如何使用MAXQ微控制器上的定时器B生成PWM波形

本应用笔记介绍如何设置和使用MAXQ®系列微控制器中的定时器B来生成所需的PWM波形。该操作将要求启用比较功能。该说明包括供参考的源代码。

介绍

MAXQ微控制器有三种类型的定时器：定时器0、定时器1和定时器2。定时器B是定时器1的增强版本，经过修改以支持不同的输入时钟预缩放和设置/复位/比较输出功能。本应用笔记详细介绍了如何设置和使用定时器B生成所需波形。包括源代码示例以供参考。

定时器B寄存器及其使用

MAXQ内核通过一组特殊功能寄存器（SFR）配置定时器B：

TBCN—定时器B控制寄存器

TBV — 定时器 B 值寄存器

TBR — 定时器 B 重新加载/捕获寄存器

待定—定时器B比较寄存器

定时器B控制寄存器：待定

定时器B控制寄存器为16位宽，读写不受限制。在所有形式的重置中，它被清除到 0000h。以下是寄存器位配置的简要说明。

位 0：CP/RLD 位用于设置定时器 B 的捕获或重新加载模式。当此位设置为 1 时，计时器 B 处于捕获模式。当此位清除为 0 时，计时器 B 处于重新加载模式。

位 1：ETB 位用于启用定时器 B 中断。将此位设置为 1 将启用来自计时器 B TFB 和 EXFB 标志的中断。

位 2：TRB 位用于启用定时器 B 操作。

位 3：EXENB 位用于启用负事务的 TBB 引脚上的捕获/重新加载功能。在启用输出比较功能的情况下，在自动重新加载模式 （CP/RLD = 0） 下工作时（此模式稍后会很重要），启用 TBB 输入功能 （EXENB = 1） 将允许比较输出负转换以设置 EXFB 标志。但是，由于外部负边缘检测，不会发生重新加载。

位 4：DCEN 位用于启用定时器 B 的倒计时选项。与TBB引脚配合使用，该位控制定时器B计数的方向。将此位设置为 1 会导致定时器 B 在引脚 TBB 为 1 时向上计数，如果引脚 TBB 为 0，则计数。当此位为 0 时，计时器 B 始终计数。启用定时器 B 的比较模式功能后，定时器 B 的上/下计数控制将根据比较模式设置在内部进行控制。在比较模式下，DCEN 位控制定时器是斜坡上升和复位 （DCEN = 0），还是上升和下降 （DCEN = 1）。

位5：TBOE位用于使能TBA引脚上的时钟输出功能。

位 6：EXFB 位用于标记 TBB 引脚上发生负事务的时间。如果 CP/RLD = 0、DCEN = 0 和 TBCS：TBCR = 00b，则每当计时器 B 溢出或下溢时，此位也会切换。

位 7：TFB 位用于在计时器 B 溢出或下溢时设置标志。

第 8-10 位：TBPS2：0用作应用于定时器B时钟的系统时钟输入的预分频器：

定时器 B 时钟 = 系统时钟/（2**（2*TBPS2：0））

TBPS2：0 = 11xb 的值是保留的。

位 11-12：如果 TBCS：TBCR<>00b，则 TBCS：TBCR 位用于在比较模式下配置计时器 B。这些比较模式位定义了几个条件：TBB引脚上是否使能PWM/比较模式输出功能;初始输出起始状态是什么;以及比较模式输出功能是否有效。

位 14-13：保留位

位 15：C/TB 位用于确定定时器 B 是用作定时器还是计数器。

定时器B值寄存器：TBV

定时器B值寄存器是一个16位寄存器，在所有形式的复位时被清除到0000h。此寄存器是不受限制的读/写，用于加载和读取 16 位定时器 B 值。

定时器B捕获/重新加载寄存器：TBR

定时器B捕获/重新加载寄存器是一个16位寄存器，在所有形式的复位时都清除到0000h。此寄存器是无限制的读/写，用于在定时器B配置为捕获模式时捕获TBV值。当定时器B配置为自动重装模式时，此寄存器也用作16位重装值。

