定時器的種類

1、 接通延時型定時器：接通延時型定時器是各種PLC中最常見最基本的定時器，這種定時器在 SIEMENS的PLC中，稱為SD型定時器。

2、 斷開延時型定時器：這種定時器是當(dāng)輸入條件00000為ON時無延時作用，只有在輸入條件00000為OFF時產(chǎn)生延時作用。在SIEMENS的PLC中，稱為SF型定時器。

3、保持型接通延時定時器：這種定時器是當(dāng)輸入條件00000為ON后，即產(chǎn)生鎖存功能，即使輸入條件00000又變?yōu)镺FF，仍視輸入條件為ON，當(dāng)定時器的當(dāng)前值等于設(shè)定值時，定時器動作，這種定時器在SIEMENS的PLC中，稱為SS型定時器。

4、脈沖型定時器：這種定時器是當(dāng)輸入條件00000為ON后，定時器即時動作，但經(jīng)過定時器所設(shè)定的時間后，即使輸入條件00000仍為ON，定時器卻變?yōu)镺FF狀態(tài)。即這種定時器ON狀態(tài)的維持時間是由設(shè)定值決定的。如果00000為ON的時續(xù)時間小于定時器的設(shè)定值，定時器的ON狀態(tài)維持時間為輸入條件00000為ON的持續(xù)時間。這種定時器在SIEMENS的PLC中，稱為SP型定時器。

5、擴張型脈沖定時器：這種定時器與脈沖型定時器的區(qū)別是，只要輸入條件00000出現(xiàn)了ON狀態(tài)，不管其持續(xù)時間多長，均可使定時器為ON的維持的時間與定時器的設(shè)定值一致。這種定時器在SIEMENS的PLC中，稱為SE型定時器。

定時器按結(jié)構(gòu)可分為機械式、電動式和電子式：

　　1、機械式定時器 　以發(fā)條為原動力，用擒縱調(diào)速器控制走時精度，通過齒輪傳動和凸輪，按時間控制機構(gòu)預(yù)置的時段操縱執(zhí)行機構(gòu)動作。計時精度要求不高的定時器（如風(fēng)扇定時器、洗衣機定時器、廚房用定時器、照相暗房用定時器、電視機控制用定時器、電燈開關(guān)定時器），一般采用無固有振動周期的調(diào)速器。這些定時器都是在手動上發(fā)條的同時預(yù)置時限，定時精度不高，但結(jié)構(gòu)簡單,使用方便。計時精度要求高、定時范圍在3～12小時的定時器，一般采用擺輪游絲調(diào)速器。

　　2、電動式定時器 　用交流同步電動機或石英步進電機驅(qū)動，通過齒輪傳動和凸輪簧片觸點機構(gòu)，按預(yù)置的時段或時刻控制執(zhí)行機構(gòu)。其中短時段控制的電動式定時器可用于程序控制式洗衣機、洗碗機、微波爐、烘箱及時間繼電器等;長時段電動式定時器是一種24小時或7天程序控制的開關(guān)裝置，可預(yù)置開關(guān)動作多次，最短時間控制間隔一般為15分鐘，可用于用戶用電情況監(jiān)控、照明控制、實驗室裝置控制、空調(diào)器控制和自動生產(chǎn)線上某些設(shè)備的定時控制等。

　　3、電子式定時器 　利用石英振蕩器或民用交流電的標(biāo)準(zhǔn)頻率,經(jīng)過分頻計數(shù)組成時間累加器或數(shù)字鐘,按照預(yù)置的時間編碼輸出控制信號。這種定時器走時精確，時間設(shè)定沒有誤差,定時精度高,控制程序多。其中長時段定時器最小控制時段一般為1分鐘,配上微處理器后能精確地編制一年的時間程序，組成多路可編程序的定時器。電子式定時器在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，它也是節(jié)約能源管理中一種有效的技術(shù)措施。電子定時器類的電子定時開關(guān)鐘，可用于按高、平、低峰用電收取不同電費制度的場合，它將一天內(nèi)的用電高峰、平峰、低谷時間在定時開關(guān)中設(shè)定,并分別接通3種電表進行計費。電子式定時器在科學(xué)實驗中和在微波爐、電飯鍋、洗衣機等電器中也有使用

