Мета роботи

Дата добавления: 2014-11-10; просмотров: 692

Опанування методів використання таймерів MCS-51 для обробки часових параметрів сигналів керування.

2.9.2. Теоретичні відомості

Блок таймерів лічильників призначений для підрахунку зовнішніх імпульсів (функція лічильника), реалізації програмно-керованих затримок та виконання функції завдання часу (функція таймера).

В лабораторній роботі №1 використовувались програмні методи формування мікроконтролером часових інтервалів у вигляді вкладених програмних циклів. Основним недоліком описаних методів є завантаження ресурсів мікроконтролера, внаслідок чого він не може одночасно використовуватись для виконання обчислювальних задач. Наявність в мікроконтролерах програмованих таймерів дозволяє звільнити акумулятор та регістри загального призначення для виконання обчислень чи функцій керування технологічним обладнанням, а формування (відлік) часових інтервалів доручити програмованим таймерам/лічильникам.

У системах автоматичного керування часто приходиться вимірювати такі величини як: частота f, період T, тривалість τ, зсув фаз φ. Для цього застосовується перетворення частота-код. В залежності від того, який саме параметр потрібно виміряти застосовують різні підходи.

Рис.2.29. Часова діаграма вимірювання частоти.

При вимірюванні частоти fx виконується підрахунок кількості імпульсів вхідного сигналу протягом фіксованого відрізку часу Т₀ (рис.2.29.). Тоді частоту знаходять як

.

Такий метод прийнятний для вимірювання частот більше 100Гц. Верхня межа обмежується швидкодією елементів схеми і розрядністю лічильників використаного мікроконтролера.

Вимірювання частот нижче 100Гц заміняється вимірюванням періоду Тх. При цьому виробляється підрахунок імпульсів фіксованої частоти f₀ за інтервал часу, що рівний або кратний вимірюваному періоду (Рис.2.30)

Рис.2.30. Вимірювання періоду слідування методом підрахунку кількості імпульсів відомої частоти.

У такий же спосіб вимірюється тривалість τ імпульсів. Спосіб полягає в тому, що підраховується кількість N імпульсів відомої частоти f₀ за час від початку (фронту) імпульса до завершення (спаду) імпульса. Тоді тривалість вимірюваного імпульса τ =N/f₀.

Для вимірювання зсуву фаз між двома імпульсними сигналами f₁ та f₂ (часові діаграми 1 та 2) другий сигнал інвертується як показано на рис.2.31 ( f₂ – часова діаграма 3). Підрахунок кількості N імпульсів заданої частоти f₀ (часова діаграма 5) запускається фронтом першого імпульса f₁ і закінчується спадом проінвертованого другого імпульсу f₂ (часова діаграма 4). Тоді вимірюваний зсув фаз φ визначається з відомої формули φ = N/f₀ (часова діаграма 6).

У мікроконтролері AT89C51 реалізовано два 16-бітних таймера/лічильника: T/С0 і T/С1. Обидва можуть бути налаштовані на роботу в режимі таймера, або лічильника. Коли Timer/Counter налаштований як таймер, то його регістр (ТНх – старші 8 бітів та TLx – молодші) інкрементується з кожним машинним циклом. Таким чином, таймер рахує машинні цикли. Оскільки машинний цикл складається з 12 коливань вбудованого генератора тактових імпульсів, то таймер змінює свій стан з частотою 1 мГц.

Рис.2.31. Часова діаграма вимірювання зсуву фаз.

Якщо Timer/Counter налаштований як лічильник, то його регістр інкрементується коли відбувається зміна „1→0” на функціональній лінії Т0, Т1. Коли високий рівень на вході в одному машинному циклі змінюється низьким рівнем в наступному, значення лічильника збільшується на 1. Нове значення лічильника заноситься в регістр на кроці S3P1, наступного машинного циклу, що слідує за циклом, в якому був визначений перехід від 1 до 0. Таким чином, необхідно два машинних цикли для встановлення переходу від 1 до 0, тому максимальна частота підрахунку складає 1/24 частоти генератора. Таймер/лічильники можуть працювати в чотирьох режимах: 13-бітний таймер, 16-бітний таймер, 8-бітний з авто-перезавантаженням, розділений таймер.

Функція таймера чи лічильника вибирається бітом в регістрі TMOD. Обидва таймери мають чотири режими роботи, які вибираються бітовими парами (М1, М0) в TMOD (Рис.2.32). Режими 0, 1, 2 однакові для обох таймерів/лічильників, а режим 3 відрізняється (Табл.2.18.).

Gate		M1	M0	Gate		M1	M0
Timer 1	Timer 0

Рис.2.32. Регістр конфігурації таймерів TMOD.

Біт Gate – дозволяє керувати таймером від зовнішнього виводу. Коли біт встановлений, то Timer/Counter працює при умові, що на INTx високий рівень та біт TRx (біт увімкнення таймера) встановлений в 1. У випадку, коли Gate=0, то таймер вмикається лише бітом TRx. Значення біту – 0 відповідає за режим таймера, а 1 – лічильника. Біти М0 та М1 призначені для вибору режиму роботи таймерів у відповідності з табл.2.18.

Таблиця 2.18. Режими роботи таймерів.

Для керування роботою таймерів використовується регістр управління TCON (Рис.2.33).

Рис.2.33. Регістр управління таймерами TCON.

Окремі біти регістра TCON виконують такі функції:

-TF1(TF0) – прапор переповнення Т/С1(0). Якщо TF = 0, то переповнення не відбулося. Якщо TF =1, то відбулося переповнився Т/С.

- TR1(TR0) – вмикання таймерів/лічильників. Якщо TR = 1, то відповідний Т/С увімкнений. Якщо TR = 0, то Т/С вимкнений.

- IE1(IE0) – біти запиту зовнішніх переривань з входу .

- IT1(IT0) – біти визначають тип переривання, що надходять з входу .

Таймери в мікроконтролерах також використовуються для уведення/виведення сигналів із широтно-імпульсною модуляцією PWM (Pulse Width Modulated). PWM сигнал часто використовується для передачі значення аналогового сигналу в цифрову систему чи з неї. Сигнал має періодичну повторювану форму, де тривалість імпульсу пропорційна значенню переданої аналогової величини (рис.

Рисунок 2.34. Часові параметри ШИМ (PWM) – сигналу: τ - тривалість імпульсу, T – період повторення, S = T/τ = скважність, D =1/S – коефіцієнт заповнення.

PWM-сигнали часто використовується для керування електродвигунами, задаючи швидкість обертання чи положення валу в електроприводі. При зміні скважності змінюється тривалість імпульсу напруги, а значить значення діючої напруги за період, що приводить до зміни потужності електричного струму, що передається в навантаження за період.

Для демонстрації механізма використання таймерів MCS-51 розглянемо підпрограму формування прямокутних імпульсів, тобто імпульсного генератора з періодом Т= 2с та скважністю S=2. При напрузі високого рівня необхідно засвічувати лінійку світлодіодів.