P_TMRx_Cap 中，然后接着继续计数。在下一个下降沿到来时， 计数器的值即周期值又被送入寄存器 P_TMRx_CapCycle8 中，同时中断标志 CAPxIF 置位，然后计数器清零又重新开始计数，进行下一个捕获操作。如果 CAPOPT=1 ，并且没有对存放脉宽值或周期值的寄存器进行读操作，那么即使有新数据，这两个寄存器的值也不会被更新，除非进行读操作。 另外，如果捕获脉宽大于计数器所能表示的最大值时，可以用定时 / 计数器的溢出中断来辅助计数。例如：如果捕获的脉宽信号大于定时 / 计数器最大计数值 (FFh) ，那么，当定时 / 计数器计数到 FFH 时，发生溢出中断，中断次数加 1 ，同时，定时 / 计数器继续计数。当计数完毕，可以根据中断次数和当前计数值计算出正确的捕获值。 8 位捕获模式和 16 位捕获模式有所不同。在 16 位捕获模式下（捕获器 5 除外），只能进行脉宽测量，因为捕获器必须占用两个字节的 8 位寄存器来保存 16 位的脉宽捕获值。但是在 8 位捕获模式下，既可以进行脉宽测量也可以进行周期测量。 8 位捕获器操作时序请参考 图 5.10 ：
图 5 . 10 8 位捕获器操作时序 捕获器模块为用户提供了一个输入信号保持功能。将 P_CAP_Ctrl 的捕获数据保持选择位设置为 1 就可以进行一次性输入信号捕获，捕获器的捕获值（脉宽 / 周期）寄存器一直会保持这个捕获信号的值，直到将该信号读出。然后再进行第二次捕获、保持、读出，如此循环。可以利用该功能进行脉宽和周期的测量。 8 位脉宽捕获和保持的操作时序请参考 图 5.11 。
图 5 . 11 8 位脉宽捕获和保持操作 8 位脉宽捕获和周期捕获的计算公式如下：
【例 6-5 】： 将 Timer 0 设置为 8 位捕获模式：
5.4.4 16 位捕获器工作模式 当 Timer 处于 16 位捕获模式下时，建议将中断触发极性与捕获器计数清除极性设置成相反。例如：如果捕获器触发沿设置为下降沿（ CAPxES=1 ），那么捕获中断就设置成上升沿触发（ CAPIPx = 0 ），并且 CAPOPT=0 （收到新数据后更新捕获数据），这样，一旦捕获器输入管脚上有下降沿输入时，计数器马上清除。在接下来的一个上升沿来临时，计数器的值即脉宽值被立即送入寄存器 P_TMRx_Cap 和 P_TMRx_CapHi 中，并且产生捕获中断，然后接着继续计数。在下一个下降沿到来时，计数器清零又重新开始计数，进行下一个捕获操作。如果 CAPOPT=1 ，并且没有对存放捕获值的寄存器进行读操作，那么即使有新数据，寄存器的值也不会被更新，直到对其进行读操作后才会再次更新。 另外，如果捕获脉宽大于定时 / 计数器所能表示的最大值时，可以用定时 / 计数器的溢出中断来辅助计数。例如：如果捕获的脉宽信号大于定时 / 计数器 1 最大计数值（ #FFFFh ），那么，当定时 / 计数器计数到 #FFFFh 时，发生溢出中断，中断次数加 1 ，同时，定时 / 计数器继续计数。当计数完毕，可以根据中断次数和当前计数值计算出正确的脉宽值。 由于 16 位捕获器只能进行脉宽捕获（捕获 5 除外），所以，当需要测量周期时，可由软件处理来实现。即：改变捕获中断的触发极性。在下一次捕获中断到来的时候捕获到信号的周期值。如 图 5.12 所示为 16 位捕获器的操作原理。
图 5.12 16 位捕获器的操作原理 16 位脉宽捕获计算方法如下：
【例 6-6 】 ：将 Timer 1 设置为 16 位捕获模式
