定時(shí)器

定時(shí)器的寫法

定時(shí)器介紹

定時(shí)器是裝有時(shí)段或時(shí)刻控制機(jī)構(gòu)的開關(guān)裝置。它有一個(gè)頻率穩(wěn)定的振蕩源,通過齒輪傳動(dòng)或集成電路分頻計(jì)數(shù),當(dāng)將時(shí)間累加到預(yù)置數(shù)值時(shí)，或指示到預(yù)置的時(shí)刻處，定時(shí)器即發(fā)送信號(hào)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

分類

定時(shí)器根據(jù)工作原理可以為以下：

1、接通延時(shí)型定時(shí)器：接通延時(shí)型定時(shí)器是各種PLC中最常見最基本的定時(shí)器，這種定時(shí)器在SIEMENS的PLC中，稱為SD型定時(shí)器

2、斷開延時(shí)型定時(shí)器：這種定時(shí)器是當(dāng)輸入條件00000為ON時(shí)無延時(shí)作用，只有在輸入條件00000為OFF時(shí)產(chǎn)生延時(shí)作用。在SIEMENS的PLC中，稱為SF型定時(shí)器

3、保持型接通延時(shí)定時(shí)器：這種定時(shí)器是當(dāng)輸入條件00000為ON后，即產(chǎn)生鎖存功能，即使輸入條件00000又變?yōu)镺FF，仍視輸入條件為ON，當(dāng)定時(shí)器的當(dāng)前值等于設(shè)定值時(shí)，定時(shí)器動(dòng)作，這種定時(shí)器在SIEMENS的PLC中，稱為SS型定時(shí)器

4、脈沖型定時(shí)器：這種定時(shí)器是當(dāng)輸入條件00000為ON后，定時(shí)器即時(shí)動(dòng)作，但經(jīng)過定時(shí)器所設(shè)定的時(shí)間后，即使輸入條件00000仍為ON，定時(shí)器卻變?yōu)镺FF狀態(tài)。即這種定時(shí)器ON狀態(tài)的維持時(shí)間是由設(shè)定值決定的。如果00000為ON的時(shí)續(xù)時(shí)間小于定時(shí)器的設(shè)定值，定時(shí)器的ON狀態(tài)維持時(shí)間為輸入條件00000為ON的持續(xù)時(shí)間。這種定時(shí)器在SIEMENS的PLC中，稱為SP型定時(shí)器。

5、擴(kuò)張型脈沖定時(shí)器：這種定時(shí)器與脈沖型定時(shí)器的區(qū)別是，只要輸入條件00000出現(xiàn)了ON狀態(tài)，不管其持續(xù)時(shí)間多長，均可使定時(shí)器為ON的維持的時(shí)間與定時(shí)器的設(shè)定值一致。這種定時(shí)器在SIEMENS的PLC中，稱為SE型定時(shí)器。

定時(shí)器按結(jié)構(gòu)可分為機(jī)械式、電動(dòng)式和電子式：

1、機(jī)械式定時(shí)器　以發(fā)條為原動(dòng)力，用擒縱調(diào)速器控制走時(shí)精度，通過齒輪傳動(dòng)和凸輪，按時(shí)間控制機(jī)構(gòu)預(yù)置的時(shí)段操縱執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。計(jì)時(shí)精度要求不高的定時(shí)器（如風(fēng)扇定時(shí)器、洗衣機(jī)定時(shí)器、廚房用定時(shí)器、照相暗房用定時(shí)器、電視機(jī)控制用定時(shí)器、電燈開關(guān)定時(shí)器），一般采用無固有振動(dòng)周期的調(diào)速器。這些定時(shí)器都是在手動(dòng)上發(fā)條的同時(shí)預(yù)置時(shí)限，定時(shí)精度不高，但結(jié)構(gòu)簡單,使用方便。計(jì)時(shí)精度要求高、定時(shí)范圍在3～12小時(shí)的定時(shí)器，一般采用擺輪游絲調(diào)速器。

