Здесь переведен перевод раздела даташита [1], посвященного таймеру/счетчику (Timer Counter, сокращенно TC).

TC включает три идентичных 16-битных канала таймера/счетчика. Каждый канал можно программировать независимо от других, чтобы они выполняли широкий спектр прикладных функций, таких как измерение частоты, подсчет событий, измерение интервалов времени, генерация импульсов, формирование задержек и генерация ШИМ (pulse width modulation, PWM).

У каждого канала имеется три внешних тактовых входа, пять внутренних тактовых входов и два многофункциональных входных/выходных сигнала, которые можно конфигурировать пользователем. Каждый канал управляет внутренним сигналом прерывания, который можно программировать для генерации прерываний процессора.

Блок TC имеет два глобальных регистра, который относится ко всем трем каналам TC. Block Control Register позволяет трем каналам запуститься одновременно одной инструкцией. Block Mode Register определяет внешние входы тактов для каждого канала, позволяя соединять их в цепочку.

Таблица 32-1 показывает присвоение входов тактов TC каналам 0..2.

Таблица 32-1. Назначение тактов для каналов TC.

На рисунке показана блок-схема внутреннего устройства TC.

Рис. 32-1. Блок-схема Timer Counter.

Таблица 32-2. Описание имен сигналов.

Таблица 32-3. Список выводов TC.

[Зависимости TC]

Сигналы I/O. Эти ножки используются для подключения совместимых внешних устройств, которые могут мультиплексироваться с сигналами PIO. Программист сначала должен настроить контроллеры PIO, чтобы присвоить выводы TC их периферийным функциям [4].

//Ножка TIOA0 управляется настройкой контроллера PBx:
AT91PS_PIO pPio = AT91C_BASE_PIOB;

//Ножка TIOA0 привязана к порту PB23 и периферийной функции A:
u32 periphAenable = AT91C_PB23_TIOA0;
u32 periphBenable = 0;

//Настройка регистров PIO:
pPio->PIO_ASR = periphAenable;                  //Разрешение функции Peripheral A
pPio->PIO_BSR = periphBenable;                  //Запрет функции Peripheral B
pPio->PIO_PDR = (periphAenable | periphBenable);//Установка режима периферии

Управление питанием. TC тактируется через Power Management Controller (PMC) [2], поэтому программист должен предварительно сконфигурировать PMC, чтобы разрешить подачу тактов на Timer Counter.

AT91C_BASE_PMC->PMC_PCER = (1 << AT91C_ID_TC0);

Прерывание. У TC есть сигнал прерывания, подключенный к Advanced Interrupt Controller (AIC) [3]. Обработка прерывания TC требует программирования AIC перед конфигурированием TC.

[Функциональное описание TC]

Все три канала TC независимы друг от друга и работают идентично. Регистры для программирования канала описаны ниже в соответствующих врезках.

16-bit Counter. Каждый канал организован вокруг 16-разрядного счетчика. Значение этого счетчика инкрементируется на каждом положительном перепаде выбранного сигнала тактов. Когда счетчик достигает значения 0xFFFF и переваливает к значению 0x0000, происходит событие переполнения, и при этом устанавливается бит COVFS в регистре TC_SR (Status Register).

Текущее значение счетчика доступно в реальном времени путем чтения Counter Value Register, TC_CV. Счетчик может быть сброшен триггером. В этом случае значение счетчика перейдет к 0x0000 на следующем достоверном такте выбранного сигнала тактирования.

Выбор тактирования. На уровне блока входные сигналы тактов для каждого канала можно подключить ко внешним входам TCLK0, TCLK1 или TCLK2, или их можно подключить к внутренним сигналам ввода/вывода TIOA0, TIOA1 или TIOA2, чтобы каналы соединялись в цепочку. Это осуществляется программированием TC_BMR (Block Mode), см. рис. 32-2.

Рис. 32-2. Выбор соединения каналов в цепочку (Clock Chaining Selection).

Каждый канал независимо от других может быть настроен для выбора внутреннего или внешнего источника тактирования:

• Внутренние сигналы тактов: TIMER_CLOCK1, TIMER_CLOCK2, TIMER_CLOCK3, TIMER_CLOCK4, TIMER_CLOCK5.
• Внешние сигналы тактов: XC0, XC1 или XC2.

Этот выбор осуществляется битами TCCLKS в регистре TC_CMR (Channel Mode Register).

