一、PCA介绍
1. PCA简介
PCA（Programmable Counter Array）是一种可编程计数器阵列，是常见于一些8位和16位微控制器中的重要外设之一，包括中颖C51单片机。
PCA0的功能包括计时器和捕获/比较功能，它能够执行多种定时和控制任务。
计时器功能： PCA可以作为一个多功能的定时器，能够产生精确的定时脉冲，用于计时、延时等应用。它可以以不同的时钟源（如系统时钟、外部时钟等）来进行计数，并且支持不同的计数模式（例如定时器、捕获/比较等）。
捕获/比较功能： PCA还可以用作捕获/比较器，能够捕获外部输入信号的脉冲宽度、频率等信息，并与预设的比较值进行比较，从而实现对输入信号的精确控制。
多通道功能： PCA通常具有多个计时通道，可以同时管理多个计时任务，这使得它在复杂的控制系统中非常有用。
中断支持： PCA通常会提供中断功能，当计数或捕获操作完成时，可以触发相应的中断，用于处理特定的事件或执行特定的任务。
PWM输出： PCA通常也可以用来生成PWM（脉冲宽度调制）信号，用于控制电机速度、LED亮度等应用。
2. SH79F9476的PCA0特性
SH79F9476有1个16位定时器PCA0，PCA0具有两路独立比较捕捉模块
可以实现相位修正，相频修正
与标准的8051计数器/定时器相比，PCA0需要较少的CPU干预 。
3. PCA0 功能
1个专用的16位计数器/定时器
2个16位捕捉/比较模块
每个捕捉/比较模块有自己的I/O线（P0CEX0,P0CEX1）。
4. 时钟
PCA0的计数器/定时器有一个可编程选择时钟源：系统时钟、系统时钟/4、系统时钟/12、系统时钟/32、定时器4溢出或ECI0 输入引脚上的外部时钟信号、32.768KHz晶振/内建128kHzRC，通过P0CMD寄存器中的P0CPS2-P0CPS0位选择定时器/计数器的时钟源：
按官方文档说明：
系统时钟频率不得低于计数时钟频率的4倍频（计数时钟为系统时钟时除外）。
当OP_OSC[3:0] = 1010（32.768kHz晶体谐振器作为振荡器1，24MHz内部RC作为振荡器2），外部32.768kHz晶振作为计数源时钟；当OP_OSC[3:0]=0011（内部128KHz RC振荡器作为振荡器1，24MHz内部RC作为振荡器2）时，内建的128kHz作为计数器源时钟。
5. PCA0原理框图
6. 工作方式
PCA0 可以工作在Mode0、Mode1、Mode2、Mode3等4种方式，其中Mode3可分成以下几种 PWM 方式：
8位PWM（单斜坡）
16位PWM（单斜坡）
16位相位修正PWM（双斜坡）
16位相频修正PWM（双斜坡）
二、PCA0寄存器
1. PCA0标志寄存器
-
位编号说明：
2. PCA使能寄存器
PR0 位编号说明：
PCA0 计数器/ 定时器运行控制位：
0：禁止PCA0计数器/定时器
1：允许PCA0计数器/定时器
3. PCA0方式寄存器
位编号说明：
4. P0CPMn PCA捕捉/比较寄存器
位编号说明：
5. P0FORCE强制输出控制寄存器
位说明：
6. PCA0计数最大值低字节
P0TOPL， 9EH ，Bank1。
7. PCA0计数最大值高字节
P0TOPH, 9FH, Ban1。
8. PCA0比较/捕捉模块低字节
P0CPL0 (9CH)
P0CPL1 (ACH)
9. PCA0比较/捕捉模块高字节
P0CPH0(9DH)
P0CPH1(ADH)
三、中断
SH79F9476的PCA0中断号是20，
向量地址：00A3H；
允许位：EPCA0
标志位：CF0/P0CCF0/P0CCF1
示例：
void INT_PCA0(void) interrupt 20
{
}
四、工作方式详解
1. Mode0 边沿触发的捕捉模式
（1）工作方式介绍
在这种模式下，当P0CEXn引脚上的电平发生跳变时，PCA0计数器/定时器的当前计数值将被捕获并存储到对应模块的16位捕捉/比较寄存器（P0CPLn和P0CPHn）中。
要启用这种捕捉方式，需要配置P0SMPn寄存器的P0SMNn位和P0SMNn位为00。
