TI Stellaris LM4F 定时器(Timer)指南

2019-07-14 14:36发布

本帖最后由 TI_MCU 于 2011-12-1 00:31 编辑

TI Stellaris LM4F 定时器(Timer)指南
[作者: Richard Ma]
[Email: mxschina@gmail.com]

TI Stellaris LM4F定时器指南(Timer).pdf (548.27 KB, 下载次数: 589) 2011-12-1 00:22 上传点击文件名下载附件
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Texas Instruments在Stellaris LM4F上提供了更多更强大的定时器(Timer)模块，除了传统的32/16-bit定时器，更增加了64/32-bit定时器。这些定时器均支持定时器(Timer)模式、捕捉(Capture)模式以及PWM模式。本文主要介绍Timer和Capture模式的用法。

1.功能介绍
LM4F的定时器模块有两种，一种是32/16-bit的，另一种是64/32-bit的。每一个定时器模块，可以单独工作(如32/16-bit作为32-bit定时器使用)，或拆为两个独立定时器A和B进行工作(如32/16-bit作为两个16-bit定时器使用)。

下表对定时器模块支持的功能做了一个汇总：

2.定时器模式(Timer)
2.1.单次运行与连续运行模式
定时器的基本功能为计数(包括加计数和减计数两种)，Stellaris LM4F中以系统时钟为计数节拍(当计数器被拆分使用时可以使用预分频功能，为了简单起见这里不作讨论)。当加计数时，计数器由零开始，逐步加一，直到到达用户预设值；减计数则由某一用户预设值开始，逐步减一，直到计数为零。每当计数完成，则会置相应的状态位(包括中断)，提示计时完成。

单次运行与连续运行工作时没有区别，不同的是单次运行在完成一次计时后会自动停止，连续模式下定时器会自动从计数起点开始(根据计数方向为零或用户设定值)继续计时。

2.2.定时器程序设置
让定时器模块正常工作起来需要以下几步：

1)启用时钟模块
使用SysCtlPeripheralEnable函数启用相应的定时器模块。

程序示例：
      SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_WTIMER0);

在StellarisWare中，32/16-bit定时器模块为TIMER，64/32-bit定时器模块为WTIMER (Wide Timer)。除了名字不同、计数范围不同外没有其它区别。

2)设置时钟模块工作模式
使用TimerConfigure函数对定时器模块的工作模式进行设置，将其设置为定时器功能。

程序示例：
      TimerConfigure(TIMER0_BASE,TIMER_CFG_ONE_SHOT);
      TimerConfigure(WTIMER2_BASE,TIMER_CFG_SPLIT_PAIR | TIMER_CFG_A_ONE_SHOT |TIMER_CFG_B_PERIODIC);

在不拆分的情况下，可以用下面参数中的一个将模块设置成所需的定时器模式：
      TIMER_CFG_ONE_SHOT – 单次减计数模式
      TIMER_CFG_ONE_SHOT_UP – 单次加计数模式
      TIMER_CFG_PERIODIC – 连续减计数模式
      TIMER_CFG_PERIODIC_UP – 连续加计数模式
      TIMER_CFG_RTC – 实时时钟模式

如果需要将计时器拆分，则需使用参数TIMER_CFG_SPLIT_PAIR然后用“|”号连接被拆分定时器A、B的设置。如果只使用了一个可以只设置用到的那个。拆分出来的定时器A和B的设置方法是一样的，只是函数名中各自用A和B：
      TIMER_CFG_A_ONE_SHOT – 定时器A单次减计数
      TIMER_CFG_A_ONE_SHOT_UP –定时器A单次加计数
      TIMER_CFG_A_PERIODIC – 定时器A连续减计数
      TIMER_CFG_A_PERIODIC_UP – 定时器A连续加计数