5.4.5 捕获中断 捕获器相关中断如下： • Timer 0 捕获中断 • Timer 1 捕获中断 • Timer 2 捕获中断 • Timer 3 捕获中断 • Timer 4 捕获中断 • Timer 5 捕获中断 下面是设置 Timer 捕获中断的几个步骤： 1. 执行指令 “SEI ” 关闭总的中断开关； 2. 决定采用 8 位还是 16 位的捕获方式并选择一个合适的 Timer x (x=0~5) ； 3. 设置所选的 Timer 的相关寄存器； 4. 在 寄存器 P_INT_Ctrl0 （ $0D ）、 P_INT_Ctrl1($0F) 中使能该 Timer 捕获中断； 5. 执行指令 “ CLI ”打开总的中断开关 ； 6. 设置完毕，等待捕获中断产生。 【例 6-7 】： 将 Timer 1 设置为 16 位捕获模式并查询捕获中断。
SPMC65 系列单片机的 6 个 Timer 都可以通过相应控制寄存器的设置，使其工作在比较模式（ Compare ）。即当某一个 Timer 被设置为比较模式时，相应的管脚就会输出占空比为 50 ％的方波。 SPMC65 系列单片机的比较模式简介请参考 表 5.17 。 表 5 . 17 SPCM65 系列单片机比较模式简介
当 Timer x 作为 8/16 位比较输出时，相应的管脚（如 Timer 0 的 PB2 ）便会输出精度为 8/16 位的方波，并且可以进行 7 级分频选择。比较功能的计数初值在 Timer x （ x=0~5 ）的比较值寄存器 P_TMRx_Comp 和 P_TMRx_CompHi （ 16 位模式中有）中设置。比较模式设置后，计数器从设置的初始值开始计数，当计数器发生第一次溢出时，在相应比较管脚上输出一个高电平，然后载入初始值重新开始计数，当计数器发生第二次溢出时，又在相应比较管脚上输出一个低电平，第三次溢出会再次输出一个高电平，依次不断循环。也就是说，相应管脚会一直输出占空比为 50 ％的方波。 5.5.2 比较模式控制寄存器 SPMC65 系列单片机的 Timer 可通过设置控制寄存器，使其工作在比较模式下；设置 Timer x 控制寄存器 0 （P_TMRy_z_Ctrl0:y=0,2,4;z=1,3,5 ）可选择比较器的工作模式，设置 Timer x 控制寄存器 1 （ P_TMRy_z_Ctrl1:y=0,2,4;z=1,3,5 ）可选择计数频率。控制寄存器 0 和 1 的各个位功能，以及设置方法请参考前面小节中的介绍。 每一个 Timer 工作在 8/16 比较模式下时，都有对应的比较值低字节寄存器（ P_TMRx_Comp ），高字节寄存器（ P_TMRx_CompHi ）（ 16 位比较模式下才有效）。而 6 个 Timer 对应的比较值寄存器都是类似的。 Timer x 比较器比较值低字节寄存器 P_TMRx_Comp （ x=0~5 ） Timer x 比较模式比较值的低字节寄存器（ P_TMRx_Comp ）以及高字节寄存器（ P_TMRx_CompHi ）实际上与 Timer x 所对应的重载值（或计数值）低字节、高字节寄存器对应同一地址；所以对其写操作时，也需要按照从高字节寄存器到低字节寄存器的顺序。 P_TMRx_Comp 和 P_TMRx_CompHi 默认初始值为 #00h 。表 5 . 18 Timer x 比较模式比较值低字节寄存器 P_TMRx_Comp
Bit [7:0] 写： TxCP [7:0] Timer x 比较模式 比较值 的低字节 TxCP [7:0] (W) Bit [7:0] 读： TxCN [7:0] 定时 / 计数器 x 计数值 的低字节 TxCN [7:0] (R) Timer x 比较器比较值高字节寄存器 P_TMRx_CompHi （ x=0~5 ） 表 5 . 19 Timer x 比较器比较值高字节寄存器 P_TMRx_CompHi
