Блоки таймеров общего назначения (GPT1 & GPT2)

Микроконтроллеры семейства С166 могут содержать один или два модуля таймеров общего назначения с внешними входами / выходами, функциями перезагрузки и сравнения и возможностью объединения. Один из модулей (GPT1) имеет три 16-ти разрядных реверсивных таймера. Таймер T3 работает как основной, а таймеры T2 и T4 как дополнительные. Регистр дополнительного таймера может служить для перезагрузки основного таймера при его переполнении или для захвата содержимого основного таймера при возникновении внешнего события. Имеется также возможность каскадного соединения основного и одного из дополнительных таймеров для увеличения разрядности. При этом образуется 33-х разрядный таймер (в цепочку включается еще и триггер на выходе таймера T3). Каждый из таймеров имеет собственный регистр управления. На блок-схеме GPT1 все временные значения приведены для частоты 20МГц.

Таймеры могут работать в следующих основных режимах:

• счетчик внешних входных импульсов с максимальной частотой до 1,25 МГц;
• таймер с внешним сигналом управления (активный высокий или низкий уровень);
• таймер с входным тактом от внутреннего тактового генератора, который проходит через делитель с программируемым коэффициентом от 8 до 1024.

В таблице приведены значения входной частоты и периода таймера при частоте тактового генератора 20 МГц.

Второй модуль таймеров (GPT2) имеет два 16-ти разрядных таймера и более высокое разрешение по входу (в модуле GPT2 максимальная частота внешних счетных импульсов может достигать 2.5 МГц). В таблице приведены значения входной частоты и периода таймера для различных коэффициентов деления.

Устройство захвата - сравнения CAPCOM2

Большинство кристаллов семейства С166 содержит одно или два устройства захвата - сравнения (CAPCOM1, CAPCOM2). Функциональная схема CAPCOM2 для C164CI, C167 при частоте 20 МГц приведена ниже (модуль CAPCOM1 имеет аналогичную структуру). В каждом устройстве CAPCOM содержится два 16-разрядных таймера с разрешением 400 нс при частоте 20МГц с регистром перезагрузки (Reload), 16 (8 для C164CI) независимых 16-разрядных регистров, программируемых на работу с любым из таймеров T7/T8 и регистры управления. Кристалл С167 содержит два устройства CAPCOM, т.е. в общей сложности 32 канала.

Каждый таймер может работать как в режиме таймера, так и в режиме счетчика и обеспечивает временную синхронизацию работы каналов захвата - сравнения. Входные импульсы на тактовый вход таймеров поступают или от встроенного тактового генератора с коэффициентом деления от 8 до 1024, или с выхода таймера T6 модуля GPT2. Это обеспечивает широкий диапазон значений периода и позволяет точно подобрать необходимое разрешение.

Разнообразные режимы работы каналов CAPCOM позволяют реализовать быстрый ввод-вывод, генерацию сигналов ШИМ и одиночных импульсов, простое цифро-аналоговое преобразование, измерение интервалов времени. Основные режимы работы модулей следующие:

• захват значения таймера по нарастающему / спадающему фронту входного сигнала или по любому из фронтов;
• режимы сравнения 0 и 1 - возможно несколько сравнений в течение одного периода таймера, в первом случае происходит только генерация прерывания, а во втором - происходит переключение сигнала на выходе при каждом сравнении;
  

  

  
  режимы сравнения 2 и 3 - возможно только одно сравнение в течение одного периода таймера, в первом случае устанавливается только флаг прерывания, а во втором - по первому сравнению устанавливается флаг прерывания, и сигнал на выходе переключается в "1", сброс выхода осуществляется по переполнению таймера.

Устройство захвата - сравнения CAPCOM6

В состав C164CI входит мощное 6-канальное устройство захвата - сравнения Capture Compare Unit CAPCOM6, предназначенное для управления всеми типами приводов двигателей постоянного и переменного тока: безщеточными постоянного тока, шаговыми двигателями, индукционными двигателями. Внешний trap-сигнал для быстрого отключения выводов обеспечивает высокий уровень безопасности системы в целом. За счет алгоритма генерации сигналов ШИМ, получаемых с точностью 10 разрядов при частоте 20 КГц, и программируемого интервала "мертвого времени" достигается минимальный уровень шума и потребления. Кроме того, доступен 8-разрядный Downgrade - C504 с идентичным устройством захвата - сравнения.