Выбранный тактовый сигнал может быть проинвертирован битом CLKI в регистре TC_CMR. Это позволяет подсчитывать противоположные перепады тактового сигнала.

Burst-функция позволяет управлять тактовым сигналом с помощью внешней лог. 1. Параметр BURST в регистре TC_CMR определяет этот сигнал (none, XC0, XC1, XC2), см. рис. 32-3.

Примечание: в любых случаях, если используется внешний тактовый сигнал, длительность каждого из этих уровней должна быть больше, чем период главной тактовой частоты (master clock, MCK [2]). Внешняя тактовая частота должна быть как минимум в 2.5 раз ниже частоты master clock.

Рис. 32-3. Выбор тактовой частоты.

Управление тактированием. Тактовый сигнал для каждого счетчика может управляться двумя разными способами: его можно разрешить/запретить и запустить/остановить, см. рис. 32-4.

• Тактовая частота может быть разрешена или запрещена пользователем с помощью команд CLKEN и CLKDIS в регистре TC_CCR (TC Channel Control Register). В режиме захвата (Capture Mode) он может быть запрещен событием загрузки RB (RB load event), если установлен в 1 бит LDBDIS регистра TC_CMR. В режиме генерации сигнала (Waveform Mode) это может быть запрещено событием сравнения RC (RC Compare event), если установлен в 1 бит CPCDIS регистра TC_CMR. При запрете действия запуска или останова (start/stop actions) не дают никакого эффекта: только команда CLKEN в TC_CCR может повторно разрешить тактирование. Когда тактирование разрешено, устанавливается бит CLKSTA в регистре состояния таймера/счетчика TC_SR (TC Status Register).

• Тактирование может быть также запущено или остановлено событием, триггер (software, synchro, external или compare) всегда запускает тактирование. Тактирование может быть остановлено RB load event в Capture Mode (LDBSTOP = 1 в регистре TC_CMR) или событием RC Compare в Waveform Mode (CPCSTOP = 1 в регистре TC_CMR). Команды start и stop работают только когда тактирование разрешено.

Рис. 32-4. Управление тактированием.

Режимы работы TC. Каждый канал может независимо работать в двух разных режимах:

• Режим захвата Capture Mode, который может измерять длительности сигналов.
• Режим генерации сигнала Waveform Mode.

Рабочий режим TC программируется битом WAVE в регистре TC_CMR (TC Channel Mode Register).

В Capture Mode сигналы TIOA и TIOB конфигурируются как входы. В Waveform Mode сигнал TIOA всегда конфигурируется как выход, и если TIOB не выбран как внешний триггер, он тоже конфигурируется как выход.

Триггер. Триггер сбрасывает счетчик и запускает тактирование счетчика. Три типа триггеров являются общими для обоих режимов Capture/Waveform, и для каждого из этих режимов четвертый внешний триггер.

Следующие триггеры являются общими для обоих режимов:

• Software Trigger: на каждом канале есть программный триггер, доступный установкой бита SWTRG в регистре TC_CCR.
• SYNC: у каждого канала есть сигнал синхронизации SYNC. Когда этот сигнал выставлен, то он дает тот же эффект, что и программный триггер. Сигналы SYNC всех каналов устанавливаются одновременно записью TC_BCR (Block Control) с установленным битом SYNC.
• Compare RC Trigger: на каждом канале реализовано сравнение RC, и это может предоставить триггер, когда значение счетчика совпадает со значением регистра RC, если в регистре TC_CMR установлен бит CPCTRG.

Канал может быть также сконфигурирован для внешнего триггера. В Capture Mode внешний триггер может быть выбран между сигналами TIOA и TIOB. В Waveform Mode внешнее событие может программироваться следующими сигналами: TIOB, XC0, XC1 или XC2. Это внешнее событие затем может быть запрограммировано для триггера путем установки ENETRG в регистре TC_CMR.

Если используется внешний триггер, то для надежного его детектирования длительность внешнего импульса должна быть больше, чем период master clock.

Независимо от того, какой триггер используется, его следует учитывать на следующем активном перепаде выбранной тактовой частоты. Это означает, что значение счетчика может быть прочитано отличным от нуля сразу после триггера, особенно когда в качестве тактов выбран сигнал с низкой частотой.