Bit [7:0] 写： TxCP [15:8] Timer x 比较模式比较值的高字节 TxCP [15:8] (W) Bit [7:0] 读： TxCN [15:8] 定时 / 计数器 x 计数值的高字节 TxCN [15:8] (R) 5.5.3 8 位比较模式 8 位比较模式时序见 图 5.13 。下面以 Timer 0 的 8 位比较模式为例介绍： 首先将寄存器 P_TMR0_1_Ctrl0 （ $12 ）的 T0FS[2 ： 0] 位设置为“ 010” ；并在寄存器 P_TMR0_Comp （ $13 ）中设置好计数初值；比较输出功能使能后，计数器从设置的初始值开始计数，当计数器发生第一次溢出时， PB2 管脚上输出一个高电平。如果 Timer 0 的溢出中断使能，此时会产生溢出中断。然后载入初始值重新开始计数，当计数器发生第二次溢出时， PB2 管脚上输出一个低电平，第三次溢出会再次输出一个高电平，依次不断循环。也就是说， PB2 管脚会一直输出占空比为 50 ％的方波。比较输出频率计算公式如下：
图 5 . 13 8 位比较器输出时序 【例 6-8 】： 将 Timer 0 设置为 8 位比较模式
5.5.4 16 位比较 模式 16 位比较模式与 8 位比较模式相似，唯一不同的是 16 位比较模式用两个计数寄存器进行 16 位计数，详细的 16 位比较模式时序请参考 图 5.14 。下面以 Timer 1 的比较模式为例介绍： 首先将计数初值的高 8 位放入寄存器 P_TMR1_CompHi ($16) 中，低 8 位放入寄存器 P_TMR1_Comp ($15) ，再将寄存器 P_TMR0_1_Ctrl0 ($12) 中的 T1FS[2 ： 0] 位设置为 “101” 。计数器开始计数，当计数器发生第一次溢出时， PB3 管脚上输出一个高电平。如果 Timer 1 的溢出中断使能，此时会产生溢出中断。 然后载入初始值重新开始计数，当计数器发生第二次溢出时， PB3 管脚上输出一个低电平，第三次溢出会再次输出一个高电平，依次不断循环。也就是说， PB3 管脚会一直输出占空比为 50 ％的方波。 16 位比较输出频率计算见公式如下：
图 5 . 14 16 位比较器输出时序
【例 6-9 】： 将 Timer 1 设置为 16 位比较模式并产生输出波形
• 比较器中断 比较中断实际上就是对应 Timer 的定时器溢出中断，而与比较器相关的中断有 5 个，如下： • Timer 0 比较中断 • Timer 1 比较中断 • Timer 2 比较中断 • Timer 3 比较中断 • Timer 4 比较中断 • Timer 5 比较中断 下面是设置 Timer 比较中断的几个步骤： 1. 执行指令 “SEI ” 关闭总的中断开关； 2. 决定采用 8 位还是 16 位的比较模式并选择一个合适的 Timer x (x=0~5) ； 3. 设置所选的 Timer 的相关寄存器； 4. 在寄存器 P_INT_Ctrl1($0F) 中使能该 Timer 的比较中断； 5. 执行指令 ”CLI” 打开总的中断开关； 6. 设置完毕，等待比较中断产生。5.6.1 SPMC65 系列单片机 Timer 的 PWM 模式 SPMC65 系列单片机的 6 个 Timer 都可以通过相应控制寄存器的设置，使其工作在 PWM 模式。 Timer 作为 PWM 输出使用有三种类型（即对应三种类型的 Timer ）。比如， Timer 0/2/4 只能作为 8 位 PWM 输出； Timer 1/3 可以输出 12 位 PWM ； Timer 5 可以输出 16 位 PWM 。 SPMC65 系列单片机的 PWM 功能简介请参考 表 5.20 。 注： PWM 输出即输出频率、占空比均可调的方波。 表 5 . 20 SPMC65 系列单片机定时 / 计数器 PWM 功能简介
表 5 . 21 分频后的几种 PWM 输出频率对照表
