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一#xff0c;引言
二#xff0c;机器人的“大脑”
三#xff0c;时基单元介绍
1#xff0c;定时器框图
2#xff0c;时基单元
#xff08;1#xff09;预分频器
#xff08;2#xff09;CNT计数器
#xff08;3#xff09;自动重装载寄存器
四#…目录
一引言
二机器人的“大脑”
三时基单元介绍
1定时器框图
2时基单元
1预分频器
2CNT计数器
3自动重装载寄存器
四结尾 一引言 技术的迅猛发展赋予了越来越多科技产品“智能化”的标签。如智能洗碗机智能冰箱智能电饭煲……这些“机器人”我们姑且这样称呼它们都有一个共同的功能——计时。你是否有过好奇——它们是如何精确而稳定地计量时间的呢让我们一探究竟。 二机器人的“大脑” 机器人计时是在它们的“大脑”中进行的。这个“大脑”学名叫“单片机Single-Chip Microcomputer”又称“微控制器Microcontroller UnitMCU”。 想象一下把一台电脑中的主板、CPU、内存、硬盘等各种部件全部浓缩在一枚指甲盖大小的芯片上——这就是单片机。由于普通机器人对于信息的处理并不像电脑那样承载着巨量的数学计算而是进行环境信号的采集与对应指令的输出单片机也就不需要过大的容量与体积。 而本系列的主要内容就是介绍单片机中最强大、最复杂的外设——定时器。 本文讲解定时器的时基单元也就是“机器人的计时原理”。听起来似乎有些专业不妨继续往下看接下来的内容我会尽我所能让你对时基单元有一个基本的认识。 三时基单元介绍
1定时器框图 如图1是通用定时器的整体框图 图1 定时器框图 整体可分为四个模块时钟模块时基单元输入捕获与输出比较。本文在介绍时基单元的基础上会同时介绍一点时钟方面的知识。
2时基单元 我们将时基单元单独拆出如图2 图2 时基单元 时钟脉冲CK_PSC72MHz被预分频器接收经过预分频器分频后脉冲转变成CK_CNTCK_CNT和CK_PSC的区别是频率不同若预分频器设置为2分频CK_CNT就是36MHz进入CNT计数器中时基单元开始计数——其中计数方式有三种向上计数、向下计数与中央对其计数这里只介绍向上计数顾名思义就是从0开始按照1、2、3的方式向数值较大的方向计数——在计数的同时计数器中的值会与自动重装载寄存器由我们设置中的值相比较若达到了我们期望比较的结果如计数器的值大于我们设定的值就会输出相应的指令。文字有点长结合图2阅读也许会不那么抽象。 以上就是时基单元基本的情况。接下来我们分别讨论时基单元中三个模块的原理。
1预分频器 我们结合预分频器时序图来剖析原理 图3 预分频器时序图 可以看到在图2中预分频器由“PSC预分频器”与一块阴影组成其中“PSC预分频器”名字叫“预分频控制寄存器”而“阴影”叫预分频缓冲器也叫影子寄存器这里我简称其为“缓冲器”。我们修改数值是在预分频控制寄存器中修改之后预分频控制寄存器将设置的值放入缓冲器由缓冲器控制预分频计数器的数值变化如图3也就是说真正控制预分频器工作的是缓冲器。但为什么会这样设计呢在自动重装寄存器中我会阐述答案。 上文中我们理出了预分频器本身的基本运作方式读者可以在纸上画一下流程图熟悉一下大体框架。 我们提到了“预分频计数器”这就是预分频器的重点——预分频器本质也是个计数器通过图3我们来梳理它的原理。预分频缓冲器中的设定值就是预分频计数器计数的最大值这一点可以对比图3中 上下两幅图的最后一排 预分频计数器前后计数的变化理解。当预分频计数器计数值为0时CK_INT输出一个高电平同时计数器向上计数一次CK_INT的意思见图2。当计数器到达自动重装载寄存器的值时就会从0重新计数向上计数模式。在每次计数到达设置值时产生一个更新事件更新事件就是图2中那个像闪电一样的箭头上面写着U。而UI是产生定时中断的意思这两个东西知道就行。 可能会有些难以理解但是照着图像一句话一句话地理解能够梳理出思路。
2CNT计数器 CNT计数器时序图如图4 图4 计数器时序图 其中CK_INT和图3中的CK_PSC是一样的。到这里也许我们会产生疑惑时钟这么重要它到底是个什么东西结合图3和图4可以看到我们所设置的信号中上升沿和时钟都是同时性的也就是说时钟就像是一块石头我们通过去掉与保留石头的各个部分把石头雕刻成我们想要的部分——时钟也是一样。
3自动重装载寄存器 自动重装载寄存器时序图如图5 图5 自动重装载寄存器 自动重装载寄存器是计数器的“顶点”计数器到达了我们在自动重装载的值就会“溢出”如图5中比如我们让计数器达到4的时候进行“溢出”也就是输出一个高电平表示计了5次数字从0开始计数溢出之后计数器就又会从0开始进行计数——是不是很像“画正字”呢? 图5是分为上下两个图的两个图的区别在于上面的图没有使用缓冲器框图中的“影子”下面使用了缓冲器。可以看见在没有使用缓冲器时我们原先设置计数终点是FF在计数到32时将FF改成了36计数器寄存器计数到36时就重新从0开始计数了而使用了缓冲器当我们改变计数终点时计数器会计数到F5后才会从0开始重新计数直到计数到我们新设置的36后再从0开始重新计数。 有些绕但是慢下来对着图画一下思维导图就能理解这段文字。 四结尾 也许我们会疑惑一开始不是讲计时吗怎么讲到计数上了 是否有注意在文中我们提及了“时钟”的概念定时器的标准时钟时72赫兹我们给它一个倒数——便成了周期单位秒一个高电平就对应着1/72秒 所以以上便是机器人计时的方法。感谢你看到这里让我们为自己的耐心与求知欲干杯 欢迎交流
