目錄
一，引言
二，機器人的“大腦”
三，時基單元介紹
1，定時器框圖
2，時基單元
（1）預(yù)分頻器
（2）CNT計數(shù)器
（3）自動重裝載寄存器
四，結(jié)尾
一，引言
? ? ? ? 技術(shù)的迅猛發(fā)展，賦予了越來越多科技產(chǎn)品“智能化”的標(biāo)簽。如智能洗碗機，智能冰箱，智能電飯煲……這些“機器人”（我們姑且這樣稱呼它們）都有一個共同的功能——計時。你是否有過好奇——它們是如何精確而穩(wěn)定地計量時間的呢？讓我們一探究竟。
二，機器人的“大腦”
? ? ? ? 機器人計時是在它們的“大腦”中進(jìn)行的。這個“大腦”，學(xué)名叫“單片機（Single-Chip Microcomputer）”，又稱“微控制器（Microcontroller Unit，MCU）”。
????????想象一下，把一臺電腦中的主板、CPU、內(nèi)存、硬盤等各種部件全部濃縮在一枚指甲蓋大小的芯片上——這就是單片機。由于普通機器人對于信息的處理并不像電腦那樣，承載著巨量的數(shù)學(xué)計算，而是進(jìn)行環(huán)境信號的采集與對應(yīng)指令的輸出，單片機也就不需要過大的容量與體積。
? ? ? ? 而本系列的主要內(nèi)容，就是介紹單片機中最強大、最復(fù)雜的外設(shè)——定時器。
? ? ? ? 本文講解定時器的時基單元，也就是“機器人的計時原理”。聽起來似乎有些專業(yè)？不妨繼續(xù)往下看，接下來的內(nèi)容，我會盡我所能，讓你對時基單元有一個基本的認(rèn)識。
三，時基單元介紹
1，定時器框圖
? ? ? ? 如圖1，是通用定時器的整體框圖：
圖1? 定時器框圖
????????整體可分為四個模塊：時鐘模塊，時基單元，輸入捕獲與輸出比較。本文在介紹時基單元的基礎(chǔ)上，會同時介紹一點時鐘方面的知識。
2，時基單元
? ? ? ? 我們將時基單元單獨拆出，如圖2：
圖2 時基單元
? ? ? ? 時鐘脈沖（CK_PSC，72MHz）被預(yù)分頻器接收，經(jīng)過預(yù)分頻器分頻后，脈沖轉(zhuǎn)變成CK_CNT（CK_CNT和CK_PSC的區(qū)別是頻率不同，若預(yù)分頻器設(shè)置為2分頻，CK_CNT就是36MHz）進(jìn)入CNT計數(shù)器中，時基單元開始計數(shù)——其中，計數(shù)方式有三種：向上計數(shù)、向下計數(shù)與中央對其計數(shù)，這里只介紹向上計數(shù)，顧名思義，就是從0開始，按照1、2、3的方式向數(shù)值較大的方向計數(shù)——在計數(shù)的同時，計數(shù)器中的值會與自動重裝載寄存器（由我們設(shè)置）中的值相比較，若達(dá)到了我們期望比較的結(jié)果（如計數(shù)器的值大于我們設(shè)定的值），就會輸出相應(yīng)的指令。文字有點長，結(jié)合圖2閱讀也許會不那么抽象。
? ? ? ? 以上，就是時基單元基本的情況。接下來，我們分別討論時基單元中三個模塊的原理。
（1）預(yù)分頻器
? ? ? ? 我們結(jié)合預(yù)分頻器時序圖來剖析原理：
圖3 預(yù)分頻器時序圖
? ? ? ? 可以看到，在圖2中，預(yù)分頻器由“PSC預(yù)分頻器”與一塊陰影組成，其中，“PSC預(yù)分頻器”名字叫“預(yù)分頻控制寄存器”，而“陰影”叫預(yù)分頻緩沖器，也叫影子寄存器，這里我簡稱其為“緩沖器”。我們修改數(shù)值，是在預(yù)分頻控制寄存器中，修改之后，預(yù)分頻控制寄存器將設(shè)置的值放入緩沖器，由緩沖器控制預(yù)分頻計數(shù)器的數(shù)值變化（如圖3），也就是說，真正控制預(yù)分頻器工作的，是緩沖器。但為什么會這樣設(shè)計呢？在自動重裝寄存器中，我會闡述答案。
? ? ? ? 上文中，我們理出了預(yù)分頻器本身的基本運作方式，讀者可以在紙上畫一下流程圖熟悉一下大體框架。