2、電動(dòng)式定時(shí)器　用交流同步電動(dòng)機(jī)或石英步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過齒輪傳動(dòng)和凸輪簧片觸點(diǎn)機(jī)構(gòu)，按預(yù)置的時(shí)段或時(shí)刻控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其中短時(shí)段控制的電動(dòng)式定時(shí)器可用于程序控制式洗衣機(jī)、洗碗機(jī)、微波爐、烘箱及時(shí)間繼電器等;長時(shí)段電動(dòng)式定時(shí)器是一種24小時(shí)或7天程序控制的開關(guān)裝置，可預(yù)置開關(guān)動(dòng)作多次，最短時(shí)間控制間隔一般為15分鐘，可用于用戶用電情況監(jiān)控、照明控制、實(shí)驗(yàn)室裝置控制、空調(diào)器控制和自動(dòng)生產(chǎn)線上某些設(shè)備的定時(shí)控制等。

3、電子式定時(shí)器　利用石英振蕩器或民用交流電的標(biāo)準(zhǔn)頻率,經(jīng)過分頻計(jì)數(shù)組成時(shí)間累加器或數(shù)字鐘,按照預(yù)置的時(shí)間編碼輸出控制信號(hào)。這種定時(shí)器走時(shí)精確，時(shí)間設(shè)定沒有誤差,定時(shí)精度高,控制程序多。其中長時(shí)段定時(shí)器最小控制時(shí)段一般為1分鐘,配上微處理器后能精確地編制一年的時(shí)間程序，組成多路可編程序的定時(shí)器。電子式定時(shí)器在工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，它也是節(jié)約能源管理中一種有效的技術(shù)措施。電子定時(shí)器類的電子定時(shí)開關(guān)鐘，可用于按高、平、低峰用電收取不同電費(fèi)制度的場合，它將一天內(nèi)的用電高峰、平峰、低谷時(shí)間在定時(shí)開關(guān)中設(shè)定,并分別接通3種電表進(jìn)行計(jì)費(fèi)。電子式定時(shí)器在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中和在微波爐、電飯鍋、洗衣機(jī)等電器中也有使用

基本操作

F2810／F2812器件上有3個(gè)Q9位CPU定時(shí)器（TIMERO／1／2）。只有定時(shí)器1和2預(yù)留給實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)DSP/BIOS使用，只有定時(shí)器0可以在就用程序中使用，定時(shí)器的功能如圖1所示。

圖1定時(shí)器功能框圖

若處理器采用30MHz的外部時(shí)鐘，經(jīng)過鎖相環(huán)10／2倍頻后，系統(tǒng)的時(shí)鐘工作在150MHz。圖中的定時(shí)器選擇SYSCLKOUT作為定時(shí)器時(shí)鐘，工作頻率也是150MHz。一旦定時(shí)器被使能（TCR－Bit4＝0），定時(shí)器時(shí)鐘經(jīng)過預(yù)定標(biāo)計(jì)數(shù)器（PSCH：PSC）遞減計(jì)數(shù)，預(yù)定標(biāo)計(jì)數(shù)器產(chǎn)生下溢后向定時(shí)器的32位計(jì)數(shù)器（TIMH：TIM）借位p定時(shí)器計(jì)數(shù)器產(chǎn)生溢出使定時(shí)器向CPU發(fā)送中斷。定時(shí)器中斷結(jié)構(gòu)如圖2所示。

每次預(yù)定標(biāo)計(jì)數(shù)器產(chǎn)生溢出后使用分頻寄存器（TDDRH：TDDR）中的值重新裝載。同樣，32位周期寄存器（PRDH[_]PRD）為32位計(jì)數(shù)器提供重新裝載值。

圖2定時(shí)器中斷結(jié)構(gòu)

比較操作

每個(gè)通用定時(shí)器都有一個(gè)比較寄存器TxCMPR和一個(gè)PWM輸出引腳TxPWM。通用定時(shí)器計(jì)數(shù)器的值一直與相關(guān)的比較寄存器的值比較，當(dāng)定時(shí)器計(jì)數(shù)器的值與比較寄存器的值相等時(shí)，就產(chǎn)生比較匹配?？赏ㄟ^TxCON［l］位使能比較操作，產(chǎn)生比較匹配后將會(huì)有下列操作（如圖所示）。

●匹配1個(gè)時(shí)鐘周期后，定時(shí)器的比較中斷標(biāo)志位置位。

●匹配1個(gè)CPU時(shí)鐘周期后，根據(jù)寄存器GPTCONA／B相應(yīng)位的配置情況，PWM的輸出將產(chǎn)生跳變。

●如果比較中斷標(biāo)志位已通過設(shè)置寄存器GPTCONA／B中的相應(yīng)位啟動(dòng)A／D轉(zhuǎn)換器，則比較中斷位置位的同時(shí)產(chǎn)生A／D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。

