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SISTEMA DIGITALES 1 UNIDAD 4: MICROCONTROLADORES

Temas tratados

Introducción

Arquitectura de un microcontrolador. Procesador. Memorias. Reloj. Módulos de entrada y salida digital (repaso).

Implementación de Redes de Petri en lenguaje C

Interrupciones. Diseño de la aplicación. Programación en modo encuesta y por interrupciones. Administración de las interrupciones. Criterios de diseño.

Conversión analógica-digital. Métodos de conversión. Multiplexado de canales. Conversión digital-analógica.

Temporizadores. Fuentes de reloj. Pre-escalado y resolución. Funciones de captura y salida automática. Modulación de ancho de pulso.

Introducción

Ejemplo. Se quiere:

Leer periódicamente una temperatura

Prender y apagar un calefactor

Mostrar en un display la temperatura

Permitir al usuario ajustar la temperatura

Posibilidad de actualizar la funcionalidad con un interfase serie

REPASO

Introducción

Un diseño discreto requería: Un microprocesador

20 líneas de I/O (2 chips de 16 c/u)

1 Interfaz serie (1 chip)

1 Timer (1 chip)

Memoria SRAM (para variables)

Memoria Flash (para programa)

Memoria EEPROM (para constantes)

REPASO

Introducción

Diseño

discreto.

REPASO

Introducción

Diseño

Integrado. ATmega16 (atmel)

REPASO

Introducción

Uso de los microcontroladores

Microondas, Lavarropas, Televisores, ...

Automóviles, aviones, barcos

Teléfonos

Automatización industrial

Pequeños dispositivos ad-hoc

...

REPASO

Cada fabricante tiene una oferta estructurada por “familias” y “subfamilias”.

Cada familia tiene el mismo núcleo del procesador (o al menos con compatibilidad de código). El diseño del procesador puede ser propio o de terceros (caso ARM).

Pueden ser familias orientadas a la aplicación

O por performance (de diferente tipo)

REPASO

Introducción

Ejemplo: oferta NXP de microcontroladores

Basados en arquitecturas ARM (varias sub familias)

Basados en Power Architecture ®

Basados en arquitecturas Coldfire de 32 bits

Basados en arquitecturas S12, HC08, HCS08, 80C51, etc. de 8 y 16 bits

Con inclusión de procesadores de señal en el chip (DSC)

De aplicación muy específica (encriptado, wireless, etc.)

REPASO

Selección de Microcontroladores

REPASO

Selección de microcontroladores

kit FRDM-KL46Z MCU: Familia KL46

Arquitectura

IA SD1 SD2

REPASO

Arquitectura

REPASO

Memorias en el MCU

Registros (memoria de corto plazo): Pequeña (relativamente)

Almacenamiento temporario p/CPU

Memoria de datos Relativamente Grande

Almacena datos mientras el MCU funciona

Memoria de programa Relativamente Grande

De preferencia, mantiene el programa incluso con el MCU apagado.

REPASO

Memoria: Tipo físicos

REPASO

Memoria

S/DRAM: sin limite de escrituras

EEPROM: 100.000 ciclos de borrado

Flash: 10.000 ciclos de borrado

REPASO

Memoria: Direccionamiento

Separado:

Cada tipo físico se direcciona por separado (por ejemplo, usando diferentes registros índices)

Hay direcciones repetidas

Contínuo:

Se accede siempre igual y la lógica interna accede a la memoria que corresponde

No hay direcciones repetidas

REPASO


Separado

REPASO


Continuo

REPASO

Memoria:

Análisis teórico:

Codifico: for (i=100;i>=0;i--){ …algún código…}

Inadvertidamente i es almacenada en EEPROM

Inadvertidamente i esta implementada como unsigned Como la EEPROM es lenta, cada iteración lleva,

digamos, 10 ms

¿Que pasa al conectar el MCU?: el programa se cuelga

Me doy cuenta, digamos, a los 10 segundos

Empiezo a “debuggear” el programa (pero no apago el MCU)

¿En cuanto tiempo me quedo sin microcontrolador?