      TIMER_CFG_B_ONE_SHOT – 定时器B单次减计数
      TIMER_CFG_B_ONE_SHOT_UP –定时器B单次加计数
      TIMER_CFG_B_PERIODIC – 定时器B连续减计数
      TIMER_CFG_B_PERIODIC_UP – 定时器B连续加计数

3)设置时钟的计数范围
使用TimerLoadSet、TimerLoadSet64函数可以为计数设置范围。设置未拆分使用的64/32-bit定时器模块，需要使用TimerLoadSet64函数，对其它模块、其它状况的设置使用TimerLoadSet函数。计数范围为设置值到零(加计数: 0~预设值，减计数: 预设值~0)。

程序示例：
      TimerLoadSet64(TIMER3_BASE, 80000);
      TimerLoadSet(WTIMER0_BASE, TIMER_B, 10000);

4)启动时钟
使用TimerEnable函数启动定时器。可以用的参数有TIMER_A、TIMER_B和TIMER_BOTH。可以分别或同时启动A、B定时器。如果定时器没有拆分，直接使用TIMER_A即可。

程序示例：
      TimerEnable(WTIMER0_BASE, TIMER_B);

2.3.定时器读取及中断设置
1)计数值读取
可以使用TimerValueGet函数和TimerValueGet64函数获得定时器当前的计数值。需要注意的是TimerValueGet64返回的是64位结果。

程序示例：
      long val = TimerValueGet(TIMER1_BASE, TIMER_A);
      long long timer_val = TimerValueGet64(WTIMER3_BASE);

2)中断设置
一般定时器多用中断响应以满足时间要求。可以用TimerIntRegister向系统注册中断处理函数，用TimerIntEnable来允许某个定时器的中断请求。需要注意的是，在M4中还应该用IntEnable在系统层使能定时器的中断。当然，系统总中断开关也必须用IntMasterEnable使能。

TimerIntEnable在该模式下可以支持：
      TIMER_TIMA_TIMEOUT
      TIMER_TIMB_TIMEOUT

程序示例：
      TimerIntRegister(WTIMER0_BASE, TIMER_B, WTimer0BIntHandler);
      IntMasterEnable();
      TimerIntEnable(WTIMER0_BASE, TIMER_TIMB_TIMEOUT);
      IntEnable(INT_WTIMER0B);

在Timer中断中，需要手工清除中断标志位，可以使用如下代码：
      unsignedlong ulstatus = TimerIntStatus(TIMER4_BASE, TIMER_TIMA_TIMEOUT |TIMER_TIMB_TIMEOUT);
      TimerIntClear(TIMER4_BASE,ulstatus);