可以通过PCA0CPMn寄存器中的P0FSPn和P0FSNn位选择触发捕捉的电平变化类型，用来选在低电平到高电平变化时触发（P0FSPn：P0FSNn = 00）、在高电平到低电平变化时触发（P0FSPn：P0FSNn = 10），或者在任何电平变化时触发（P0FSPn：P0FSNn = 11）。
当捕捉事件发生时，PCA0CF中的捕捉/比较标志（P0CCFn）会被置为逻辑‘1’，并产生一个中断请求（如果已允许中断）。当CPU进入中断服务程序时，P0CCFn位不会自动清零，需要通过软件来清除。如果P0FSPn和P0FSNn位都设置为逻辑‘1’，可以通过读取P0CPMn寄存器的P0TCPn位来确定本次捕捉是由上升沿触发还是由下降沿触发。
要注意： P0CEXn 输入信号必须在高电平或低电平期间至少保持四个系统时钟周期，以保证能够被硬件识别。
捕获原理框图：
（2）代码实现
下面代码配置PCA0工作方式0 ， 在 P0CEX0（P1.2）输入1kHz信号，配置双边沿触发方式，在P1_0口输出方波。
#include "pca0_util.h"
/**
* @brief PCA0 工作方式0 边沿触发
*/
void PCA0Mode0(void){
select_bank1();
// 工作在单沿模式、禁止PCA0溢出中断、选择系统时钟作为PCA0时钟源
P0CMD=0x00;
// 捕捉方式、任意沿触发、打开捕捉/比较中断、使能比较/捕捉模块0
P0CPM0=0x39;
// 配置计数器最大值
P0TOPH=0x08;
P0TOPL=0x00;
// 启动PCA0计数器
PCACON=0x1;
select_bank0();
}
/**
* @brief PCA0中断
*/
void INT_PCA0(void) interrupt 20
{
_push_(INSCON);
Select_Bank1();
// 清除溢出标志
P0CF = 0x00;
Select_Bank0();
P1_0=~P1_0;
_pop_(INSCON);
}
P1_0 输出波形频率1kHz，如下图所示：
计数器值可以从P0CPLn、P0CPHn获取。
2. Mode1 软件定时器方式
（1）工作方式简介
在软件定时器方式下（也称为比较输出方式），可以实现连续的软件定时。在这种模式下，PCA0会将计数器/定时器的计数值与对应模块的16位捕捉/比较寄存器（P0CPHn和P0CPLn）进行比较。当计数值与比较寄存器中的值匹配时，PCA0CF中的捕捉/比较标志（P0CCFn）会被置为逻辑‘1’（如果P0MATn = 1），并且会产生一个中断请求（如果已经允许中断）。此外，与模块相关的P0CEXn引脚上的逻辑电平也会发生变化（通过简单设置P0TCPn来启用该功能）。
当CPU进入中断服务程序时，P0CCFn位不会自动清零，需要通过软件来清除。
原理框图：
（2）代码实现
下面代码实现连续软件定时，当PCA0计数值与P0CPH0和P0CPL0中的值匹配时产生一次中断，同时P0CEX0（P1.2） 口翻转一次。
/**
* @brief PCA0 工作方式1 软件定时器
*/
void PCA0Mode1(void){
select_bank1();
// 单沿模式、禁止PCA0溢出中断、选择系统时钟作为PCA0时钟源
P0CMD = 0x00;
// 连续软件定时方式、允许P0CEX0输出波形、打开捕捉/比较中断
P0CPM0 = 0x47;
// 配置PCA0 计数器最大值
P0TOPH = 0x40;
P0TOPL = 0x20;
// 配置比较/捕捉模块匹配值
P0CPH0 = 0x00;
P0CPL0 = 0x20;
// 使能比较/捕捉模块
P0CPM0 |= 0x08;
// 启动PCA0计数器
PCACON = 0x1;
select_bank0();
}
频率计算： 24M/(0x4020*2) 约为731Hz，实测波形：
3. Mode2 频率输出方式
（1）工作方式简介
在频率输出方式下，模块的P0CEXn引脚会产生可编程频率的方波。要启用这种模式，需要设置P0SMPn寄存器的P0SMNn位为10。在这种模式下，P0CPn寄存器的更新不使用双缓冲机制。
方波的频率由以下公式确定：