????????我們提到了“預(yù)分頻計數(shù)器”，這就是預(yù)分頻器的重點——預(yù)分頻器本質(zhì)也是個計數(shù)器，通過圖3，我們來梳理它的原理。預(yù)分頻緩沖器中的設(shè)定值，就是預(yù)分頻計數(shù)器計數(shù)的最大值，這一點可以對比圖3中? ?上下兩幅圖的最后一排? ?預(yù)分頻計數(shù)器前后計數(shù)的變化理解。當(dāng)預(yù)分頻計數(shù)器計數(shù)值為0時，CK_INT輸出一個高電平，同時，計數(shù)器向上計數(shù)一次，CK_INT的意思見圖2。當(dāng)計數(shù)器到達(dá)自動重裝載寄存器的值時，就會從0重新計數(shù)（向上計數(shù)模式）。在每次計數(shù)到達(dá)設(shè)置值時，產(chǎn)生一個更新事件，更新事件就是圖2中那個像閃電一樣的箭頭，上面寫著U。而UI是產(chǎn)生定時中斷的意思，這兩個東西知道就行。
? ? ? ? 可能會有些難以理解，但是照著圖像一句話一句話地理解，能夠梳理出思路。
（2）CNT計數(shù)器
? ? ? ? CNT計數(shù)器時序圖如圖4：
圖4 計數(shù)器時序圖
? ? ? ? 其中，CK_INT和圖3中的CK_PSC是一樣的。到這里，也許我們會產(chǎn)生疑惑：時鐘這么重要，它到底是個什么東西？結(jié)合圖3和圖4，可以看到，我們所設(shè)置的信號中，上升沿和時鐘都是同時性的，也就是說，時鐘就像是一塊石頭，我們通過去掉與保留石頭的各個部分，把石頭雕刻成我們想要的部分——時鐘也是一樣。
（3）自動重裝載寄存器
? ? ? ? 自動重裝載寄存器時序圖如圖5：
圖5 自動重裝載寄存器
? ? ? ? 自動重裝載寄存器，是計數(shù)器的“頂點”，計數(shù)器到達(dá)了我們在自動重裝載的值，就會“溢出”，如圖5中，比如，我們讓計數(shù)器達(dá)到4的時候進(jìn)行“溢出”，也就是輸出一個高電平，表示計了5次數(shù)字（從0開始計數(shù)），溢出之后，計數(shù)器就又會從0開始進(jìn)行計數(shù)——是不是很像“畫正字”呢?
? ? ? ? 圖5是分為上下兩個圖的，兩個圖的區(qū)別在于，上面的圖沒有使用緩沖器（框圖中的“影子”），下面使用了緩沖器?？梢钥匆?，在沒有使用緩沖器時，我們原先設(shè)置計數(shù)終點是FF，在計數(shù)到32時，將FF改成了36，計數(shù)器寄存器計數(shù)到36時，就重新從0開始計數(shù)了；而使用了緩沖器，當(dāng)我們改變計數(shù)終點時，計數(shù)器會計數(shù)到F5后，才會從0開始重新計數(shù)，直到計數(shù)到我們新設(shè)置的36后，再從0開始重新計數(shù)。
? ? ? ? 有些繞，但是慢下來，對著圖畫一下思維導(dǎo)圖，就能理解這段文字。
四，結(jié)尾
? ? ? ? 也許我們會疑惑：一開始不是講計時嗎，怎么講到計數(shù)上了？
? ? ? ? 是否有注意，在文中，我們提及了“時鐘”的概念，定時器的標(biāo)準(zhǔn)時鐘時72赫茲，我們給它一個倒數(shù)——便成了周期（單位：秒），一個高電平就對應(yīng)著1/72秒？
? ? ? ? 所以，以上便是機器人計時的方法。感謝你看到這里，讓我們?yōu)樽约旱哪托呐c求知欲干杯！文章來源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-851255.html
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到了這里，關(guān)于機器人是怎么計時的（通用定時器 - 時基單元）的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請在右上角搜索TOY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！