2.4.示例程序
下面的程序利用定时器每隔一秒向串口发送一个计数：

// Stellaris硬件定义及StellarisWare驱动定义头文件
#include "inc/hw_memmap.h"
#include "inc/hw_types.h"
#include "inc/hw_timer.h"
#include "inc/hw_ints.h"
#include "driverlib/timer.h"
#include "driverlib/interrupt.h"
#include "driverlib/sysctl.h"
#include "driverlib/gpio.h"
#include "utils/uartstdio.h"
// 用于记录进入定时器中断的次数
unsigned long g_ulCounter = 0;
// 初始化UART的函数
extern void InitConsole(void);
// 定时器的中断处理函数
Void WTimer0BIntHandler(void)
{
// 清除当前中断标志
TimerIntClear(WTIMER0_BASE, TIMER_TIMB_TIMEOUT);
// 更新进入中断次数的计数
g_ulCounter++;
}
// 主程序
int main(void)
{
// 用来记录上次计数以判断是否计数改变
unsigned long ulPrevCount = 0;
// 设置LM4F时钟为50MHz
SysCtlClockSet(SYSCTL_SYSDIV_4 | SYSCTL_USE_PLL | SYSCTL_OSC_MAIN | SYSCTL_XTAL_16MHZ);
// 使能64/32-bit的时钟模块WTIMER0
SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_WTIMER0);
// 初始化UART
InitConsole();
// 打印程序信息
UARTprintf("32-Bit Timer Interrupt ->");
UARTprintf(" Timer = Wide Timer0B");
UARTprintf(" Mode = Periodic");
UARTprintf(" Rate = 1s ");
// 设置WTimer0-B模块为连续减计数
TimerConfigure(WTIMER0_BASE, TIMER_CFG_SPLIT_PAIR | TIMER_CFG_B_PERIODIC);
// 设置定时器的计数值，这里用系统频率值，即每秒一个中断
TimerLoadSet(WTIMER0_BASE, TIMER_B, SysCtlClockGet());
// 设置WTimer0-B的中断处理函数
TimerIntRegister(WTIMER0_BASE, TIMER_B, WTimer0BIntHandler);
// 启用系统总中断开关
IntMasterEnable();
// 启用WTimer0-B超时中断
TimerIntEnable(WTIMER0_BASE, TIMER_TIMB_TIMEOUT);
// 在系统层面(NVIC)使能WTimer0-B中断
IntEnable(INT_WTIMER0B);
// 启动定时器
TimerEnable(WTIMER0_BASE, TIMER_B);
while(1)
{
// 循环等待WTimer0-B中断更新g_ulCounter计数
// 若计数改变则进行UART输出
if(ulPrevCount != g_ulCounter)
{
// UART输出计数值
UARTprintf("Number of interrupts: %d ", g_ulCounter);
ulPrevCount = g_ulCounter;
}
}
}

复制代码
3.捕捉模式(Capture)
3.1.边沿计数模式
3.1.1.功能介绍
计时器模块可以通过器件的I/O脚来捕捉电平边沿，支持分别捕捉上升沿、下降沿，以及同时捕捉上升下降沿。硬件层面上对电平保持时间的要求是宽度要大于2个时钟周期。在这个模式下，因为可以使用分频器 (Prescaler)，计数范围扩大到24/48-bit(64-bit未拆分模式下不可以用Capture)。

边沿计数值也可以加计数、减计数。加计数的计数范围为从零到用户预设的(Match)值。减计数的范围为从预设(Preload)值到预设(Match)值。

加计数与减计数模式的另一个重要差异是计数终止时的差异。加计数模式下，计数器会自动清零并自动重新开始计数；减计数模式下，计数器会自动重新载入用户预设(Preload)值，但计数会停止，需要用户重新手工使能计数。不同模式如下表所示：

当计数结束时，定时器模块会产生中断通知系统。中断标志位需要在中断处理函数中手工清除。

3.1.2.边沿计数程序设置
要让定时器模块工作在捕捉-边沿计数模式下，主要需要以下几步：
1)I/O管脚配置
边沿的捕捉需要将I/O脚作为定时器模块的捕捉输入使用，并配置相应的驱动类型(上拉、下拉或者开漏等)。

首先使用GPIOPinConfigure函数为I/O配置使用定时器输入功能(TnCCP0或TnCCP1)，在pinmap.h头文件里可以找到针对不同器件的管脚定义。如GPIOPinConfigure(GPIO_PM0_T4CCP0)表示将GPIO_M的第0脚作为Timer4A的捕捉输入。

接下来使用GPIOPinTypeTimer函数和GPIOPadConfigSet函数完成GPIO的其它设置。

程序示例：
      GPIOPinConfigure(GPIO_PM0_T4CCP0);
      GPIOPinTypeTimer(GPIO_PORTM_BASE,GPIO_PIN_0);
      GPIOPadConfigSet(GPIO_PORTM_BASE,GPIO_PIN_0, GPIO_STRENGTH_2MA, GPIO_PIN_TYPE_STD_WPU);