   定時器的工作原理

   定時器根據(jù)其輸入條件導(dǎo)致完成動作的不同可分為接通延時型定時器、斷開延時型定時器、保持型接通延時定時器、脈沖型定時器和擴張型脈沖定時器五種。其中，接通延時型定時器也稱為SD型定時器，是PLC(可編程邏輯控制器)中最基本的一種;斷開延時型定時器也稱為SF型定時器，當(dāng)其輸入條件為OFF即斷開時才會起到延時作用;保持型接通延時定時器也稱為SS型定時器，當(dāng)輸入條件為ON即接通時起到鎖存功能，若輸入條件由ON變?yōu)镺FF時，仍認(rèn)為輸入條件為ON起到保持作用;脈沖型定時器也稱為SP型定時器，當(dāng)輸入條件為ON時立刻發(fā)生動作，但動作屬于脈沖型，僅能維持定時器的設(shè)定時間，若設(shè)定時間過后，即使輸入條件為ON，定時器也處于OFF狀態(tài)，若設(shè)定時間內(nèi)，輸入條件變?yōu)镺FF，則動作停止;擴張型脈沖定時器也稱為SE型定時器，其與脈沖型定時器相類似，不同之處僅在于輸入條件為ON時，即使在設(shè)定時間內(nèi)條件變?yōu)镺FF，動作仍不停止，擴張到設(shè)定時間為止。

   接下來我們以PLC中的定時器為例來說明定時器的結(jié)構(gòu)，并在下一部分中解釋其工作原理。PLC中的定時器根據(jù)累積的時鐘脈沖來完成計時的功能，其主要由一個存儲器、一個設(shè)定值寄存器和一個當(dāng)前值寄存器構(gòu)成，其中，設(shè)定值寄存器用于存儲設(shè)定時間值，當(dāng)前值寄存器用于存儲當(dāng)前時間值。

   當(dāng)定時器輸入條件滿足計時要求時開始計時，設(shè)定值寄存器存儲設(shè)定時間值不變，當(dāng)前值寄存器存儲當(dāng)前時間值隨時間發(fā)生變化，一旦當(dāng)前時間值增加到與設(shè)定時間值相同，定時器發(fā)生動作，常開觸點接通而常閉觸電斷開，并通過程序作用于被控制對象，以達到控制時間的目的。

定時器的電路圖

定時器的管理模塊

定時器是通信協(xié)議正常運行的基本要素之一，主要用于各種定時和幀重傳的任務(wù)。通信協(xié)議在單片機系統(tǒng)上實現(xiàn)所使用的定時器，定時精度要求不高，但數(shù)量要求比較大。由于硬件資源有限，不可能為每一個單獨任務(wù)分配一個硬件定時器，只能通過單個硬件定時器模擬多個軟件定時器的方法，來滿足協(xié)議中的定時應(yīng)用需要。

用一定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將這些軟件定時器組織起來，并提供統(tǒng)一的調(diào)用接口，稱為“定時器管理”。目前定時器管理主要有2種實現(xiàn)方法：

①靜態(tài)數(shù)組法。將定時器節(jié)點存儲在數(shù)組中。優(yōu)點是邏輯簡單，占用ROM較少。但這種方案有明顯的缺點：當(dāng)硬件定時器中斷發(fā)生時，要對所有定時器節(jié)點進行減法操作，時間開銷很大，且時延不確定(與定時器數(shù)目相關(guān))。

②delta鏈表法。按照定時器的定時值升序排列，形成鏈表。后一個定時器的定時值是前面所有定時器的值加上本節(jié)點的值。這樣，在每次的時鐘中斷處理中，只需對第1個定時器節(jié)點進行減法操作，大大減少了時間開銷。但是，該方案邏輯復(fù)雜，ROM用量大，需要頻繁分配回收內(nèi)存，容易形成內(nèi)存碎片。

1 定時器管理模塊的設(shè)計

定時器管理模塊的設(shè)計基于靜態(tài)數(shù)組法。使用一個定時器節(jié)點數(shù)組來保存所有的定時請求，數(shù)組的每一項代表一個可用的定時器節(jié)點。每一個定時器節(jié)點都有一個狀態(tài)項，表示該定時器正處于空閑、使用或溢出狀態(tài)。定時器的定時值和定時器超時后要發(fā)送的消息也存儲在定時器節(jié)點中，從而實現(xiàn)用一個硬件定時器為用戶提供多個軟件定時器。

為了解決中斷處理時間開銷大的問題，在模塊中引入一個輔助定時器，輔助定時器的值總是等于所有定時器節(jié)點中的最小定時值。在硬件定時器中斷處理中，僅對輔助定時器進行減法操作，從而大大縮短了中斷處理的時間。設(shè)計原理如圖1所示。

2定時器管理模塊的實現(xiàn)

2.1數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和函數(shù)接口

定時器管理模塊使用的相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義如下：

字段state保存了定時器節(jié)點的狀態(tài)，可能取值為空閑(T_FREE)、使用(T_INUSE)或溢出(T_OVERFLOW)。

字段count保存了定時器節(jié)點的定時值，最大取值為65 535。如果設(shè)置硬件定時器中斷為10 ms，則軟件定時器最大定時約為655 s，可以滿足大多數(shù)應(yīng)用需要。

字段msg指向定時器的用戶消息。在啟動定時器時，指向消息的指針被保存在此字段。當(dāng)定時時間結(jié)束后，中斷處理函數(shù)會自動發(fā)出這個消息以通知用戶任務(wù)。