REPASO

Arquitectura

CISC vs. RISC Von Neuman vs. Harvard Tamaño/variedad de las

instrucciones 8/16/32 bits

Algunos conceptos básicos:

REPASO

Arquitectura

Arquitectura Von Neuman

Procesador(CPU)

Bus de Direcciones

Memoria de Datos y Programa

(RAM)

Bus de Datos

Memoria de Programa(ROM)

Procesador(CPU)

Bus de Direcciones

Memoria de Datos(RAM)

Bus de Datos

REPASO


Arquitectura

Arquitectura Harvard

Procesador(CPU)

Memoria de Datos(RAM)

Bus de Direcciones

Memoria de Programa(ROM)

Bus de direcciones

Bus de Datos (Instrucciones)

Bus de Datos (datos)

REPASO


Arquitectura

Ejemplo: ARM Cortex M4 Harvard 32 bits (simplificado)

Debugging

Alta velocidad

Arquitectura: Procesador

Tamaño/variedad de las instrucciones

8/16/32 bits

REPASO

(Año 2014)

REPASO

Arquitectura: Procesador Tamaño/variedad de las instrucciones

8/16/32 bits


Tamaño/variedad de las instrucciones

8/16/32 bits

REPASO

Ejemplo: registros en arquitectura ARMv6m

EJEMPLO: del manual de referencia de arquitectura ARMv6-M


Sobre las instrucciones Por stack

Por acumulador

Dos direcciones

Tres direcciones (A+B)*C


Modos de direccionamiento

Ejemplo: registros e instrucciones en arquitectura ARMv6m

Veamos un programa corriendo . . .

Fuentes de reloj en los MCU Los diferentes módulos que componen el

microcontrolador requieren diferentes relojes para su operación.

En general, existe un módulo generador de reloj SCG (System Clock Generator) ó MCG (Multipurpose Clock Generator) que provee las diferentes señales necesarias.

Como cualquier módulo, las frecuencias que produce el SCG pueden ser programadas/seleccionadas mediante el seteo de registros.

Sin embargo, el cambio de frecuencias puede requerir un proceso que involucra varias etapas mas que el simple cambio de valores en un registro.

Fuentes de reloj en los MCU

Ejemplo: distribución de señales de reloj en el MCU MCF51AC256

Fuentes de reloj en los MCU

Ejemplo: generación de señales de reloj en el MCU KL46Z

¿frecuencias al reset?

Ver valores luego de un reset

Modos/estados de operacion

Los MCU pueden ponerse en diferentes estados de operación acorde a las necesidades de la aplicación.

Normalmente los estados están relacionados con el consumo de energía

Ejemplo: (MC9S08JM60) RUN MODE: modo normal de ejecución; todos los relojes y

módulos funcionando

Active Background Mode: modo de depuración “on-chip”

WAIT MODE: el CPU se detiene y vuelve al trabajo con una interrupción

3 STOP modes: en estos modos, diferentes relojes (módulos)

son “apagados”; normalmente se mantienen los valores de registros, RAM y pines de I/O

Entrada/Salida digital

REPASO

Digital I/O

Implementadas por pines de conexión directa al exterior: Se agrupan en “ports” de a 8 / 32 pines.

En general, los pines se pueden configurar como entrada o salida

La lógica puede ser positiva o negativa.

Los pines pueden tener (generalmente tienen) otras funciones alternativas.

REPASO

Digital I/O

•pin 1 del port B •Módulo de Interrupción 1 - entrada 5 •Pin Tx de puerto serie

•Conversor AD canal 5

REPASO

Digital I/O

Los pines se controlan mediante 2 o 3 registros, como mínimo. Funcionalmente:

Data Direction Register (DDR): hay uno por cada puerto y cada bit determina la dirección de un pin.

Port Register (PORT): uno por cada puerto y cada bit controla el estado del puerto (si es de salida)

Port Input Register (PIN): uno por cada puerto y cada bit da el estado de su respectivo pin

REPASO

Digital I/O

(del manual de referencia del MCU)

Solo dos registros

REPASO

Digital I/O

REPASO

Digital I/O

PTBDD = 0x80; // initialize PTB7 as output

PTBD = 0; // initialize PTB to 0

PTBD_PTBD7 = ~PTBD_PTBD7; // invert the output

1 0 0 0 0 0 0 0

Ejemplo: bit 7 bit 0

REPASO

Digital I/O

(del manual de referencia del MCU)

6 Registros para el port B FREESCALE KL46Z

REPASO

Digital I/O

GPIOB_PDDR =0x0080; // initialize PTB7 as output

// mejor: GPIOB_PDDR | = (1 << 7);

GPIOB_PCOR= 0xFFFF; // initialize PTB7 to 0

// mejor: GPIOB_PCOR | = (1<<7)