其中，( F_{PCA0} ) 是由PCA0的方式寄存器（P0CMD）中的P0CPS2-P0CPS0位选择的PCA0时钟的频率。
P0CPHn中的值代表P0CEXn引脚发生电平变化前要计的PCA时钟数。如果P0CPHn的值为0x00，相当于256。
具体操作流程如下：
比较/捕捉模块的低字节P0CPLn与PCA0计数器的低字节进行比较。
当两者匹配时，P0CEXn引脚的电平会发生改变，并且P0CPLn中的偏移值会加到P0CPHn。
计数器会继续计数，直到再次匹配。
周而复始，P0CEXn引脚输出频率由P0CPHn控制。
如果PCA0的某个比较/捕捉模块启用了该模式，P0TOPL的值将固定为0xFF，用户可以通过配置P0TOPH值来改变计数的最大值。
（2）代码实现
下面代码实现 P0CEX0 引脚可输出750kHz波
形，频率计算为：
/**
* @brief PCA0 工作方式2 频率输出方式
*/
void PCA0Mode2(void){
select_bank1();
// 单沿模式、允许PCA0溢出中断、选择系统时钟作为PCA0时钟源
P0CMD = 0x80;
// 频率输出方式、允许P0CEX0输出波形
P0CPM0 = 0x80;
// 配置比较/捕捉模块匹配值
P0CPH0 = 0x10;
P0CPL0 = 0x20;
// 使能比较/捕捉模块、启动PCA0计数器
PCACON = 0x1;
P0CPM0 |= 0x08;
select_bank0();
}
实测波形752kHz。
修改 P0CPHn 可以改变输出波形。
4. Mode3 PWM模式
（1）工作方式简介
PCA0的每个模块都可以被独立地配置为产生脉宽调制（PWM）输出。要启用PWM模式，可以通过配置P0SMPn寄存器的P0SMNn位为11来实现。
功能配置
在PWM模式下，可以通过配置P0FSPn和P0FSNn位来选择四种不同的PWM功能：
8位PWM（单斜坡）
16位PWM（单斜坡）
16位相位修正PWM（双斜坡）
16位相频修正PWM（双斜坡）
溢出与自动重载
当比较/捕捉模块工作在8位PWM功能时，PCA0Counter低8位PL0从0x00向P0TOPL递增计数（单斜坡模式）。当PL0溢出时（从0xFF到0x00），保存在P0CPHn中的值被自动装入到P0CPLn，这个过程不需要软件干预。
占空比
在8位PWM方式下，P0CPHn寄存器用来改变PWM输出信号的占空比。当P0TCPn = 0时，当PCA计数器/定时器的低字节（PL0）与P0CPLn中的值相等时，P0CEXn引脚上的输出被清‘0’；当PL0中的计数值溢出时，P0CEXn输出被置‘1’。而当P0TCPn = 1时，P0CEXn引脚输出相反极性的波形。
8位PWM方式的占空比计算公式为：
[ \text{Duty} = \frac{256 - (P0CPHn + 1)}{256} ]
工作方式原理框图
（2）8位脉宽PWM代码实现
下面代码实现输出：
P0CEX0（P1.2） 输出占空比为 0.8 的正向波形，
P0CEX1（P1.0） 输出占空比为 0.8 的反向波形。
其中占空比的计算：
频率为 24M/0xFF≈94KHz
/**
* @brief PCA0 工作方式3 PWM8模式
*/
void PCA0Mode3PWM8(void){
select_bank1();
// 单沿模式、允许PCA0溢出中断、选择系统时钟作为PCA0时钟源
P0CMD = 0x80;
// P0CM0 配置比较/捕捉模块0工作方式：PWM8模式、打开捕捉/比较中断
P0CPM0 = 0xC3;
// 配置比较/捕捉模块0匹配值
P0CPH0 = 0x30;
P0CPL0 = 0x30;
// 使能比较/捕捉模块、PWM正向输出波形
P0CPM0 |= 0x08;
// P0CPM1 配置比较/捕捉模块1工作方式： PWM输出方式，打开捕捉/比较中断
P0CPM1 = 0xC3;
// 配置比较/捕捉模块1匹配值
P0CPH1 = 0x30;
P0CPL1 = 0x30;
// 使能比较/捕捉模块1、PWM反向输出波形
P0CPM1 |= 0x0C;
// 启动PCA0计数器
PCACON = 0x01;
select_bank0();
}