Устройство CAPCOM6 содержит два блока: 3-канальное 16-разрядное устройство CAPCOM и 1-канальное 10-разрядное устройство сравнения COMP для генерации ШИМ.

Основные функции устройства CAPCOM перечислены ниже:

• Каждый канал осуществляет управление двумя выходами в режиме сравнения и одним входом в режиме считывания на лету. Каналы программируются на режим работы, например, управляемый активный логический уровень выхода в режиме сравнения позволяет генерировать два инверсных сигнала. Скважность (Duty Cycle) импульсов на выходе изменяется от 0 % до 100 %.
• В режиме считывания на лету при появлении переднего или заднего фронта сигнала на выводе CC6x происходит сохранение содержимого таймера 1 в регистре CCх.
• Таймер 12 может работать в одном из двух режимов: прямой счет и сброс, прямой счет и обратный счет. Тактирующая частота таймера 12 задается в пределах от Fcpu до Fcpu/128. Для автоматической генерации интервала мертвого времени (“dead-time“) предусмотрен регистр смещения Offset T12OFF. Прерывания вырабатываются при сбросе таймера, изменении направления счета, условии совпадения, считывании на лету.

Устройство сравнения COMP содержит таймер 13, тактирующая частота которого задается в пределах от Fcpu до Fcpu/128. Основным режимом работы является генерация стандартной ШИМ с привязкой к фронту на выходе COUT63. Кроме того, импульсы, генерируемые устройством COMP, могут модулировать сигналы от CAPCOM при их совместной работе режимах многоканальной ШИМ.

Наиболее интересна работа CAPCOM6 в режиме сравнения, когда выходы CC6x изменяют состояние при совпадении содержимого таймера T12 с содержимым регистра сравнения ССх или T13 с содержимым CMP13. Состояние выходов COUTx может изменяться синхронно с выходами ССх или с задержкой. В первом случае выходы COUTx изменяют состояние при совпадении содержимого таймера с содержимым регистра сравнения ССх, а во втором - при совпадении содержимого таймера с содержимым регистра сравнения ССх плюс значение регистра смещения T12OFF. Тем самым осуществляется генерация интервала “мертвого времени“. Кроме того, существует два основных режима работы таймеров.

Рабочий режим 0 - стандартная ШИМ (привязка к фронту). Данный режим характерен для таймеров T12 и T13. Таймер считает от 000H до значения в регистре периода и далее происходит сброс.

Рабочий режим 1 - симметричная ШИМ (привязка к центру). В данном режиме работает только таймер T12, который ведет счет в прямом и обратном направлении между 000H и значением в регистре периода.

В режимах многоканальной ШИМ устройства CAPCOM и COMP совместно вырабатывают разнообразные сигналы ШИМ:

• 4-х полюсная многоканальная ШИМ
• 5-и полюсная многоканальная ШИМ
• 6-и полюсная многоканальная ШИМ
• Режим коммутации блоков

Ряд микроконтроллеров семейства C166 имеет встроенный АЦП, построенный по принципу аппроксимации со схемой выборки - хранения на кристалле. Схема мультиплексирования позволяет организовать до 16 и более входных каналов. Для компенсации ошибок преобразования служит автоматическая самокалибровка. Полное время преобразования АЦП составляет 9,7 мкс при частоте процессора 20 МГц.

Модуль АЦП имеет гибкие режимы преобразования:

• одноканальное однократное
• одноканальное при периодическом опросе датчика
• многоканальное однократное
• многоканальное при периодическом опросе датчика
• по выбранному каналу во время непрерывного преобразования

При периодическом опросе датчика следующее преобразование производится автоматически по окончании предыдущего. Времена выборки и преобразования устанавливаются в регистре управления АЦП. После окончания преобразования регистр результата содержит 10-разрядный результат и номер канала, а в регистре управления устанавливается флаг прерывания. Если результат преобразования не считывается до начала следующего преобразования, устанавливается флаг ошибки, и вырабатывается прерывание. Для сохранения результата внеочередного преобразования по выбранному каналу во время непрерывного преобразования предусмотрен специальный регистр. Ниже приведена упрощенная блок-схема АЦП.