●如果比較中斷未被屏蔽，將產(chǎn)生一個(gè)外設(shè)申斷申請(qǐng)。

圖通用定時(shí)器比較操作功能框圖

誤差補(bǔ)償方法

１前言單片機(jī)內(nèi)部一般有若干個(gè)定時(shí)器。如８０５１單片機(jī)內(nèi)部有定時(shí)器０和定時(shí)器１。在定時(shí)器計(jì)數(shù)溢出時(shí)，便向ＣＰＵ發(fā)出中斷請(qǐng)求。當(dāng)ＣＰＵ正在執(zhí)行某指令或某中斷服務(wù)程序時(shí)，它響應(yīng)定時(shí)器溢出中斷往往延遲一段時(shí)間。這種延時(shí)雖對(duì)單片機(jī)低頻控制系統(tǒng)影響甚微，但對(duì)單片機(jī)高頻控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制精度卻有較大的影響，有時(shí)還可能造成控制事故。為擴(kuò)大單片機(jī)的應(yīng)用范圍，本文介紹它的定時(shí)器溢出中斷與ＣＰＵ響應(yīng)中斷的時(shí)間誤差、補(bǔ)償誤差的方法和實(shí)例。

２誤差原因、大小及特點(diǎn)產(chǎn)生單片機(jī)定時(shí)器溢出中斷與ＣＰＵ響應(yīng)中斷的時(shí)間誤差有兩個(gè)原因。一是定時(shí)器溢出中斷信號(hào)時(shí)，ＣＰＵ正在執(zhí)行某指令；二是定時(shí)器溢出中斷信號(hào)時(shí)，ＣＰＵ正在執(zhí)行某中斷服務(wù)程序。

２．１．ＣＰＵ正在執(zhí)行某指令時(shí)的誤差及大小由于ＣＰＵ正在執(zhí)行某指令，因此它不能及時(shí)響應(yīng)定時(shí)器的溢出中斷。當(dāng)ＣＰＵ?qǐng)?zhí)行此指令后再響應(yīng)中斷所延遲的最長時(shí)間為該指令的指令周期，即誤差的值為執(zhí)行該指令所需的時(shí)間。由于各指令都有對(duì)應(yīng)的指令周期，因此這種誤差將因ＣＰＵ正在執(zhí)行指令的不同而不同。如定時(shí)器溢出中斷時(shí)，ＣＰＵ正在執(zhí)行指令ＭＯＶＡ，Ｒｎ，其誤差為１個(gè)機(jī)器周期。而執(zhí)行指令ＭＯＶＲｎ,ｄｉｒｅｃｔ時(shí)，其誤差為２個(gè)機(jī)器周期。當(dāng)ＣＰＵ正在執(zhí)行乘法或除法指令時(shí)，時(shí)間誤差可達(dá)４個(gè)機(jī)器周期。在８０５１單片機(jī)指令系統(tǒng)中，多數(shù)指令的指令周期為１～２個(gè)機(jī)器周期，因此時(shí)間誤差一般為１～２個(gè)機(jī)器周期。若振蕩器振蕩頻率為ｆｏｓｃ,ＣＰＵ正在執(zhí)行指令的機(jī)器周期數(shù)為Ｃｉ，則時(shí)間誤差為Δｔｍａｘ１＝１２／ｆｏｓｃ×Ｃｉ(ｕｓ)。例如ｆｏｓｃ＝１２ＭＨＺ,ＣＰＵ正在執(zhí)行乘法指令（Ｃｉ＝４），此時(shí)的時(shí)間誤差為：Δｔｍａｘ１＝１２／ｆｏｓｃ×Ｃｉ＝１２／（１２×１０６）×４＝４×１０－６(ｓ)＝４(μｓ)

