nuvoton - M451 Timer

Timer 支援的功能有

• 4 個 32-bits timer 控制器( 24 bits 的計數器和 8 bits 預除器)
• 6 個時脈來源
• 支援由 power-down mode 喚醒 CPU
• 支援事件計數功能
• 支援外部事件觸發功能
• 支援 4 種工作模式
• One-shot
• Periodic 
• Toggle 
• Continuous counting  

Timer Clock Source

• HXT (High Speed External Clock Source)
• TMRxSEL = 000b
• 4 - 24MHz
• LXT (Low Speed External Clock Source)
• TMRxSEL = 001b
• 32.768 KHz
• PCLK
• TMRxSEL = 010b
• T0 - T3
• TMRxSEL = 011b
• LIRC (Low Speed Internal Clock Source)
• TMRxSEL = 100b
• 10 KHz
• HIRC (High Speed Internal Clock Source)
• TMRxSEL = 101b
• 22.1184 MHz

Timer Block Diagram

由方塊圖得知,以 32 bits 計數器(8 bits pre-scale and 24 bits counter) 為核心, 計數 internal clock , external clock, external Event 等,計數的結果放在 TCNT. 而 Capture 模組,使用於計數 clock 數來取得速度.

Timer Function Mode

根據設定,Timer 可以分成四種工作模式如下表:

Timer 的中斷

• TIF (TIMERx_INSTS[0]) - 當 TIMERx_CNT[23:0] 計數到 TIMERx_CMPDAT[23:0]
• CAPIF (TIMERx_EINSTS[0]) - 當 Tx_EXT 接腳接收到變化而且 CAPEDGE (TIMERx_EXTCTL[2:1] 設為 1. 

Timer 四種工作模式如下:

• Timer Counting Mode : 分為四種計數模式如下 - 
• One-shot mode : 
• TIMERx_CTL[28:27] = 00b
• TIMERx_CTL[30] = 1b , 開始計數
• 當 TIMERx_CNT[23:0] 計數到 TIMERx_CMPDAT[23:0], TIF (TIMERx_INTSTS[0]) 會被設起來.
• TIMERx_CNT[23:0] 和 CNTEN 會被清為 0
• 若 INTEN 設為 enable, 就會產生中斷.
• Periodic mode :
• TIMERx_CTL[28:27] = 01b
• TIMERx_CTL[30] = 1b , 開始計數
• 當 TIMERx_CNT[23:0] 計數到 TIMERx_CMPDAT[23:0], TIF (TIMERx_INTSTS[0]) 會被設起來.
• TIMERx_CNT[23:0] 會被清為 0, 重新計數.
• 若 INTEN 設為 enable, 就會產生中斷.
• Toggle-output mode :
• TIMERx_CTL[28:27] = 10b
• TIMERx_CTL[30] = 1b , 開始計數
• 當 TIMERx_CNT[23:0] 計數到 TIMERx_CMPDAT[23:0], TIF (TIMERx_INTSTS[0]) 會被設起來.
• TIMERx_CNT[23:0] 會被清為 0, Toggle output signal, 重新計數.
• 若 INTEN 設為 enable, 就會產生中斷.
• Continuous counting operation mode :
• TIMERx_CTL[28:27] = 11b
• TIMERx_CTL[30] = 1b , 開始計數
• 當 TIMERx_CNT[23:0] 計數到 TIMERx_CMPDAT[23:0], TIF (TIMERx_INTSTS[0]) 會被設起來.
• 中斷產生時,可以再重新設定 CMPDAT 的值.
• TIMERx_CNT[23:0] 會繼續計數到最大值
• 若 INTEN 設為 enable, 就會產生中斷.

• Event Counting Mode
• 計數輸入的事件(T[3:0]) 並存到 CNT (TIMERx_CNT[23:0])
• EXTCNTEN (TIMERx_CTL[24]) = 1b
• Clock source 為 PCLK[1:0]
• Input event frequency < 1/3 PCLK[1:0] without de-bounce ; < 1/8 PCLK[1:0] with de-bounce
• External Capture Mode
• 當偵測 T[3:0]_EXT 有位準轉換, 就會把 CNT (TIMERx_CNT[23:0])存到 CAPDAT (TIMERx_CAP[23:0])
• CAPFUNCS (TIMERxEXCTL[4]) = 0b
• Clock source 為 PCLK[1:0]
• Input event frequency < 1/3 PCLK[1:0] without de-bounce ; < 1/8 PCLK[1:0] with de-bounce
• External Reset Counter Mode
• 當偵測 T[3:0]_EXT 有位準轉換, 就會把 CNT (TIMERx_CNT[23:0]) 清除為 0
• CAPFUNCS (TIMERxEXCTL[4]) = 1b

Timer Trigger Function

• Timer Trigger PWM
• TRGPWM (TIMERx_CTL[19]) = 1, if the timer interrupt.
• The timer will trigger pulse as PWM external clock source
• Timer Trigger DAC
• TRGDAC (TIMERx_CTL[20]) = 1, if the timer interrupt.
• The timer trigger DAC to start converter
• Timer Trigger EADC
• TRGEADC (TIMERx_CTL[21]) = 1, if the timer interrupt.
• The timer trigger EADC to start converter

Timer Coding Flow

• Enable Clock for Timer #0 module

CLK_EnableModuleClock(TMR0_MODULE);

• Select Timer #0 clock source

CLK_SetModuleClock(TMR0_MODULE, CLK_CLKSEL1_TMR0SEL_HXT, 0);

• Initialize Timer #0 periodic mode (2Hz)

TIMER_Open(TIMER0, TIMER_PERIODIC_MODE, 2);

• Enable Timer #0 interrupt

TIMER_EnableInt(TIMER0);
NVIC_EnableIRQ(TMR0_IRQn);

• Start Timer #0

TIMER_Start(TIMER0);

• Timer #0 Interrupt Service

void TMR0_IRQHandler(void)
{
    // clear Timer0 interrupt flag
    TIMER_ClearIntFlag(TIMER0);
}

範例程式 :

隨著時代的變遷，MCU 的程式開發也都加入了 RTOS 來加快了程式碼的開發和 Task 的排程管理，因此範例程式使用了 nuvoton 提供的 FreeRTOS 範例程式來開發，並且在 NuEdu M453 的開發板上驗証功能完成。

在 FreeRTOS 的範例中，啟動 Timer 1 並且建立了4 個 Task

• USER-IF Task : 保留給 User UART command 做 debug 功能
• Toggle LED Task : 開關 NuEdu 開發板的 LED
• Segment LED Task : 顯示七段顯示器的功能
• Timer 1 ISR Task : 完成 Timer 1 中斷服務程式未完成的事件 

範例程式碼位於 Github 的 nuvoton-M451-Sample 的 FreeRTOS-Timer1-Sample branch

Reference document :

• nuvoton NuMicro-M451-Series-Training-Material
• nuvoton TRM_M451_Series_EN_Rev2.08