注：系统时钟为 8MHz 。
5.6.2 PWM 模式控制寄存器 SPMC65 系列单片机的 Timer 可通过设置控制寄存器，来使其工作在 PWM 模式下；设置 Timer 控制寄存器 0 （ P_TMRy_z_Ctrl0:y=0,2,4;z=1,3,5 ）可选择 PWM 的工作模式，设置定时 / 计数器控制寄存器 1 （ P_TMRy_z_Ctrl1:y=0,2,4;z=1,3,5 ）可选择计数频率。控制寄存器 0 和 1 的各个位功能，以及设置方法请参考前面小节中的介绍。 而每一个定时 / 计数器工作在 8/12/16 位 PWM 模式下时，都有对应的周期值寄存器、占空比值寄存器。而在三类 PWM 模式中，只详细介绍每种类型 PWM 模式对应的其中一个定时 / 计数器的 PWM 模式相关寄存器，同类型的可以定时 / 计数器的 PWM 相关控制寄存器在功能、设置上是类似的。 1 ， 8 位 PWM 模式 Timer x PWM 周期值寄存器 P_TMRx_PWMPeriod （ x=0,2,4 ） Timer 的 PWM 模式为 8 位时，在一定计数频率的情况下，可以写入不同的值到 Timer x 的 PWM 周期值寄存器（ P_TMRx_PWMPeriod ），以改变所输出 PWM 信号的周期。 P_TMRx_PWMPeriod 寄存器默认初始值为 #00h ，该寄存器具体功能请参考 表 5.22 ： 表 5 . 22 Timer x PWM 周期值寄存器 P_TMRx_PWMPeriod
Bit [7:0]: TxPP [7:0] ： Timer x PWM 周期值 TxPP [7:0] (8 位 PWM 模式 ) Timer x PWM 占空比寄存器 P_TMRx_PWMDuty （ x=0,2,4 ） Timer x PWM 占空比寄存器（ P_TMRx_PWMDuty ），设置 PWM 输出信号的占空比，该寄存器默认初始值为 #00h ，其具体的功能请参考： 表 5 . 23 Timer x PWM 占空比寄存器 P_TMRx_PWMDuty
Bit [7:0] TxPD [7:0]: Timer x PWM 占空比值 TxPD [7:0] (8 位 PWM 模式 ) 注： Timer 工作在 8 位 PWM 模式下，使能 8 位 PWM 模式时，先写寄存器 P_TMRx_PWMDuty ，再写寄存器 P_TMRx_PWMPeriod 。2 ， 12 位 PWM 模式 Timer x PWM 周期值低字节寄存器 P_TMRx_PWMPeriod （ x=1,3 ） Timer 的 PWM 模式为 12 位时，除了有低字节的周期值寄存器、占空比值寄存器外，还占用了一个字节的寄存器，为周期值和占空比值的高 4 位共用。定时 / 计数器 1 的这 3 个寄存器默认初始值为 #00h ，其具体功能请参考下面的表。 表 5 . 24 Timer x PWM 周期值低字节寄存器 P_TMRx_PWMPeriod
Bit [7:0] TxPP [7:0] ： Timer x PWM 周期值的低字节 TxPP [7:0] (12 位 PWM 模式 ) Timer x PWM 占空比 / 周期值高 4 位寄存器 P_TMRx_DutyPeriod （ x=1,3 ） 表 5 . 25 Timer x PWM 占空比 / 周期值高 4 位寄存器 P_TMRx_DutyPeriod
Bit [7:4] TxPD [11:8] ： Timer x PWM 占空比值的高 4 位 TxPD [11:8] (12 位 PWM 模式 ) Bit [3:0] TxPP [11:8] ： Timer x PWM 周期值 的高 4 位 TxPP [11:8] (12 位 PWM 模式 ) Timer x PWM 占空比值低字节寄存器 P_TMRx_PWMDuty （ x=1,3 ） 表 5 . 26 Timer x PWM 占空比值低字节寄存器 P_TMRx_PWMDuty
