Lecture 19: Timers and Digital Interfacing

1. Lecture 19: Timers and Digital Interfacing Lecturers: Professor John Devlin Mr Robert Ross

2. Επισκόπηση • Εισαγωγή στους χρονιστές (Timers) • Υλοποίηση Timer • Διασύνδεση Ψηφιακής Λογικής-Digital Logic interfacing

3. Για επιπρόσθετη ανάγνωση • http://www.interfacebus.com/voltage_threshold.html • http://www.planetanalog.com/features/signal/showArticle.jhtml?articleID=51201009

4. Εισαγωγή στους Timers • Ο MSP430 έχει έναν 16-bit hardware timer • Ο timer απαριθμεί ανεξάρτητα από την CPU – δεν απαιτεί πόρους της CPU για την λειτουργία του. • Οι καταχωρητές σύγκρισης-Comparison registers (TAACR0 και TAACR1) επιτρέπουν την παραγωγή διακοπών-interrupts όταν επαληθεύονται συγκεκριμένες συνθήκες για τον timer • Η πηγή ρολογιού του timer μπορεί να ελεγχθεί για να είναι συμβατή με συγκεκριμένες προδιαγρφές • Τρόποι λειτουργίας: • Πάνω-Up: Επαναλαμβανόμενη απαρίθμηση από 0 έως TAACR0 • Συνεχής-Continuous: Επαναλαμβανόμενη απαρίθμηση από 0 έως FFFF • Πάνω-Κάτω-Up/Down: Επαναλαμβανόμενη απαρίθμηση από 0 έως TAACR0 και έπειτα πίσω προς το 0

5. Χρησιμοποιώντας τον timer • Για την χρήση του timer: • Σταμάτημα του timer (θέτοντας MCx στο 0 – ο mode 0 ισοδυναμεί με σταμάτημα) • Καθορισμός των καταχωρητών σύγκρισης- comparison registers • Καθορισμός των διαιρετών της πηγής ρολογιού για την επίτευξη του επιθυμητού χρονικού διαστήματος • Επιλογή του τρόπου (MCx): • Up • Continuous • Up/Down • Έναρξη Timer

6. Timer Registers

7. Timer – Up Mode • Χρήση για ακριβή χρονισμό μιας συγκεκριμένης περιόδου • Η περίοδος καθορίζεται από TACCR0 + 1 περιόδους του ρολογιού • Μια διακοπή-Interrupt παράγεται με την αλλαγή του timer από TACCR0 to 0

8. Timer – Continuous Mode • Απαρίθμηση από 0 έως FFFF • Μια διακοπή-Interrupt παράγεται με την αλλαγή του timer από FFFF σε 0

9. Timer – Up/Down Mode • Ο Timer απαριθμεί από 0 έως TACCR0 και πάλι πίσω στο μηδέν • Η περίοδος είναι 2 x TACCR0 περίοδοι του ρολογιού • Παραγωγή Interrupt όταν η απαρίθμηση φτάσει στοTACCR0 και στο 0

10. Timer – Παράδειγμα Servo • A timer was used in lecture 16 to generate a PWM signal to make a DAC • Remote control aircraft (and some robotics) are operated using servos • Servos are controlled using a PWM signal • Period: 20ms • On time: 1.25 to 1.75ms • On time sets the position of the servo arm

11. Timer – Servo Example MSP430F2013 5V P1.2

12. Timer – Servo Example • Use up/down mode • Period = 20ms • Use clock: 1MHz (Calibrated) • Servo position stepped slowly from left to right and immediately moved back to right (software controlled) • Code on web: MDD_Servo.s43

13. Timer – Servo Example SetupP1 BIS.B #0x0f,&P1DIR ; Set P1.0-P1.7 as outputs BIS.B #00010100b,&P1SEL ; P1.2 and P1.4 TA/SMCLK options SetupP2 BIS.B #11000000b,&P2DIR ; Set P2.6 and P2.7 as outputs Set_clock ; Set to calibrated 1MHz Clock MOV.B &CALBC1_1MHZ,&BCSCTL1 ; Set range; DCO = 1 MHz MOV.B &CALDCO_1MHZ,&DCOCTL ; Set DCO step + modulation setup_timer MOV.W #02710h,&TACCR0 ; CCR0 = PWM Period/2, Period = 20ms MOV.W #023A5h,&TACCR1 ; CCR1 = PWM_OFF_Time/2 = 1.5ms ; Range: 18.25ms -> 18.75ms (off) = ; 23A5h -> 249Fh MOV.W #00C0h,&TACCTL1 ; Output=Toggle/Set MOV.W #0230h, &TACTL ; CLK = SMCLK(1MHz), MODE = ; UP/DOWN

14. Timer – Servo Example reset_position MOV.W #023A5h, R5 ; Fully left position reset_countdown MOV.W #0F00h, R4 ; Initialise countdown main DEC R4 ; Decrement countdown JNZ main ; If countdown != 0, loop INC R5 ; Increment the servo position CMP #0249Fh, R5 ; Does servo position = fully right? JEQ reset_position ; If servo position = fully right, jump MOV.W R5,&TACCR1 ; Load servo position into register JMP reset_countdown ; Loop again

15. Digital Logic Interfacing • In digital electronics, when we refer to ‘high’ or ‘low’ what do we really mean? • This depends on the logic family, low is often 0V, but high could be 3V, 3.3V, 5V or something different altogether

16. Digital Logic Interfacing Graphic: http://www.interfacebus.com/voltage_threshold.html

17. Digital Logic Interfacing • How can we interface between logic families? • Use specialised IC (eg. TI TXB0104) or • Higher voltage -> Lower Voltage • Voltage Divider • Open Drain buffer • Lower Voltage -> Higher Voltage • Open Drain buffer • TTL-CMOS (Pull Up Resistor)

18. 5V device output 3.3V device 5.1K input 10K Voltage Divider • When going from a higher voltage to a lower voltage a simple resistor voltage divider may be used

19. CMOS input 2K TTL output TTL-CMOS (Pull Up Resistor) • TTL outputs 2.4V to 3.3V for a high level • CMOS required 3.7 for high level. • Use a 1K or 2K resistor pulled up to Vcc • Increases output voltage from the TTL driver Vcc

20. Open Drain buffer • Can be used to step up or down • When not being driven the Open-collector output would float • Rpullup, ensures that rather than floating it is pulled up the required voltage

21. Summary • Hardware timers can be used to accurately time and trigger events • Digital logic devices often have different definitions of ‘High’ and ‘Low’ voltages • If ‘High’ and ‘Low’ voltages don’t match interfacing circuitry may be required to connect devices