GPIOB_PTOR |= (1 << 7); // invert the output

0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0

Ejemplo:

bit 7 bit 0 FREESCALE KL46Z

REPASO

Digital I/O:

Otros registros relacionados: Pin Control Register n (PORTx_PCRn):

define Interrupt Status Flag and Clear -Interrupt configuration - Pin function (multiplexer) - Driver strength - Filter control - Slew rate - Pullup/down resistor

System Integration Module => System Clock Gating Control Registers(SIMCGC): habilita el uso del clock en los puertos

FREESCALE KL46Z

REPASO

Digital I/O

PORT DATA (Output) Register: de preferencia debe escribirse con operaciones de escritura de bit, si están disponibles

Caso contrario usar : Read-Modify-Write con cuidado.

REPASO

Digital Input

Cancelación de ruidos

Resistencias de pull-up/down en las entradas: puede (debe) programarse su conexión/desconexión.

REPASO

Digital Input

La entrada se muestrea con cada pulso (flanco ascendente normalmente) del clock, lo que ocasiona “metaestabilidad”:

Digital Input

Normalmente incorporan un Schmitt-trigger.

Para reducir la “metaestabilidad” se introducen “sincronizadores”

Digital Output

Apenas el DDR setea un pin como salida, el MCU excita el pin de acuerdo al contenido del registro PORT DATA (output) correspondiente.

Cuidado con los cortocircuitos

Orden de seteo de DDR y PORT

REPASO

Maquinas de estado finito en C/C++ (MEF/FSM)

Maquina de estado finito:

d

e

c

b

Inicialización

Evento/señal/Condición

a

Estado 1

Estado 2 Estado 3

REPASO

Uso de MEF en la implementacion de controladores digitales en C

Ventajas Modelo muy simple de plantear Provee una vista general, rápida y clara del Sistema modelado y sus

estados conceptuales Si el problema modelado es simple o habitual, permite reutilizar código o

estrategias y lograr una rápida implementación Desventajas Muy bajo nivel de especificación: no muestra comportamientos del Sistema

ocultos por el modelo El grado de sistematización en la implementación de la MEF es bajo: gran

parte del trabajo implementación debe definirse (resolverse) en el código. Esta resolución es muchas veces mas compleja que la realización del

modelo mismo. La falta de sistematicidad hace que la implementación no garantice el

comportamiento del Sistema tal cual el modelo.

REPASO

R

SW1

AR

SW1

V

A

SW2 . SW1

R/SW2

SW2 . SW1

L1

L2

L3 L4

L5 L6

T1

T4

T2

T3

Redes de Petri en c/c++

Dada una Red de Petri es posible implementarla en código C en forma sistemática.

El modelo debe estar libre de conflictos

Veremos dos metodologías. En ambas el código producido opera en 4 etapas:

1. Adquisición de las entradas

2. Análisis de las transiciones: para determinar aquellas sensibilizadas

3. Evolución del marcado de la red

4. Producción de las Salidas

En los ejemplos que siguen se asume la existencia de macros SW1, SW2, etc. que operan sobre los pines que corresponden

//Marcado inicial L1 = 1; L4 = 1; ... ... for(;;){

//se adquieren las entradas Ent1 = SW1; Ent2 = SW2; ... ... //se determina el estado de las transiciones T1 = L1 && Ent1; T2 = L2 && Ent2 && !Ent1; T3 = L3 && L4 && !Ent2 && Ent1; T4 = L5 && L6 && !Ent1; ...

Método 1: desarrollo del código a partir de la inspección directa de la red

R

SW1

AR

SW1

V

A

SW2 . SW1

R/SW2

SW2 . SW1

L1

L2

L3 L4

L5 L6

T1

T4

T2

T3

Método 1: desarrollo del código a partir de la inspección directa de la red

//evolución de la red según las reglas de marcado if (T1) {L1=0; L2=1;} if (T2) {L2=0; L5=1; L3=1;} if (T3) {L3=0; L4=0; L6=1;} if (T4) {L5=0; L6=0; L1=1; L4=1;} ... ... //producción de las salidas (SET R = L1 || R && Ent1 || L5; A = L2 || L6; V = L4; ... ...