定时器B比较寄存器：待定

定时器B比较寄存器是一个16位寄存器，在所有复位形式时都清除到0000h。此寄存器是不受限制的读/写，用于在定时器B在比较模式下运行时将TBC与TBV值进行比较。

定时器B的操作模式

定时器B可通过在定时器B控制寄存器中设置CP/RLD位配置为捕获或重新加载模式。TBCS：TBCR<>00b 的值会将定时器 B 设置为比较模式。没有必要同时配置定时器B捕获模式（CP/RLD=1）和PWM比较输出模式，但是，这不是预期的定时器B操作模式。定时器B也可以配置为比较模式，其中有三种不同的比较功能：复位，设置和切换。

以下部分回顾了在这些不同操作模式下配置计时器 B 的方法。

拍摄模式

定时器B控制寄存器的位0 CP/RLD确定定时器B是使用捕获模式还是重新加载模式。如果控制寄存器的位1 EXENB为3，则将此位设置为1会导致在TBB定时器引脚上检测到下降沿时发生定时器B捕获。将位 3 EXENB 设置为 0 会导致定时器 B 忽略 TBB 引脚上的所有外部事件。捕获的值将加载到重新加载寄存器 TBR 中。

重新加载模式

如果 EXENB 为 0，则清除 CP/RLD 位为 1 会导致在定时器 B 溢出或在 TBB 上检测到下降沿时发生自动重新加载。如果启用了比较功能，则可以通过更改重载（TBR）和比较（TBC）寄存器中的值来修改输出波形的频率和占空比。这样，MAXQ处理器就可以产生脉宽调制（PWM）波形。

比较模式

仅当比较模式位的值不同于 0 时，并且建议计时器 B 处于重新加载模式时，才会启用比较模式。PWM输出可以有选择地使能，起始极性可以反转，具体取决于这些位的值。频率和占空比的限制由选择作为源的时钟（即系统或备用时钟）的频率和所选的时钟除数决定。如上所述，有三种比较模式（SET、RESET和TOGGLE），具有TBB引脚的预定义初始状态。

当 CP/RLD = 0（重新加载模式）和 TBCS：TBCR 的值分别为 01 时，选择比较复位模式。在此模式下，TBB 将在 TBC 匹配时重置并设置为 0000h。根据TBR和TBC寄存器之间的相对值以及上/下计数，定时器将生成不同的PWM波形。如果计时器 B 未实现 TBC，则它只会设置为 0000h。在这种模式下，TBB引脚的初始值为低电平。

当 CP/RLD = 0（重载模式）和 TBCS：TBCR 的值分别为 10 时，选择比较 SET 模式。在此模式下，TBB 将设置在 TBC 匹配并设置为 TBR。根据TBR和TBC寄存器之间的相对值以及上/下计数，定时器将生成不同的PWM波形。如果计时器 B 未实现 TBC，则它只会在 TBR 上重置。在这种模式下，TBB引脚的初始值为高电平。

当 CP/RLD = 0（重新加载模式）和 TBCS：TBCR 的值分别为 11 时，选择比较切换模式。在此模式下，TBB 将打开 TBC 匹配（TBR 或 0000h 除外）。根据TBR和TBC寄存器之间的相对值以及上/下计数，定时器将生成不同的PWM波形。如果计时器 B 未实现 TBC，则它只会打开 TBR 匹配。在这种模式下，TBB引脚的初始值保持不变。

切换模式的初始状态取决于之前的 SET 或 RESET 模式。这意味着要建立特定的启动状态，TBCS：TBCR 位应在从比较禁用更改为比较切换模式时暂时配置为设置或重置。

如上所述，我们对这种用于在定时器B的TBB引脚上产生PWM的比较模式特别感兴趣。PWM波形在很大程度上取决于TBR和TBC之间的相对值（有或没有TBC寄存器）以及DCEN位的值（表1）。