由于數(shù)組的下標(biāo)是唯一的，可作為識別節(jié)點的唯一ID號。下文中提到的節(jié)點ID號均表示節(jié)點在數(shù)組中的下標(biāo)。

MAX_TIMER_NUM表示系統(tǒng)允許的最大定時器數(shù)，其值取決于具體應(yīng)用需要。

本模塊提供的關(guān)鍵接口函數(shù)如下：

2.2定時器的初始化

使用定時器管理模塊前，需要進行定時器的初始化。主要是初始化定時器節(jié)點數(shù)組，將每一個定時器節(jié)點設(shè)置為空閑狀態(tài)，同時將輔助定時器置零，輔助ID指向0xFF(表示空)。

2.3定時器的啟動

啟動一個定時器，主要是將節(jié)點數(shù)組中一個空閑狀態(tài)的節(jié)點置為使用狀態(tài)。如果這個新啟用的定時器，是所有定時器中定時值最小的，還要更新輔助定時器。函數(shù)以指向定時器消息的指針和定時值為參數(shù)，啟動定時器流程如圖2所示。成功啟動定時器后，返回該定時器節(jié)點的ID號。

2.4定時器的刪除

在目標(biāo)定時器到期之前，由于某種原因用戶可能會要求取消定時器。如重發(fā)定時器，用戶在發(fā)送數(shù)據(jù)幀后啟動該定時器，并等待對方返回響應(yīng)幀。如果在定時時間結(jié)束時沒有收到響應(yīng)幀，用戶就需要重發(fā)原數(shù)據(jù)幀；如果在定時時間結(jié)束之前收到響應(yīng)幀，用戶就需要馬上取消該定時器，然后進行下一次通信過程。

刪除定時器函數(shù)以定時器節(jié)點ID號作為輸入?yún)?shù)，將定時器節(jié)點設(shè)為空閑狀態(tài)，并根據(jù)需要更新輔助定時器，流程如圖3所示。

2.5定時器的驅(qū)動

軟件定時器的驅(qū)動由硬件定時器提供。在硬件定時器中斷中，首先將輔助定時器的值減1。如果輔助定時器值為0，則表示定時值最小的定時器已經(jīng)超時，應(yīng)將對應(yīng)的消息發(fā)送給用戶任務(wù)，將節(jié)點置為空閑狀態(tài)，并重新計算其他節(jié)點的定時值，同時查找定時值最小的節(jié)點，更新輔助定時器。

定時器的基本操作

　　F2810／F2812器件上有3個Q9位CPU定時器（TIMERO／1／2）。只有定時器1和2預(yù)留給實時操作系統(tǒng)DSP/BIOS使用，只有定時器0可以在就用程序中使用，定時器的功能如圖1所示。

　　圖1 定時器功能框圖

　　若處理器采用30 MHz的外部時鐘，經(jīng)過鎖相環(huán)10／2倍頻后，系統(tǒng)的時鐘工作在150 MHz。圖中的定時器選擇SYSCLKOUT作為定時器時鐘，工作頻率也是150 MHz。一旦定時器被使能（TCR－Bit 4＝0），定時器時鐘經(jīng)過預(yù)定標(biāo)計數(shù)器（PSCH：PSC）遞減計數(shù)，預(yù)定標(biāo)計數(shù)器產(chǎn)生下溢后向定時器的32位計數(shù)器（TIMH：TIM）借位p最后定時器計數(shù)器產(chǎn)生溢出使定時器向CPU發(fā)送中斷。定時器中斷結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　每次預(yù)定標(biāo)計數(shù)器產(chǎn)生溢出后使用分頻寄存器（TDDRH：TDDR）中的值重新裝載。同樣，32位周期寄存器（PRDH[_]PRD）為32位計數(shù)器提供重新裝載值。

　　圖2 定時器中斷結(jié)構(gòu)

定時器的比較操作

　　每個通用定時器都有一個比較寄存器TxCMPR和一個PWM輸出引腳TxPWM。通用定時器計數(shù)器的值一直與相關(guān)的比較寄存器的值比較，當(dāng)定時器計數(shù)器的值與比較寄存器的值相等時，就產(chǎn)生比較匹配。可通過TxCON［l］位使能比較操作，產(chǎn)生比較匹配后將會有下列操作（如圖所示）。

　　●匹配1個時鐘周期后，定時器的比較中斷標(biāo)志位置位。

　　●匹配1個CPU時鐘周期后，根據(jù)寄存器GPTCONA／B相應(yīng)位的配置情況，PWM的輸出將產(chǎn)生跳變。

　　●如果比較中斷標(biāo)志位已通過設(shè)置寄存器GPTCONA／B中的相應(yīng)位啟動A／D轉(zhuǎn)換器，則比較中斷位置位的同時產(chǎn)生A／D轉(zhuǎn)換啟動信號。

　　●如果比較中斷未被屏蔽，將產(chǎn)生一個外設(shè)申斷申請。

通用定時器比較操作功能框圖