}

R

SW1

AR

SW1

V

A

SW2 . SW1

R/SW2

SW2 . SW1

L1

L2

L3 L4

L5 L6

T1

T4

T2

T3

Pueden ir aquí otras acciones asociadas al franqueo de la transición

Método 2: desarrollo por variables y con código único

R

SW1

AR

SW1

V

A

SW2 . SW1

R/SW2

SW2 . SW1

L1

L2

L3 L4

L5 L6

T1

T4

T2

T3

En este método el programa ejecutado es siempre el mismo con independencia del modelo

La red se define mediante la matriz de incidencia, un vector de marcado y funciones de entrada y salida (por ejemplo en un .h)


R

SW1

AR

SW1

V

A

SW2 . SW1

R/SW2

SW2 . SW1

L1

L2

L3 L4

L5 L6

T1

T4

T2

T3

Archivo Petri.h


R

SW1

AR

SW1

V

A

SW2 . SW1

R/SW2

SW2 . SW1

L1

L2

L3 L4

L5 L6

T1

T4

T2

T3

En el main() el código es siempre el mismo:

https://www.dsi.fceia.unr.edu.ar/images/downloads/Sistemas_Digitales_1/Petro_to_C.zip

Implementación de Redes de Petri en C

Comparación entre los métodos El método 1 es mas simple cuando el modelo es simple.

El método 2 es mas estructurado y fácilmente escalable a modelos complejos

Ambos pueden adaptarse para pasar de un esquema de polling a uno por interrupciones. El método 2 es mas eficiente en este caso.

El método 2 permite cambiar modelos simplemente cambiando headers en un mismo proyecto: un proyecto -> muchas soluciones

El método 2 puede ser adaptado para resolver y funcionar con redes que presenten conflictos, facilitando la realización del modelo

Ambos pueden adaptarse muy sencillamente para trabajar con redes no binarias.

Redes de Petri versus MEF en la implementación de controladores digitales en C

Ventajas

El modelo bajo Redes de Petri es exhaustivo (sirve como especificación)

Permite una implementación sistemática

Las metodologías de implementación garantizan el comportamiento según el modelo

Posibilidad de generación automática del código

Desventajas

El modelo es mas complejo que con MEF

interrupciones

Interrupciones

Un programa sin uso de interrupiones (polling):

¿inconvenientes?

Procesar

Producir

salidas

. . .

do_init();

. . .

for (;;) {

do_inputs();

do_some_process();

set_outputs()

}

Inicializa-

ciones

Leer

entradas

Interrupciones

Con interrupciones:

Interrupciones

Con interrupciones:

Pueden no existir

Procesar

Producir

salidas

. . .

do_init();

. . .

interrupts_on;

for (;;) {

do_some_process();

set_outputs()

}

Atender

evento 1

Atender

evento 2

Atender

evento n. . .

Inicializa-

ciones

Interrupciones

Las interrupciones se generan cuando cambia un “estado”.

Permiten la reacción ante eventos

Restricciones de tiempo real

Polling vs. Interrupts

Interrupt Service Routine (ISR)

Interrupciones

Polling vs. Interrupts

Siempre hay que analizar la situación puntual, pero en general, usar interrupciones cuando:

Los eventos son infrecuentes

Hay mucho tiempo entre eventos

El cambio de estado es importante

Quiero detectar impulsos cortos

Hay eventos generados por hardware (no hay rebotes o picos)

Hay muy poco para hacer así que conviene estar en modo sleep

Interrupciones

Conviene “polear” cuando: El operador es humano

No se requiere una temporización precisa

El estado es mas importante que el cambio

Los “impulsos” duran mucho

Hay ruido en la señal

Hay cosas para hacer en el main (pero no demasiado)

Interrupciones

Control de Interrupciones Interrupt Enable (IE): bit que se setea para

habilitar al controlador que llame a la ISR cuando se produce el evento.

Interrupt Flag (IF): lo setea el MCU cuando se produce el evento. Se limpia automática o manualmente.

Interrupt mode (IM): mas de un bit para indicar si la interrupción se produce por flanco ascendente, descendente, nivel, etc.

Global Interrupt Enable.

Interrupciones

Control de Interrupciones Inhabilitar las interrupciones no implica perder

eventos.

Cuidado al limpiar la IF

Normal Interrupts and NMI

Interrupciones

Interrupt Vector Table: es una tabla donde se indica para cada interrupción en donde se encuentra la ISR que la atiende.