比较模式下定时器B的PWM波形

不带待定寄存器的定时器 B

对于 SET 和 RESET 模式，TBC 比较匹配可能导致的引脚设置/复位永远不会发生。用户只能定义在启用定时器时生效的起始引脚状态。仍然会发生相应 RESET 和 SET 模式的引脚设置或清除操作。对于切换模式，TBR 将用于产生 50% 占空比 PWM。请参阅表 1 和图 1。

 

待定：TBCR	功能	初始状态（如果 TBR = 0）
00	无（比较禁用）	无变化
01（重置）	设定在 0000h	低
10 （套）	在TBR匹配时重置	高
11（切换）	打开 TBR 匹配	无变化

 

图1.

设置或清除TBB引脚，分别定时为TBR+1和TBR，用于复位和设置操作。

在周期 50*TBR + 2 处为切换模式生成 2% 占空比。

示例 1：自定时器开启后 1 秒后设置 TBB 引脚（使用 RESET 比较模式）。

定时器B的频率：根据12MHz系统时钟计算定时器B频率。

使用DCEN = 0的复位比较模式来设置TBB引脚。

使用以下公式计算TBR的值以延迟1秒：

示例代码：

 

   move   TB2CN,#000H      ; Reset Timer B 
   move   TB2CN,#0C00H     ; Timer B clock = system clock/256
                           ; and in compare RESET mode 
   move   TB2R, #46874     ; Set reload value of Timer 2 TBR = 46874            
   move	  TB2V, #0001H     ; Reset TBV=0x01 just to avoid set
                           ; operation on 0000h
   move   TB2CN.2,#1       ; Start Timer B to generate PWM

 

示例 2：生成一个 1MHz 波形，占空比为 50%，低电平（使用切换比较模式）。（请参阅图 2。

定时器B的频率：根据12MHz系统时钟计算定时器B频率。

使用DCEN = 0的切换比较模式来设置TBB引脚。

使用以下公式计算所需PWM频率为1MHz的TBR值：

示例代码：

 

   move   TB3CN,#000H      ; Reset Timer B              
   move   TB3CN,#0800H     ; Configure Timer B clock in RESET 
                           ; Compare mode to start LOW
   move   TB3CN,#1800H     ; Timer B clock = system clock
                           ; and in compare TOGGLE mode with DCEN =0 
   move   TB3R, #5         ; Set reload value of Timer 3 TB3R = 5            
   move	  TB3V, #000H      ; Reset TBV=0x00 
   move   TB3CN.2,#1       ; Start Timer B to generate PWM

 

 

图2.

设置或清除TBB引脚，定时分别为2 × TBR和TBR，用于复位和设置操作。

在周期 50 TBR ×为 TOGGLE 模式生成 4% 占空比。

示例3：在1μs延迟后复位TBB引脚（使用SET比较模式）。

定时器B的频率：根据12MHz系统时钟计算定时器B频率。

使用DCEN = 1的设置比较模式来设置TBB引脚。

使用以下公式计算TBR的值以延迟1μs：

示例代码：

 

   move   TB3CN,#000H      ; Reset Timer B 
   move   TB3CN,#1010H     ; Timer B clock = system clock
                           ; and in compare SET mode with DCEN = 1 
   move   TB3R, #12        ; Set reload value of Timer 3 TB3R = 12            
   move	  TB3V, #000H      ; Reset TBV = 0x00 
   move   TB3CN.2,#1       ; Start Timer B to generate PWM

 

示例 4：生成一个 1MHz 波形，占空比为 50%，高电平（使用切换比较模式）。

定时器B的频率：根据12MHz系统时钟计算定时器B频率。

使用DCEN = 1的切换比较模式来设置TBB引脚。

使用以下公式计算所需PWM频率为1Mhz的TBR值：

示例代码：

 

  move   TB2CN,#000H       ; Reset Timer B 
   move   TB2CN,#01000H     ; Configure Timer B clock in SET 
                            ; Compare mode to start HIGH
   move   TB2CN,#1810H      ; Timer B clock = system clock
                            ; and in compare TOGGLE mode with DCEN=1 
   move   TB2R, #3          ; Set reload value of Timer 2 TB2R = 3            
   move	  TB2V, #000H       ; Reset TBV = 0x00 
   move   TB2CN.2,#1        ; Start Timer B to generate PWM