２．２ＣＰＵ正在執(zhí)行某中斷服務(wù)的程序時(shí)的誤差及大小定時(shí)器溢出中斷信號(hào)時(shí)，若ＣＰＵ正在執(zhí)行同級(jí)或高優(yōu)先級(jí)中斷服務(wù)程序，則它仍需繼續(xù)執(zhí)行這些程序，不能及時(shí)響應(yīng)定時(shí)器的溢出中斷請(qǐng)求，其延遲時(shí)間由中斷轉(zhuǎn)移指令周期Ｔ１、中斷服務(wù)程序執(zhí)行時(shí)間Ｔ２、中斷返回指令的指令周期Ｔ３及中斷返回原斷點(diǎn)后執(zhí)行下一條指令周期Ｔ４（如乘法指令）組成。中斷轉(zhuǎn)移指令和中斷返回指令的指令周期都分別為２個(gè)機(jī)器周期。中斷服務(wù)程序的執(zhí)行時(shí)間為該程序所含指令的指令周期的總和。因此，時(shí)間誤差Δｔｍａｘ２為：Δｔｍａｘ２＝（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋Ｔ４）１２／ｆｏｓｃ＝（２＋Ｔ２＋２＋４）１２／ｆｏｓｃ＝１２（Ｔ２＋８）／ｆｏｓｃ若設(shè)ｆｏｓｃ＝１２ＭＨＺ，則時(shí)間誤差為：Δｔｍａｘ２＝１２（Ｔ２＋８）／ｆｏｓｃ＝１２（Ｔ２＋８）／１２×１０６＝（Ｔ２＋８）×１０－６（ｓ）＝Ｔ２＋８（μｓ）。由于上式中Ｔ２一般大于８，因此，這種時(shí)間誤差一般取決于正在執(zhí)行的中斷服務(wù)程序。當(dāng)ＣＰＵ正在執(zhí)行中斷返回指令ＲＥＴＩ、或正在讀寫ＩＥ或ＩＰ指令時(shí)，這種誤差在５個(gè)機(jī)器周期內(nèi)。

２．３誤差非固定性特點(diǎn)定時(shí)器溢出中斷與ＣＰＵ響應(yīng)中斷的時(shí)間誤差具有非固定性特點(diǎn)。即這種誤差因ＣＰＵ正在執(zhí)行指令的不同而有相當(dāng)大的差異。如ＣＰＵ正在執(zhí)行某中斷服務(wù)程序，這種誤差將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于執(zhí)行一條指令時(shí)的誤差。后者誤差可能是前者誤差的幾倍、幾十倍、甚至更大。如同樣只執(zhí)行一條指令，這種誤差也有較大的差別。如執(zhí)行乘法指令ＭＵＬＡＢ比執(zhí)行ＭＯＶＡ，Ｒｎ指令的時(shí)間誤差增加了３個(gè)機(jī)器周期。這種誤差的非固定不僅給誤差分析帶來不便，同時(shí)也給誤差補(bǔ)償帶來困難。

３誤差補(bǔ)償方法由于定時(shí)器產(chǎn)生溢出中斷與ＣＰＵ響應(yīng)中斷請(qǐng)求的時(shí)間誤差具有非固定性，因此，這種誤差很難用常規(guī)方法補(bǔ)償。為此，本文介紹一種新方法。現(xiàn)介紹該方法的基本思路、定時(shí)器新初值及應(yīng)用情況。

３．１基本思路為使定時(shí)器溢出中斷與ＣＰＵ響應(yīng)中斷實(shí)現(xiàn)同步，該方法針對(duì)中斷響應(yīng)與中斷請(qǐng)求的時(shí)間誤差，對(duì)定時(shí)器原有的計(jì)數(shù)初值進(jìn)行修改，以延長定時(shí)器計(jì)數(shù)時(shí)間，從而補(bǔ)償誤差。在該方法中，當(dāng)定時(shí)器溢出中斷得到響應(yīng)后，即停止定時(shí)器的計(jì)數(shù)，并讀出計(jì)數(shù)值。該計(jì)數(shù)值是定時(shí)器溢出后，重新從ＯＯＨ開始每個(gè)機(jī)器周期繼續(xù)加１所計(jì)的值。然后，將這個(gè)值與定時(shí)器的停止計(jì)數(shù)時(shí)間求和。若在定時(shí)器原計(jì)數(shù)初值中減去這個(gè)和形成新計(jì)數(shù)初值，則定時(shí)器能在新計(jì)數(shù)初值下使溢出中斷與ＣＰＵ響應(yīng)中斷實(shí)現(xiàn)同步，從而達(dá)到誤差的補(bǔ)償要求。