2)配置定时器模块为捕捉-边沿计数模式
使用TimerConfigure函数对定时器模块进行设置，因为定时器只能在拆分时作为捕捉(Capture)模式使用，所以
TIMER_CFG_SPLIT_PAIR是必须的，然后可以使用下列参数分别设置边沿计数模式：
      TIMER_CFG_A_CAP_COUNT – 模块A捕捉-边沿减计数模式
      TIMER_CFG_A_CAP_COUNT_UP – 模块A捕捉-边沿加计数模式
      TIMER_CFG_B_CAP_COUNT – 模块B捕捉-边沿减计数模式
      TIMER_CFG_B_CAP_COUNT_UP – 模块B捕捉-边沿加计数模式

程序示例：
      TimerConfigure(TIMER4_BASE, TIMER_CFG_SPLIT_PAIR | TIMER_CFG_A_CAP_COUNT);

3)设置要捕捉的边沿
使用TimerControlEvent函数设置要捕捉的边沿，可以捕捉的边沿有：
      TIMER_EVENT_POS_EDGE – 只捕捉上升沿
      TIMER_EVENT_NEG_EDGE – 只捕捉下降沿
      TIMER_EVENT_BOTH_EDGES – 同时捕捉上升和下降沿

程序示例：
      TimerControlEvent(TIMER4_BASE, TIMER_A, TIMER_EVENT_NEG_EDGE);

4)设置计数范围
加计数使用TimerMatchSet函数进行设置，计数范围为0~设定值。
减计数使用TimerLoadSet函数设置起始值，使用TimerMatchSet函数设置结束值。

程序示例
      TimerLoadSet(TIMER4_BASE, TIMER_A, 0x8FFF);
      TimerMatchSet(TIMER4_BASE, TIMER_A, 0x8FFA);

5)中断设置
可以用TimerIntRegister向系统注册中断处理函数，用TimerIntEnable来允许某个定时器的中断请求。需要注意的是，在M4中还应该用IntEnable在系统层使能定时器的中断。当然，系统总中断开关也必须用IntMasterEnable使能。

TimerIntEnable在该模式下可以支持：
      TIMER_CAPA_MATCH – 模块A计数到达预设值
      TIMER_CAPB_MATCH – 模块B计数到达预设值

程序示例：
      TimerIntRegister(WTIMER0_BASE, TIMER_B, WTimer0BIntHandler);
      IntMasterEnable();
      TimerIntEnable(WTIMER0_BASE, TIMER_CAPB_MATCH);
      IntEnable(INT_WTIMER0B);

在Timer中断中，需要手工清除中断标志位，可以使用如下代码：
      unsignedlong ulstatus = TimerIntStatus(TIMER4_BASE, TIMER_CAPA_MATCH | TIMER_CAPB_MATCH);
      TimerIntClear(TIMER4_BASE,ulstatus);

6)启动定时器模块
使用TimerEnable函数启动定时器捕捉模式。可以用的参数有TIMER_A、TIMER_B和TIMER_BOTH。可以分别或同时启动A、B。

程序示例：
      TimerEnable(WTIMER0_BASE, TIMER_B);