Puede contener la dirección de la primera instrucción de la ISR respectiva o una instrución jump (JSR) a la ISR (depende el MCU)

MC

9S

08

QG

8

(Fre

esca

le)

MC

9S

08

QG

8

(Fre

esca

le)

INTERRUPCIONES

Interrupciones

Prioridades: fijas o variables

Dentro de una ISR se puede establecer cuales interrupciones se permiten (sin hacerlo “a mano” vía los IE)

Cancelación de ruidos (por muestras múltiples)

Eventos internos

Interrupciones

Pasos que ocurren ante una interrupción:

1. MCU setea la IF (esté o no habilitada la interrupción)

2. Se termina la instrucción en curso o si el MCU está en estado “sleep”, se despierta.

3. Se identifica la ISR considerando los IE y la interrupcion de mas alta prioridad (si hay mas de un IF seteado).

4. Se llama a la ISR (... y ya pasó un tiempito)

Ejemplo: Interrupciones en el MKL46Z256VLL4

NVIC

Registros NVIC:

NVIC_ISER: set enable

NVIC_ICER: clear enable

NVIC_IPRn: prioridad Ver:

Manual del referencia del KL46 (pag. 54)

ARM architecture v6m reference manual (pag. 281)

Registros PERIFERICOS


También visible y seteable a través del registro:

Interrupt Status Flag Register (PORTx_ISFR)

En este caso sería el bit 3 del PORTC_ISFR

Interrupciones para el MKL46Z256VLL4

Ejemplo:


Ejemplo: interrupciones en entrada digital

Habilitar interrupciones del PIN: por ejemplo, para el Port C pin 3 por flanco ascendente (SW1 del kit)-> PORTC_PCR3, bits IRQC

Ubicar en NVIC el vector a utilizar de acuerdo a la necesidad: por ejemplo, para el Port C es el vector 47

Ubicar para ese vector el puntero a la ISR (nombre de la función ISR): PORTCD_IRQHandler(). Aquí se pone el código que atiende el evento

Ubicar para el vector 47 el numero de IRQ y IPR: 31 y 7 respectivamente

Determinar los bits del NVIC_IPRn a configurar: NVIC_IPR7 bits PRI_N3 (puede dejarse por defecto en cero)

Habilitar las interrupciones con NVIC_ISER: la 31

(a partir de este paso el MCU empieza a reaccionar a los eventos)


En definitiva:

Entrada/Salida analógica

Analog I/O

Conversión DIGITAL a ANALOGICA: Usando un modulador de ancho de pulso

Conversión DIGITAL a ANALOGICA:

Por redes del tipo R-2R. Para r bits sería:

Conversión Analógica-Digital (CAD)

Comparador: determina si V1 >V2 y arroja 1, ó 0 en caso contrario.


Conversión de valor

Involucra 3 pasos sucesivos:


Codificación

Cuantifica

ción

Muestreo


El numero de bits en la codificación determina la resolución del conversor.

Se puede muestrear a cualquier velocidad según la necesidad, pero si la aplicación requiere no perder información (ej: transmisión de video o audio) la velocidad de muestreo debe ser mayor o igual a dos veces la frecuencia máxima de la señal analógica (teorema de Nyquist-Shannon)

Además, hay que tener en cuenta el tiempo que puede llevar la conversión.

Y como la conversión lleva tiempo: para asegurar la estabilidad se usa una etapa de retención (sample-hold)


En la práctica el proceso es:

Filtro anti-aliasingMuestreo y Retención

Cuantificación y Codificación

Señal analógicax(t)

Limitación de ancho de banda

Varios métodos posibles


Métodos mas comunes de Conversión Analógica-Digital:

Integrador de simple/doble rampa

Directa (flash)

Seguidor (Tracking)

Aproximaciones sucesivas

Sigma-Delta


Integrador de simple rampa


Integrador de doble rampa


Directa (flash): muy rápida (1 bit time); muy cara

Este método de conversión rápido es utilizado en algunos MCU y por lo general, no hay mas de 1 o 2 canales “rápidos”.


Seguidor (tracking): muy lenta (2r bit times) y variable; barata.


Aproximaciones sucesivas: velocidad media y fija en r+1

Este es el método mas utilizado en MCUs

REPASO


Sigma-Delta (∑Δ) En vez de trabajar a la frecuencia de Nyquist,

sobremuestrean.