Capture Mode (режим захвата). В этот режим входят очисткой бита WAVE в регистре TC_CMR (Channel Mode Register). Capture Mode позволяет каналу TC измерять длительности и частоты импульсов сигналов TIOA и TIOB, их период, скважность и фазу. В этом режиме сигналы TIOA и TIOB обрабатываются как входы.

Рис. 32-5 показывает конфигурацию канала TC, когда он запрограммирован в Capture Mode.

Рис. 32-5. Capture Mode.

Регистры захвата A и B. Регистры RA и RB используются как регистры захвата. Это означает, что они могут быть загружены значением из счетчика, когда произошло настроенное событие на сигнале TIOA.

Параметр LDRA в регистре TC_CMR определяет перепад TIOA для загрузки регистра A, и параметр LDRB определяет перепад TIOA для загрузки регистра B.

RA будет загружен только если он не был загружен последними триггером, или если RB был загружен после последней загрузки RA.

RB будет загружен только если RA был загружен последним триггером или последней загрузкой RB.

Загрузка RA или RB перед чтением последнего загруженного значения установит флаг переполнения LOVRS (Overrun Error) в регистре TC_SR (Status Register). В этом случае старое значение будет перезаписано.

События триггера. В дополнение к сигналу SYNC, программному триггеру и триггеру сравнения RC Compare также можно определить внешний триггер.

Бит ABETRG в регистре TC_CMR выбирает в качестве внешнего триггера входные сигналы TIOA или TIOB. Параметр ETRGEDG определяет детектируемый перепад (нарастание уровня, его спад, или оба этих перепада) для генерации внешнего триггера. Если ETRGEDG = 0 (none), то внешний триггер запрещен.

Waveform Mode. В режим генерации сигнала входят установкой в 1 бита WAVE регистра TC_CMR (Channel Mode Register). Этот режим канала TC генерирует 1 или 2 сигнала PWM с одинаковой частотой и независимо программируемой скважностью, либо генерирует разные типы одиночных или повторяющихся импульсов.

В этом режиме сигнал TIOA конфигурируется как выход, и если сигнал TIOB не используется как внешнее событие (параметр EEVT в TC_CMR), то он тоже конфигурируется как выход.

На рис. 32-6 показана конфигурация канала TC, когда он запрограммирован в режиме генерации сигнала (Waveform Operating Mode).

Рис. 32-6. Waveform Mode.

Выбор формы генерируемого сигнала. В зависимости от параметра WAVSEL в регистре TC_CMR (Channel Mode Register) меняется поведение TC_CV.

С любым выбором все регистры RA, RB и RC могут использоваться как регистры сравнения.

RA Compare используется для управления выходом TIOA, RB используется для управления выходом TIOB (если он корректно сконфигурирован), и RC Compare используется для управления выходами TIOA и/или TIOB.

WAVSEL = 00

При WAVSEL = 00 значение TC_CV инкрементируется от 0x0000 к 0xFFFF. Как только достигнуто значение 0xFFFF, TC_CV сбрасывается. Инкремент TC_CV начинается заново, и цикл повторяется, см. рис. 32-7.

Рис. 32-7. WAVSEL= 00 без триггера.

Событие внешнего или программного триггера может сбросить значение TC_CV. Важно отметить, что триггер может произойти в любой момент времени, см. рис. 32-8.

Рис. 32-8. WAVSEL= 00 с триггером.

В этой конфигурации RC Compare не может быть запрограммировано для генерации триггера. В то же время RC Compare может остановить тактирование счетчика (CPCSTOP = 1 в регистре TC_CMR) и/или запретить тактирование счетчика (CPCDIS = 1 в регистре TC_CMR).

WAVSEL = 10

При WAVSEL = 10 значение TC_CV инкрементируется о 0 до значения RC, затем автоматически сбрасывается при при RC Compare. Как только TC_CV был сброшен, он начинает инкрементироваться снова, и так далее. См. рис. 32-9.

Рис. 32-9. WAVSEL= 10 без триггера.

Важно отметить, что TC_CV может быть сброшен в любой момент внешним событием или программным триггером, если они оба правильно запрограммированы. См. рис. 32-10.

Рис. 32-10. WAVSEL= 10 с триггером.

Дополнительно RC Compare может остановить тактирование счетчика (CPCSTOP = 1 в регистре TC_CMR) и/или запретить тактирование счетчика (CPCDIS = 1 в регистре TC_CMR).