3.1.3.边沿计数程序示例

#include "inc/hw_memmap.h"
#include "inc/hw_types.h"
#include "inc/hw_timer.h"
#include "inc/hw_ints.h"
#include "inc/hw_gpio.h"
#include "driverlib/timer.h"
#include "driverlib/interrupt.h"
#include "driverlib/sysctl.h"
#include "driverlib/gpio.h"
#include "utils/uartstdio.h"
// UART初始化程序
extern void InitConsole(void);
// Timer模块中断处理函数
void Timer4AIntHandler(void)
{
unsigned long ulstatus;
// 读取中断标志位
ulstatus = TimerIntStatus(TIMER4_BASE, TIMER_CAPA_EVENT);
// 清除中断标志位
TimerIntClear(TIMER4_BASE, ulstatus);
// 输出计数完成提示
UARTprintf("Counting Finished! ");
// 因为减计数会自动停止，所以需要重新启用计数模块
TimerEnable(TIMER4_BASE, TIMER_A);
}
int main(void)
{
// 设置系统时钟为50MHz
SysCtlClockSet(SYSCTL_SYSDIV_4 | SYSCTL_USE_PLL | SYSCTL_OSC_MAIN | SYSCTL_XTAL_16MHZ);
// 启用Timer4模块
SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_TIMER4);
// 启用GPIO_M作为脉冲捕捉脚
SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOM);
// 配置GPIO脚为使用Timer4捕捉模式
GPIOPinConfigure(GPIO_PM0_T4CCP0);
GPIOPinTypeTimer(GPIO_PORTM_BASE, GPIO_PIN_0);
// 为管脚配置弱上拉模式
GPIOPadConfigSet(GPIO_PORTM_BASE, GPIO_PIN_0, GPIO_STRENGTH_2MA, GPIO_PIN_TYPE_STD_WPU);
// 初始化UART模块
InitConsole();
// 配置使用Timer4的TimerA模块为边沿触发减计数模式
TimerConfigure(TIMER4_BASE, TIMER_CFG_SPLIT_PAIR | TIMER_CFG_A_CAP_COUNT);
// 使用下降沿触发
TimerControlEvent(TIMER4_BASE, TIMER_A, TIMER_EVENT_NEG_EDGE);
// 设置计数范围为0x8FFF~0X8FFA
TimerLoadSet(TIMER4_BASE, TIMER_A, 0x8FFF);
TimerMatchSet(TIMER4_BASE, TIMER_A, 0x8FFA);
// 注册中断处理函数以响应触发事件
TimerIntRegister(TIMER4_BASE, TIMER_A, Timer4AIntHandler);
// 系统总中断开
IntMasterEnable();
// 时钟中断允许，中断事件为Capture模式中边沿触发，计数到达预设值
TimerIntEnable(TIMER4_BASE, TIMER_CAPA_MATCH);
// NVIC中允许定时器A模块中断
IntEnable(INT_TIMER4A);
// 启动捕捉模块
TimerEnable(TIMER4_BASE, TIMER_A);
// 循环，等待边沿计数完成
while(1)
{
}
}

复制代码
3.2.边沿计时模式
3.2.1.功能介绍
除了使用I/O脚捕捉边沿的个数，定时器模块可以捕捉上升、下降沿，在边沿到来时记录计数值，以测定脉冲间的时间间隔。加计时的计时范围为从零到用户预设的(Preload)值。减计时的范围为从预设(Preload)值到零，预设(Preload)值需要使用TimerLoadSet函数进行设置。最大计数范围与边沿计数模式相同，为48/24-bit。

每当边沿到来，定时器模块会产生中断并记录当前计时值，计时值可以稍后读出。中断标志位需要在中断处理函数中手工清除。

3.2.2.边沿计时程序设置
边沿计时模块与边沿计数模块的设置方法基本相同，以下几个部分有所区别：
1)需要配置定时器模块为捕捉-边沿计时模式
使用TimerConfigure函数对定时器模块进行设置，因为定时器只能在拆分时作为捕捉(Capture)模式使用，所以TIMER_CFG_SPLIT_PAIR是必须的，然后可以使用下列参数分别设置边沿计时模式：
      TIMER_CFG_A_CAP_TIME – 模块A捕捉-边沿减计时模式
      TIMER_CFG_A_CAP_ TIME _UP –模块A捕捉-边沿加计时模式
      TIMER_CFG_B_CAP_ TIME–模块B捕捉-边沿减计时模式
      TIMER_CFG_B_CAP_ TIME _UP –模块B捕捉-边沿加计时模式

程序示例：
      TimerConfigure (TIMER4_BASE,TIMER_CFG_SPLIT_PAIR | TIMER_CFG_A_CAP_COUNT);

2)计时范围设置
无论加计时与减计时，均需使用TimerLoadSet函数设置计时范围。计时范围：加计时为0 ~ 设定值；减计时为设定值 ~ 0。

程序示例：
      TimerLoadSet(TIMER4_BASE, TIMER_A, 0x5000);