３．２定時(shí)器新計(jì)數(shù)初值若定時(shí)器為計(jì)數(shù)方式，操作方式為１，則計(jì)數(shù)器初值Ｘ０＝２１６－ｔ０×ｆｏｓｃ／１２。式中ｆｏｓｃ為振蕩器的振蕩頻率。ｔ０為需要定時(shí)的時(shí)間，也為中斷的間隔時(shí)間。Ｘ０為定時(shí)器原計(jì)數(shù)初值。在對(duì)定時(shí)器溢出中斷與ＣＰＵ響應(yīng)中斷時(shí)間誤差進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)，定時(shí)器的新計(jì)數(shù)初值Ｘ１為：Ｘ１＝２１６－ｔ３×ｆｏｓｃ／１２ｔ３＝ｔ０＋ｔ１＋ｔ２式中ｔ０為中斷間隔時(shí)間。ｔ１為定時(shí)器停止計(jì)數(shù)時(shí)間，該時(shí)間為定時(shí)器停止計(jì)數(shù)到重新啟動(dòng)計(jì)數(shù)之間所有程序指令周期數(shù)的總和。ｔ２為定時(shí)器溢出中斷后，重新從ＯＯＨ開始直至計(jì)數(shù)器停止時(shí)計(jì)的值。在誤差補(bǔ)償中，若將定時(shí)器計(jì)數(shù)初值Ｘ１取代Ｘ０，則可使定時(shí)器下次的溢出中斷與ＣＰＵ響應(yīng)中斷實(shí)現(xiàn)同步。

３．３實(shí)例要求補(bǔ)償定時(shí)器每１ｍｓ產(chǎn)生一次溢出中斷時(shí)的中斷響應(yīng)延遲的誤差。若振蕩器振蕩頻率ｆｏｓｃ＝１２ＭＨＺ，定時(shí)器工作在計(jì)數(shù)方式，工作模式為１，則補(bǔ)償中斷響應(yīng)時(shí)間誤差時(shí)的定時(shí)器新初值Ｘ１為：Ｘ１＝２１６－ｔ３×ｆｏｓｃ／１２＝２１６－（ｔ０＋ｔ１）－ｔ２＝２１６－（１０００＋１３）－ｔ２誤差補(bǔ)償程序?yàn)椋骸埃茫蹋遥牛?；關(guān)ＣＰＵ中斷１ＣＬＲＴＲｉ；停止定時(shí)器計(jì)數(shù)２ＭＯＶＲ０，＃ＯＯＨ；Ｒ０清零３ＭＯＶＲ０，＃ＬＯＷ（２１６）；定時(shí)器計(jì)數(shù)值的低８位送Ｒ０４ＭＯＶＡ，Ｒ０５ＳＵＢＢＡ，＃ＬＯＷ（１０００＋１３）；２１６的低８位減去（ｔ０＋ｔ１）的低８位送累加器Ａ６ＳＵＢＢＡ，ＴＬｉ；２１６的低８位減去（ｔ０＋ｔ１＋ｔ２）的低８位送ＴＬｉ７ＭＯＶＴＬｉ，Ａ８ＭＯＶＲ０，＃ＯＯＨ；Ｒ０清零９ＭＯＶＲ０，＃ＨＩＧＨ（２１６）；２１６的高８位送Ｒ０１０ＭＯＶＡ，Ｒ０１１ＳＵＢＢＡ，＃ＨＩＧＨ（１０００＋１３）；２１６的高８位減去（ｔ０＋ｔ１）的高８位送Ａ１２ＳＵＢＢＡ，ＴＨｉ；２１６的高８位減去（ｔ０＋ｔ１＋ｔ２）的高８位送Ａ１３ＭＯＶＴＨｉ，Ａ１４ＳＥＴＢＴＲｉ；重新啟動(dòng)定時(shí)器……在上式和上段程序中，由于ｆｏｓｃ＝１２ＭＨＺ，中斷間隔時(shí)間為１ｍｓ，因此ｔ０的機(jī)器周期數(shù)為１０００。由于第１條指令到第１４條指令的指令周期的機(jī)器周期數(shù)之和為１３，因此，ｔ１為１３個(gè)機(jī)器周期。ＣＰＵ雖在執(zhí)行條指令ＣＬＲＴＲｉ后停止定時(shí)器計(jì)數(shù)，但在ＴＬｉ、ＴＨｉ中分別保存了ｔ２的低位數(shù)據(jù)和高位數(shù)據(jù)。４結(jié)束語由于本文介紹的誤差補(bǔ)償方法能對(duì)定時(shí)器溢出中斷與ＣＰＵ響應(yīng)中斷的非固定性時(shí)間誤差進(jìn)行有效補(bǔ)償，因此，該方法對(duì)于提高高頻控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制精度和擴(kuò)大單片機(jī)應(yīng)用范圍都有較高的實(shí)用價(jià)值。