WAVSEL = 01

При WAVSEL = 00 значение TC_CV инкрементируется от 0x0000 к 0xFFFF. Как только достигнуто значение 0xFFFF, TC_CV декрементируется до 0x0000, затем снова переходит к инкременту, и так далее. См. рис. 32-11.

Рис. 32-11. WAVSEL = 01 без триггера.

Такой триггер, как внешнее событие или программный триггер, может в любой момент времени модифицировать TC_CV. Если триггер сработал при инкременте TC_CV, то TC_CV начнет декрементироваться. Если триггер произошел при декременте TC_CV, то TC_CV начнет инкрементироваться. См. рис. 32-12.

Рис. 32-12. WAVSEL = 01 с триггером.

В этой конфигурации RC Compare не может быть запрограммировано.

В то же время RC Compare может остановить тактирование счетчика (CPCSTOP = 1 в регистре TC_CMR) и/или запретить тактирование счетчика (CPCDIS = 1 в регистре TC_CMR).

WAVSEL = 11

При WAVSEL = 11 значение TC_CV инкрементируется от 0 до RC. Как только достигнуто значение RC, значение TC_CV начинает декрементироваться до 0, затем снова начинает инкрементироваться до RC и так далее. См. рис. 32-13.

Рис. 32-13. WAVSEL = 11 без триггера.

Такой триггер, как внешнее событие или программный триггер, может в любой момент времени модифицировать TC_CV. Если триггер сработал при инкременте TC_CV, то TC_CV начнет декрементироваться. Если триггер произошел при декременте TC_CV, то TC_CV начнет инкрементироваться. См. рис. 32-14.

Рис. 32-14. WAVSEL = 11 с триггером.

RC Compare может остановить тактирование счетчика (CPCSTOP = 1 в регистре TC_CMR) и/или запретить тактирование счетчика (CPCDIS = 1 в регистре TC_CMR).

Внешние события, условия триггера. Внешнее событие может быть запрограммировано для детектирования одного из источников тактирования (XC0, XC1, XC2) или TIOB. Тогда выбранное внешнее событие может использоваться как триггер.

Параметр EEVT в регистре TC_CMR выбирает внешний триггер. Параметр EEVTEDG определяет перепад триггера для каждого из возможных внешних триггеров (нарастание уровня, спад уровня, или оба этих перепада). Если EEVTEDG очищен (none), то внешнее событие не определено.

Если TIOB определен как внешний сигнал события (EEVT = 0), то TIOB больше не используется как выход, и регистр сравнения B не используется для генерации сигналов и соответственно не генерирует запросов прерываний (IRQ). В этом случае этот канал TC может генерировать сигнал только на TIOA.

Когда внешнее событие определено, оно может использоваться в качестве триггера путем установки бита ENETRG в регистре TC_CMR.

В Capture Mode сигнал SYNC и программный триггер также доступны как триггеры. RC Compare также можно использовать как триггер, в зависимости от параметра WAVSEL.

Контроллер выхода. Контроллер выхода определяет изменения выходного уровня на TIOA и TIOB в соответствии с событием. Управление TIOB используется только если TIOB настроен как выход (не как источник внешнего события).

Следующие события управляют выходами TIOA и TIOB: программный триггер, внешнее событие или RC Compare. RA Compare управляет TIOA, и RB Compare управляет TIOB. Каждое из этих событий может быть запрограммировано для установки, очистки или переключения выхода, как это определено соответствующим параметром в TC_CMR.

[Интерфейс программирования TC (регистры)]

Таблица 32-4. Отображение регистров таймера/счетчика на адресное пространство⁽¹⁾.

Примечания:

1. Индекс канала (channel) может быть в диапазоне от 0 до 2.
2. Только для чтения (read-only, RO), если WAVE = 0.
3. WO (write-only) означает доступ только на запись, RW (read-write) означает полный доступ на чтение и запись, RO (read-only) означает доступ только на чтение.

[Ссылки]

1. AT91 ARM Thumb-based Microcontrollers AT91SAM7X512 AT91SAM7X256 AT91SAM7X128 site:microchip.com.
2. Power Management Controller микроконтроллера AT91SAM7X.
3. Advanced Interrupt Controller микроконтроллера AT91SAM7X.
4. AT91SAM7 Parallel Input/Output Controller (PIO).