Bit [7:0] TxPD [7:0]: Timer x PWM 占空 比值的低字节 TxP D [7:0] (12 位 PWM 模式 ) 注：写入数据顺序要按照从高字节到低字节的顺序写。 12 位 PWM 模式如： • 更新周期值时，先写 P_TMR1_DutyPeriod ，然后再写 P_TMR1_PWMPeriod • 更新占空比时，先写 P_TMR1_DutyPeriod ，然后再写 P_TMR1_PWMDuty3 ， 16 位 PWM 模式 Timer 5 的 PWM 模式为 16 位的，其周期值、占空比值寄存器各占两个字节，分别用于存放高字节、低字节的数值；这 4 个寄存器默认初始值为 #00h 。 Timer 5 PWM 周期值低字节寄存器 P_TMR5_PWMPeriodLo （ $23 ， R/W ） Timer 5 PWM 周期值高字节寄存器 P_TMR5_PWMPeriodHi （ $24 ， R/W ） Timer 5 PWM 占空比值低字节寄存器 P_TMR5_PWMDutyLo （ $25 ， R/W ） Timer 5 PWM 占空比值高字节寄存器 P_TMR5_PWMDutyHi （ $5F ， R/W ） 注：写入数据顺序要按照从高字节到低字节的顺序写 16 位 PWM 模式如： • 更新周期值时，先写 P_TMR5_DutyPeriodHi ，然后再写 P_TMR5_PWMPeriodLo • 更新占空比时，先写 P_TMR5_DutyPeriodHi ，然后再写 P_TMR5_PWMDutyLo 5.6.3 8 位 PWM 工作模式 SPMC65 系列单片机中， Timer 0/2/4 属于第一种 ( 类型 I) — 8 位 PWM 。当 TxFS[2:0] 设置为 111 后， Timer x 就工作在 8 位 PWM 模式下，相应的管脚 ( 例如，定时 / 计数器 0 对应 PB2) 自动成为 PWM 输出管脚。 PWM 周期在寄存器 P_TMRx_PWMPeriod 中设置；占空比在寄存器 P_TMRx_PWMDuty 中设置；在 8 位 PWM 模式下，使能 8 位 PWM 功能后用户必须首先写寄存器 P_TMRx_PWMDuty ，然后再写寄存器 P_TMRx_PWMPeriod 。时钟的分频系数由 TxPSS[2:0] 位选择。当 PWM 使能后，计数器载入计数初值（ P_TMRx_PWMPeriod 的值），开始计数，同时，相应的管脚输出低电平。在计数过程中，计数值不断的和占空比值（ P_TMRx_PWMDuty 的值）进行比较，相等时， PWM 管脚输出电平翻转，为高电平。计数器继续计数，直到溢出，此时一个周期的方波输出完成。接着， PWM 管脚再次翻转，输出低电平，计数器重新载入计数初值开始计数，产生下一个 PWM 输出，依次不断循环。 如 图 5.15 所示为 8 位 PWM 模式原理框图。PWM 周期和占空比计算如下：
图 5 . 15 8 位 PWM 模式原理框图
图 5 . 16 8 位 PWM 操作时序
【例 6-10 】： 将 Timer 0 设置为 8 位 PWM 模式