Esto disminuye el nivel de ruido de cuantificación permitiendo implementar conversores de 20 a 24 bits (con un diseño muy cuidado)

Pero la frecuencia de datos final es baja: se usan para convertir señales que requieran gran rango dinámico y bajas frecuencias (ej: vibraciones de terremotos o adquisiciones precisas de baja tasa en la industria)

Difícil encontrarlos dentro de un MCU


Sigma-Delta (∑Δ)

La señal digital obtenida queda conformada de manera que: Un “1” significa que ha habido un cambio positivo desde la última muestra Un “0” que ha habido un cambio negativo desde la última muestra


Sigma-Delta (∑Δ)

El filtro “decimador” promedia muestras de 1 bit a fs para obtener a fd muestras de mayor resolución. Por ejemplo: 1010010110001010 (16 muestras de 1 bit) Promedio=7/16 ≡ 0,4375=0111 (1 muestra de 4 bits)


Control del CAD

Habilitación

Tensión de Referencia

Entrada Salida (registro)

Conversion Complete

Start Conversion


Los MCU pueden tener varios CADs, con normalmente de 8 a 12 bits de precisión (KL46: 16 bits).

Cada CAD puede atender hasta16 o más entradas (canales).

Los canales se multiplexan (aumentan los tiempos).

Autoincremento: al leer un canal, se pasa al siguiente y se efectúa un SC automáticamente.

Existe el “modo contínuo” y de disparos sucesivos mediante el RTC

Una conversión puede “dispararse” por eventos como un timer, una variación de una entrada digital o una señal externa.

Ejemplo: CAD en el MKL46Z256VLL4

Linear successive approximation algorithm with up to 16-bit resolution

Up to four pairs of differential and 24 single-ended external analog inputs

Output modes: differential 16-bit, 13-bit, 11-bit, and 9-bit modes / single-ended 16-bit, 12-bit, 10-bit, and 8-bit modes

Output format in 2's complement 16-bit sign extended for differential modes

Output in right-justified unsigned format for single-ended

Single or continuous conversion

Configurable sample time and conversion speed/power

Conversion complete/hardware average complete flag and interrupt

Input clock selectable from up to four sources

Operation in low-power modes for lower noise

Asynchronous clock source for lower noise operation with option to output the clock

Selectable hardware conversion trigger with hardware channel select

Automatic compare with interrupt for less-than, greater-than or equal-to, within range, or out-of-range, programmable value

Temperature sensor

Hardware average function

Selectable voltage reference: external or alternate

Self-Calibration mode

Eje

mplo

: CAD

en e

l M

KL46Z256VLL4

Ejemplo: cad en el MKL46Z256VLL4

(Ver pag. 471 del manual de referencia del KL46Z


Configurar el CAD (solo algunas poibilidades) Habilitar reloj para el módulo: SIM_SCGC6 Seleccionar el reloj y divisor:ADC0_CFG1 Seleccionar la resolución: ADC0_CFG1 Seleccionar el tiempo muestra: ADC0_CFG1y ADC0_CFG2 Seleccionar el modo de conversión: soft o hard, por demanda o

continuo :ADC0_SC2 y ADC0_SC3 Seleccionar referencias: ADC0_SC2 Seleccionar la forma: de adquisición diferencial o simple: ADC0_SC1 Seleccionar si se va a trabajar por interrupciones o polling: ADC0_SC1 Seleccionar el canal a adquirir (si es necesario): ADC0_SC1

Adquisición Disparar la conversión: ADC0_SC1 Ver si la conversión se completó: ADC0_SC1(polling) ó procesar la ISR

(interrupción) Leer el valor: ADC0_RA


En definitiva:

TIMERS / PWM

Timers

Son contadores que suben o bajan con cada pulso de reloj.

El valor actual se lee de un registro o se setea en el mismo.

Cuidado al acceder a timers con longitud de registro mayor a la palabra del MCU

Timers

Los timers generalmente generan una interrupción cuando hacen overflow

Esto sirve para generar señales o eventos periódicos (con acotada precisión)

Pueden tener una señal de clock independiente del MCU. Con ella se incrementa la cuenta.

Timers

Prescaler

Es otro contador (de 8 o 10 bits) que trabaja contra el clock y produce una salida que es la que entra al timer.

TIMERPRESCALER

CLK

Se logra una extension de tiempos a medir por la división del prescaler. Ejemplo:

8 bit timer, clock de 1 Mhz -> cuenta máxima 255 uS con una resolución de 1 uS

8 bit timer, clock de 1 Mhz, prescaler en 1024 -> cuenta máxima 260 ms con una resolución de 1 ms.