 

 

带待定寄存器的定时器 B

当TBC寄存器在计数范围（TBC< TBR）内时，SET和RESET比较功能通过使用TBR重载值来改变频率，基本上提供了相同的功能。切换比较模式允许 50% 占空比 PWM 波形。当TBC寄存器超出范围（TBC> TBR）或在TBC = TBR和TBC = 0的特殊情况下，SET和RESET功能允许定时器清除或设置TBB引脚。请参阅表 2 和图 3。

 

待定：TBCR	功能	初始状态（如果 TBR = 0）
00	无（比较禁用）	无变化
01（重置）	在待定匹配时重置，设置为 0000h	低
10 （套）	在待定匹配时设置，在TBR匹配时重置	高
11（切换）	打开待定匹配（TBR 或 0 除外）	无变化

 

图3.

TBC > TBR：设置或清除相应复位和设置模式的 TBB 引脚。切换模式已禁用。

TBC = TBR 或 TBC = 0：请参阅注释1,2和3在下面的示例 8 之后。

TBR <待定：PWM 产生的占空比和周期如下所示：

设置模式 = （TBR - 待定）/（TBR + 1），周期为 TBR + 1

复位模式 = 待定/（TBR + 1），周期为 TBR + 1

切换模式 = 50%，周期为 2 × TBR + 2

示例 5：生成一个 32kHz 波形，占空比为 50%，从高电平开始（使用 SET 比较模式）。

定时器B的频率：这与12MHz系统时钟相同。

使用 DCEN = 0 的 SET 比较模式生成此波形。

使用以下公式计算所需PWM频率为32kHz的TBR和TBC值：

占空比 = （TBR - TBC）/（TBR + 1） = 50% => TBC = 186

示例代码：

 

 move   TB0CN,#1000H     ; Configure Timer B clock as same as
                          ; system clock and in compare SET mode
  move   TB0C, #00186     ; set compare value of Timer 0 TBC = 186 
  move   TB0R, #00372     ; Set reload value of Timer 0 TBR=372            
  move   TB0V, #0000H     ; Reset TBV=0x00
  move   TB0CN.2,#1       ; Start Timer B to generate PWM

示例 6：生成 512Hz 波形，占空比为 50%，起始为低电平（使用切换模式）。（请参阅图 4。

定时器B的频率：这与12MHz系统时钟相同。

使用DCEN = 0的切换比较模式生成此波形。

使用以下公式计算PWM频率为512Hz的TBR和TBC的值：

占空比 = 50%，不受待定 < 11717 的影响

示例代码：

 move   TB1CN,#0800H     ; Configure Timer B clock in RESET 
                          ; Compare mode to start LOW
  move   TB1CN,#1800H     ; Configure Timer B clock as same as
                          ; system clock and in compare TOGGLE mode
  move   TB1C, #005000    ; Set compare value of Timer 1 TBC = 5000 
  move   TB1R, #011717    ; Set reload value of Timer 1 TBR = 11717            
  move	 TB1V, #0000H     ; Reset TBV=0x00
  move   TB1CN.2,#1       ; Start Timer B to generate PWM

 

图4.