3)中断设置
可以用TimerIntRegister向系统注册中断处理函数，用TimerIntEnable来允许某个定时器的中断请求。需要注意的是，在M4中还应该用IntEnable在系统层使能定时器的中断。当然，系统总中断开关也必须用IntMasterEnable使能。

TimerIntEnable在该模式下可以支持：
      TIMER_CAPA_EVENT – 模块A计数到达预设值
      TIMER_CAPB_EVENT – 模块B计数到达预设值

程序示例：
      TimerIntRegister(TIMER4_BASE, TIMER_B, Timer4BIntHandler);
      IntMasterEnable();
      TimerIntEnable(TIMER4_BASE, TIMER_CAPB_EVENT);
      IntEnable(INT_TIMER4B);

在Timer中断中，需要手工清除中断标志位，可以使用如下代码：
      unsignedlong ulstatus = TimerIntStatus(TIMER4_BASE, TIMER_CAPA_EVENT | TIMER_CAPB_EVENT);
      TimerIntClear(TIMER4_BASE,ulstatus);

3.2.3.边沿计时程序示例

#include "inc/hw_memmap.h"
#include "inc/hw_types.h"
#include "inc/hw_timer.h"
#include "inc/hw_ints.h"
#include "inc/hw_gpio.h"
#include "driverlib/timer.h"
#include "driverlib/interrupt.h"
#include "driverlib/sysctl.h"
#include "driverlib/gpio.h"
#include "utils/uartstdio.h"
// UART初始化程序
extern void InitConsole(void);
void Timer4AIntHandler(void)
{
unsigned long ulstatus;
// 读取中断标志位
ulstatus = TimerIntStatus(TIMER4_BASE, TIMER_CAPA_EVENT);
// 清除中断标志位
TimerIntClear(TIMER4_BASE, ulstatus);
// 输出捕捉到的计数值
UARTprintf("Captured Value: 0x%04X ", TimerValueGet(TIMER4_BASE, TIMER_A));
}
int main(void)
{
// 设置系统时钟为50MHz
SysCtlClockSet(SYSCTL_SYSDIV_4 | SYSCTL_USE_PLL | SYSCTL_OSC_MAIN | SYSCTL_XTAL_16MHZ);
// 启用Timer4模块
SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_TIMER4);
// 启用GPIO_M作为脉冲捕捉脚
SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOM);
// 配置GPIO脚为使用Timer4捕捉模式
GPIOPinConfigure(GPIO_PM0_T4CCP0);
GPIOPinTypeTimer(GPIO_PORTM_BASE, GPIO_PIN_0);
// 为管脚配置弱上拉模式
GPIOPadConfigSet(GPIO_PORTM_BASE, GPIO_PIN_0, GPIO_STRENGTH_2MA, GPIO_PIN_TYPE_STD_WPU);
// 初始化UART模块
InitConsole();
// 配置使用Timer4的TimerA模块为沿触发加计时模式
TimerConfigure(TIMER4_BASE, TIMER_CFG_SPLIT_PAIR | TIMER_CFG_A_CAP_TIME_UP);
// 使用下降沿触发
TimerControlEvent(TIMER4_BASE, TIMER_A, TIMER_EVENT_NEG_EDGE);
// 设置计数范围为0~0x8FFF
TimerLoadSet(TIMER4_BASE, TIMER_A, 0x8FFF);
// 注册中断处理函数以响应触发事件
TimerIntRegister(TIMER4_BASE, TIMER_A, Timer4AIntHandler);
// 系统总中断开
IntMasterEnable();
// 时钟中断允许，中断事件为Capture模式中边沿触发
TimerIntEnable(TIMER4_BASE, TIMER_CAPA_EVENT);
// NVIC中允许定时器A模块中断
IntEnable(INT_TIMER4A);
// 启动捕捉模块
TimerEnable(TIMER4_BASE, TIMER_A);
// 循环，等待边沿触发
while(1)
{
}
}