Количество микроконтроллеров Infineon со встроенными модулями CAN постоянно возрастает, в настоящее время это три 16-разрядных кристалла: С167CS, C167CR, C164CI. CAN (Controller Area Network) - это двухпроводная, последовательная, асинхронная шина с равноправными узлами и подавлением синфазных помех, с хорошим соотношением цена / производительность. Узел CAN - это контроллер, осуществляющий прием-передачу данных со встроенной логикой обнаружения и исправления ошибок. На физическом уровне все устройства, объединенные CAN - шиной соединены между собой по схеме “монтажное И”. CAN изначально был разработан для автомобильной промышленности (его иногда называют Car Area Network), но позднее был распространен на широкую область приложений. В нашей стране наиболее популярными областями использования являются железнодорожный транспорт и промышленная автоматика.

Модуль CAN функционирует в соответствии со спецификацией V2.0B active (стандартный и расширенный CAN со скоростью передачи до 1 Мбит/с) фирмы BOSH и содержит область регистровой памяти для хранения 15 независимых сообщений с собственными идентификаторами, битами состояния и управления. Каждое сообщение содержит до 8 байт данных и идентификатор длиной 11 или 29 бит. Самый мощный и дорогой микроконтроллер C167СS содержит 2 CAN модуля, что при совместной работе модулей позволяет создавать один общий буфер в 30 сообщений, при работе в независимом режиме получаем 2 буфера по 15 сообщений. Доступ к модулю CAN осуществляется по внутренней X-шине и происходит под управлением специального интерфейса.

Если микроконтроллер не содержит встроенный модуль CAN, то для расширения его возможностей используется один из кристаллов Infineon SAE 81C90/91, специально спроектированный для автономной работы с CAN-шиной.

Последовательные интерфейсы, сторожевой таймер и порты ввода-вывода

• Все микроконтроллеры семейства содержат синхронно-асинхронный интерфейс USART (в 80C166 их даже два) с максимальной скоростью обмена - 625 Кбод в асинхронном и 2.5 Мбит/с - в синхронном режиме. В асинхронном режиме осуществляется обмен данными со стандартными параметрами: 7, 8 или 9 бит данных и 1 или 2 стоп-бита. Прием и передача данных может вестись одновременно (дуплексный режим работы). У модуля имеется собственный бод-генератор. По данному каналу осуществляется связь с персональным компьютером и загрузка программ в режиме Bootstrap Loader.
• В кристаллах С164, С165, С167 дополнительно включен синхронный последовательный канал SSC, который обеспечивает максимальную скорость 5 Мбит/с в полном дуплексном режиме. Формат передачи данных совместим с форматом последовательного порта SPI фирмы Motorola. Благодаря наличию встроенного бод-генератора и схемы управления, имеется возможность изменения скорости передачи и форматов передачи. Количество передаваемых бит за одну посылку варьируется от 2 до 16, первым может передаваться как младший, так и старший бит, фаза синхроимпульсов может быть изменена на 180°. Микроконтроллер С163 вместо SSC содержит синхронный порт SSP для подключения устройств с последовательным интерфейсом, например EEPROM (максимальная скорость 12.5 Мбит/с, длина кадра до 3 байт). C161RI содержит шину I²C с двумя мультиплексированными каналами, работающую на частоте 400 КГц.
• Сторожевой таймер Watchdog Timer (WDT) позволяет избежать “зависания” процессора при программных сбоях. Переполнение WDT приводит к программному сбросу, выдаче низкого уровня на выводе RSTOUT и запрету WDT. Это 16-ти разрядный перезагружаемый таймер, подключенный к тактовому генератору ЦПУ через делитель на 2 или 128, что позволяет установить период работы от 25.6мкс до 470мс при частоте 20 МГц.

• Ниже приведена сводная таблица, показывающая наличие последовательных интерфейсов и WDT& Osc. WD у микроконтроллеров семейства С166
  

	C161	C163	C164	C165	C166	C167
USART
SSC		-			-
SSP	-		-	-	-	-
IIC		-	-	-	-	-
WDT
Osc. WD	-			-	-

• Для общения с внешним миром контроллеры содержат линии портов ввода-вывода. Все линии портов управляются с помощью адресуемых побитно регистров портов и индивидуально программируются на ввод или вывод с помощью регистра направления. В С167 может также выбираться тип выходного каскада: с логическим выходом или с открытым стоком и внешним нагрузочным сопротивлением. Микроконтроллер С167 содержит 111 параллельных линий ввода-вывода, объединенных в порты ввода-вывода: 16-разрядный порт P2, восемь 8-разрядных портов P0H, P0L, P1H, P1L, P4, P6, P7, P8, 15-ти разрядный порт P3 и 16-разрядный порт ввода (P5).