TBC > TBR：设置或清除相应复位和设置模式的 TBB 引脚。切换模式已禁用。

TBC = TBR 或 TBC = 0：请参阅注释1,2和3在实施例8之后。

TBC < TBR：PWM 的周期为 2 × TBR，占空比定义如下：

设置模式 = （TBR - 待定）/（2 × TBR）

复位模式 = 待定/（2 × TBR）

切换模式 = 待定/TBR（高启动）或（TBR - 待定）/TBR（低启动）4

示例7：生成一个32kHz波形，占空比为30%，从低电平开始（使用复位比较模式）。

定时器B的频率：3MHz或系统时钟/4。

使用DCEN = 1的RESET比较模式生成此波形。

使用以下公式计算PWM波形的频率：

占空比 = 待定/（2 × TBR） = 30% => 待定 = 29

示例代码：

  move   TB0CN,#0910H     ; Configure Timer B clock in system
                          ; clock/4, in compare RESET mode, and 
                          ; DCEN = 1
  move   TB0C, #00029     ; Set compare value of Timer 0 TBC = 29 
  move   TB0R, #00049     ; Set reload value of Timer 0 TBR = 49            
  move	 TB0V, #0000H     ; Reset TBV = 0x00
  move   TB0CN.2,#1       ; Start Timer B to generate PWM

 

示例 8：生成 512Hz 波形，占空比为 40%，从高电平开始（使用切换模式）。

定时器B的频率：这与12MHz系统时钟相同

使用DCEN = 1的切换比较模式生成此波形。

使用以下公式计算PWM频率为512Hz的TBR和TBC的值：

占空比 = 40% 或 TBC/TBR = 0.4 => TBC = 4687

示例代码：

 move   TB1CN,#01000H    ; Configure Timer B clock in SET 
                          ; compare mode to start HIGH
  move   TB1CN,#1810H     ; Configure Timer B clock as same as
                          ; system clock in compare TOGGLE mode
                          ; and DCEN = 1
  move   TB1C, #004687    ; Set compare value of Timer 1 TBC = 4687 
  move   TB1R, #011718    ; Set reload value of Timer 1 TBR=11718            
  move   TB1V, #0000H     ; Reset TBV = 0x00
  move   TB1CN.2,#1       ; Start Timer B to generate PWM

 

笔记：

1当输出比较功能配置为 SET 模式时，配置 TBC = TBR 将禁用 TBC 比较匹配操作。当TBC = TBR时，计时器不会设置。

2当输出比较功能配置为复位模式时，配置 TBC = 0 将禁用 TBC 比较复位操作。当 TBC = 0 时，计时器不会重置。

3当输出比较功能配置为切换模式时，配置 TBC = 0 或 TBC = TBR 将禁用切换功能。输出PWM将为低电平或高电平，具体取决于TBB引脚的初始启动状态。

4切换模式的初始状态取决于之前的 SET 或 RESET 模式。这意味着当从“比较禁用”更改为“比较切换模式”以建立特定的启动状态时，TBCS：TBCR 位应暂时配置为设置（启动高电平）或重置（启动低电平）。

例子

以上所有示例均在带有定时器B的MAXQ微控制器上执行。该器件有四个定时器 B，其中定时器 0 和 1 具有 TBC 寄存器，定时器 2 和 3 没有。时钟运行在大约12Mhz。

附加说明

当处于DCEN = 1的比较模式下时，无论TBB引脚的当前值如何，定时器始终计数。计时器之所以这样工作，是因为计数方向是在内部控制的。

正常的计数范围将在 0000h 到 TBR 之间进行计数，从 TBR 到 0000h 进行倒计时。注意：与其他计时器一样，此计数从TBR到0FFFFh和从0FFFFh到TBR不同。

三个源时钟预分频器位 （TBPS2：0） 将预标度值设置为 2**（N × 2），其中 N = 0、1、2、3、4 和 5，应用于定时器B 源时钟。

结论

MAXQ微控制器中的定时器B可以提供不同的PWM波形，这取决于TBC和TBR寄存器的相对值以及DCEN位的状态。定时器 B 将在有或没有比较寄存器待定的情况下工作。表1和表2分别总结了不带TBC比较寄存器和带TBC比较寄存器的定时器B输出功能。图1至图4显示了每种特定配置下定时器B引脚TBB上的典型PWM波形。对于所有情况，用户都可以使用定义的公式确定PWM周期和占空比。

审核编辑：郭婷