Timers

Otras fuentes de cuenta: Pulsos externos

Cristal externo: generlamente de 32.768 KHz que implementa otro RTC independiente en el MCU

Timestamp (input capture) Puede setearse un evento para que automáticamente se copie

el valor del contador en un registro de captura. Ejemplo: cuando un comparador cambia o una entrada cambia, tomar la cuenta.

Disparo de salida (output compare) Se setea en el timer una cuenta y cuando se alcanza,

automáticamente se levanta una salida, o similar.

Canales Un timer puede manejar varios canales de ic, oc o pwm.

Modulación de Ancho de Pulso (PWM)

Es un timer que genera una señal periódica de salida con período y ciclo de trabajo configurables

Modulación de Ancho de Pulso (PWM)

Además de su uso como CDA, los PWM se usan para controlar ABS en autos, niveles de iluminación en LCDs, control de motores, etc.

Ejemplo: Timers en el KL46

2-channel periodic interrupt timer (PIT)

Real time clock (RTC)

Low-power timer (LPT)

System tick timer (SysTick)

One 6-channel TPM/PWM

Two 2-channel TPM/PWM

Ejemplo: timers en el KL46

Periodic Interrupt Timer (hay 2)

Contadores de 32 bit que pueden ser encadenados (¡y contar con 64 bits!)

Generan una interrupción y un pulso al llegar a la cuenta

Muy simples de usar (ver ejemplo en pag. 596 del manual de referencia)

RealTimeClock (RTC)

Con dos registros: 32 bits (segundos) y 16 bits (prescaler) que sube con cada ciclo del oscilador de 32.768KHz)

Sigue trabajando en modo de bajo consumo y puede generar una interrupción para salir de él o producir una alarma en determinado tiempo.

Tiene muy buenas capacidades de compensación (hasta 0.12 ppm)

Low Power Timer

Temporizador o contador de pulsos de 16 bit

De bajo consumo y facil de usar

SysTick

Estándar de ARM (ver pag. 275 de la ref. ARMv6M)

Muy simple: (sólo 4 registros), trabaja con el clock del procesador y cuenta en 24 bits


Módulos TPM en KL46

16 bits - Cuenta up o down

Reloj seleccionable: puede incrementarse con cada flanco del reloj asincrónico del módulo o en el flanco ascendente de un reloj externo (sincronizado con el asincrónico interno)

Prescaler: programable para dividir por 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, or 128

Modo de cuent alibre o con módulo

6 canales configurables para input capture, output compare, PWM

Input capture: en flaco ascendente, descendente o ambos.

Output compare: la salida se puede setear,(1) limpiar (0), invertir o generar un pulso

Cada uno de los canales PWM pueden configurarse como “edge-aligned” o “center-aligned”

Genera una interrupción o pedido de DMA por canal o por overflow

Otras características . . .

Timer/pwm (Modulo tpm en KL46)


Ejemplo de uso del SysTick:

Ver si utilizar o no el valor de calibración para 10 ms (si existe)

Setear el valor a contar: SYST_RVR

Resetear el valor actual: SYST_CVR

Habilita el timer indicando el reloj a utilizar y si se trabaja por interrupciones: SYST_CSR

Atender la interrupción: SysTick_Handler()


En definitiva:


Ejemplo de uso del TPM Descripción de los registros

(pagina 566 y siguientes del manual de referencia del KL46)

Pasos para configurar y usar TPM0 como temporizador general: 1. SIM_SCGC6: habilitar el clock 2. SIM_SOPT2: clock a utilizar para el TPM segun necesidad 3. TPM0_SC: limpiar TOF, desabilitar el TPM, seleccionar el prescalado según necesidad y

habilitar o no la generacion de interrupciones por overflow segun se trabaje por polling o interrupciones.

4. TPM0_CNT: a cero. 5. TPM0_MOD: con el valor necesario según necesidad. 6. TPM_CONF: segun necesidad (normalmente CSOO y CSOT a cero) 7. NVIC_ICPR y NVIC_ISER: si se trabajará por interrupciones 8. void CMP0_IRQHandler(): definirla si se trabaja por interrupciones (el tratamiento se

hace aquí. Recordad grabar 1 en TOF ) 9. TMP0_SC: habilitar el timer 10. Si se trabaja por polling, ver el estado de TOF en TMP0_SC y procesar segun

corresponda.


Ejemplo de uso del TPM En definitiva:

(ejemplo de uso del Processor Expert)