20. Таймер. Его назначение, способы использования
Обычно таймеры используются для обеспечения заданной временной задержки. Для переключения таймера используются тактовые импульсы процессора. Загрузив в таймер начальное значение, можно отсчитать требуемые интервалы времени, фиксируя окончание интервала по моменту переполнения таймера. Если перед таймером включить предварительный делитель частоты (ПДЧ), это позволит отсчитывать более длинные интервалы времени.
Если коэффициент ПДЧ, который обычно равен степени двойки (2, 4, 8, 16, ...), то это может не позволить точно отсчитать требуемый временной интервал. Точное значение можно отсчитать путём добавления команд NOP (холостых тактов процессора) или других команд, используемых для заполнения определённых промежутков времени. Для отсчёта заданного времени таймер можно очистить, а затем непрерывно сравнивать его содержимое с требуемым значением.
Другой способ получения точного отсчёта временного интервала таймером, – это загрузить в таймер число, равное разности между его ёмкостью и числом, требуемым для точного отсчёта. Затем ждать, когда флаг прерывания по переполнению таймера установится в единицу.
Для часов реального времени рекомендуется непрерывная работа таймера, когда делитель частоты никогда не сбрасывается, а при переполнении таймера увеличивать содержимое счётчика часов реального времени. Когда требуется узнать текущее время, программа выбирает и преобразует содержимое этого счётчика и получает правильное значение времени.
Кроме отсчёта времени, в МП-устройствах таймеры выполняют и другие задачи. Так, если в качестве тактирующего сигнала использовать сигнал от внешнего устройства, то можно вести подсчёт числа внешних событий.
Если микроконтроллер имеет 2 таймера, то можно реализовать подсчёт числа событий, происходящих за единицу времени (тахометр). Программа сбрасывает в ноль таймер подсчёта числа событий (второй таймер), затем устанавливает определённый временной интервал для срабатывания таймера, задающего интервал времени для подсчёта событий (первый таймер) (см. рисунок).
Часто таймеры в МК используются для ввода-вывода сигналов с широтноимпульсной модуляцией (ШИМ) (PWM – Pulse Width Modulated). Сигнал имеет вид периодической последовательности импульсов с повторяющейся формой, где длительность импульса пропорциональна значению некоторой аналоговой величины. Такой сигнал часто используется для управления скоростью вращения электродвигателя или положением вала в сервоприводе (следящей системе). На рисунке показана схема формирования сигнала с ШИМ с помощью МК.
Пока заданное значение длительности импульса больше, чем содержимое таймера, на выходе поддерживается высокий потенциал (вершина импульса). Когда содержимое таймера станет равным или больше, чем заданное значение периода следования импульсов, то таймер принудительно сбрасывается в ноль, и далее процесс повторяется.
Измерить длительность импульса с помощью таймера можно по схеме, приведённой на рисунке ниже.
В схеме таймер обнуляется, пока входной импульс имеет низкий уровень напряжения. Когда измеряемый импульс имеет высокий уровень напряжения, открывается логический ключ на схеме И – тактовый сигнал тактирует таймер.
По окончанию входного импульса содержимое таймера (данные о длительности импульса) записывается в регистр. Таймер опять обнуляется низким уровнем входного сигнала до прихода следующего импульса.