5.6.4 12位 PWM 工作模式 SPMC65 系列单片机中， Timer 1/3 属于第二种 ( 类型 II ) — 12 位 PWM 。当 TxFS[2:0] 设置为 111 后， Timer x 就成为 12 位 PWM 发生器，相应的管脚 ( 如： Timer 1 对应 PB3) 自动成为 12 位 PWM 输出管脚。 PWM 周期在寄存器 P_TMRx_PWMPeriod 和 P_TMRx_DutyPeriod [3:0] 中设置；占空比在寄存器 P_TMRx_DutyPeriod [7:4] 和 P_TMRx_PWMDuty. 中设置；时钟的分频系数由 TxPSS[2:0] 位选择。当 PWM 使能后，计数器载入计数初值（ P_TMRx_PWMPeriod 的值），开始计数，同时，相应的管脚输出低电平。在计数过程中，计数值不断的和占空比值 {P_TMRx_DutyPeriod [7:4], P_TMRx_PWMDuty [7:0]} 进行比较，相等时， PWM 管脚输出电平翻转，为高电平。计数器继续计数，直到溢出，此时一个周期的方波输出完成。接着， PWM 管脚再次翻转，输出低电平，计数器重新载入计数初值开始计数，产生下一个 PWM 输出，依次不断循环。 一般 8 位 CPU ，总线宽度为 8 位，通常无法直接访问 16 位的数据。因此，在 12 位 PWM 模式下，用户需要先写入高字节寄存器 P_TMRx_DutyPeriod (MSB byte) 并被缓冲器自动保存，然后再写入低字节 P_TMRx_PWMPeriod ( 周期 ) / P_TMRx_PWMDuty ( 占空比 ) ，直到 12 位数据全部写入，缓冲器的值才会直正载入到寄存器当中，这样缓冲器中的高字节和低字节将会同时载入定时 / 计数器 x 中去。 注： x=1,3 如 图 5.17 所示为 12 位 PWM 模式原理框图。PWM 周期和占空比计算公式如下：
图 5 . 17 12 位 PWM 输出原理框图
图 5 . 18 12 位 PWM 操作時序
【例 6-11 】： 将定 Timer 1 设置为 12 位 PWM 模式
5.6.5 16 位 PWM 工作模式 SPMC65 系列单片机中， Timer 5 属于第三种 ( 类型 III ) — 16 位 PWM 。当 T5FC [2:0] 设置为 111 后， 一般 8 位 CPU ，总线宽度为 8 位，通常无法直接访问 16 位的数据。因此，在 16 位 PWM 模式下，周期值寄存器和占空比值寄存器也分别占用了高字节寄存器（ MSB byte ）和低字节寄存器（ LSB byte ）；在设置周期值寄存器和占空比值寄存器时，也需要按照先写高字节寄存，然后再写低字节寄存器的顺序。 如 图 5.19 所示为 16 位 PWM 输出原理框图。而 Timer 5 的 PWM 模式的操作时序与其它类型 PWM 模式的类似，具体可以参考前面有 8/12 位 PWM 模式的介绍。PWM 周期和占空比计算公式如下：
图 5 . 19 16 位 PWM 输出原理框图 【例 6-12 】： 将 Timer 5 设置为 16 位 PWM 模式
5.6.6 PWM 中断 与 PWM 操作相关的中断如下： • Timer 0 溢出中断 • Timer 1 溢出中断 • Timer 2 溢出中断 • Timer 3 溢出中断 • Timer 4 溢出中断 • Timer 5 溢出中断 下面是设置 PWM 中断的几个步骤： 1. 执行指令 “SEI ” 关闭总的中断开关； 2. 决定采用 8 位还是 12 位或是 16 位的 PWM 方式并选择一个合适的 Timer ； 3. 设置与 PWM 操作相关寄存器； 4. 在寄存器 P_INT_Ctrl1($000Fh) 中使能该 Timer 溢出中断（ PWM 中断）； 5. 执行指令 ”CLI” 打开总的中断开关； 6. 设置完毕，等待 PWM 中断产生。 SPMC65 系列单片机的 PWM 中断应用可参考对应定时 / 计数器的中断应用。 |
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