（3）16 位脉宽调制器（PWM16 ）实现
16位脉宽调制（PWM）与8位PWM相似，都是基于PCA0计数器的单边计数模式。在16位PWM模式下，P0CPn（16位捕捉/比较模块）定义了PWM信号低电平的持续时间，以PCA0时钟数计算。当P0TCPn = 0时，当PCA0计数器与P0CPn值匹配时，P0CEXn输出被置为低电平；当计数器溢出时，P0CEXn输出被置为高电平。当P0TCPn = 1时，P0CEXn引脚输出极性相反的波形。
16位PWM的占空比计算方式为：Duty =（65536-（P0CPn+1））/65536。
下面代码实现：
P0CEX0 输出占空比为 0.8 的正向波形，
P0CEX1 输出占空比为 0.8 的反向波形。
频率为 24M/0xFFFF≈366Hz
/**
* @brief PCA0 工作方式3 PWM16模式
*/
void PCA0Mode3PWM16(void){
select_bank1();
// 单沿模式、允许PCA0溢出中断、选择系统时钟作为PCA0时钟源
P0CMD=0x80;
// P0CPM0 配置比较/捕捉模块0工作方式：PWM16模式、打开捕捉/比较中断
P0CPM0=0xD3;
// 配置比较/捕捉模块0匹配值
P0CPH0=0x30;
P0CPL0=0x30;
// 使能比较/捕捉模块0、PWM正向输出波形
P0CPM0|=0x08;
// P0CPM1 配置比较/捕捉模块1工作方式：PWM16模式，打开捕捉/比较中断
P0CPM1=0xD3;
// 配置比较/捕捉模块1匹配值
P0CPH1=0x30;
P0CPL1=0x30;
// 使能比较/捕捉模块1、PWM反向输出波形
P0CPM1|=0x0c;
// 启动PCA0计数器
PCACON=0x1;
select_bank0();
}
（4） 16位相位修正脉宽XPWM16
16位相位修正脉宽调制器（XPWM16）提供了一种获得高精度、相位准确的PWM波形的方法。这种模式基于双斜坡操作，即计时器从0x0000计数到P0TOP，然后从P0TOP倒退回到0x0000。在P0TCPn = 0时，当计时器往P0TOP计数时，若PCA0计数器与P0CPn匹配，P0CEXn输出被置为低电平；而在计时器往0x0000计数时，若PCA0计数器与P0CPn匹配，P0CEXn输出被置为高电平。当P0TCPn = 1时，P0CEXn引脚输出极性相反的波形。
在16位相位修正PWM模式下，PWM的分辨率由P0TOP定义，最小分辨率为2比特（P0TOP设为0x0003），最大分辨率为16位。PWM周期起始于P0TOP点，终止于P0TOP点，并且P0TOP和P0CPn寄存器的值在达到P0TOP值时得到更新。
若要在PCA0运行时改变P0TOP值，建议使用相位与频率修正模式代替相位修正模式。若P0TOP保持不变，则这两种模式实际上没有区别。
在相位修正模式下，PWM的频率为：
匹配值P0CPn和最大值P0TOPn用来修改占空比，计算公式与后面16位相频修正方式相同 。
下面的代码实现：
P0CEX0 输出频率为 46.9KHz 的正向波形，
P0CEX1 输出频率为 46.9Hz 的反向波形
频率计算为： 24M/(2*0x0100) ≈ 47kHz
/**
* @brief PCA0 工作方式3 XPWM16模式
*/
void PCA0Mode3XPWM16(void){
select_bank1();
// 双沿模式、允许PCA0溢出中断、选择系统时钟作为PCA0时钟源
P0CMD=0xC0;
// 配置PCA0计数最大值
P0TOPH=0x01;
P0TOPL=0x00;
// P0CPM0 配置比较/捕捉模块0工作方式：16位相位修正PWM输出方式、打开捕捉/比较中断
P0CPM0=0xE3;
// 配置比较/捕捉模块0匹配值
P0CPH0=0x0;
P0CPL0=0x90;
// 使能比较/捕捉模块0、PWM正向输出波形
P0CPM0|=0x08;
// P0CPM1 配置比较/捕捉模块1工作方式：16位相位修正PWM输出方式，打开捕捉/比较中断
P0CPM1=0xE3;
// 配置比较/捕捉模块1匹配值
P0CPH1=0x0;
P0CPL1=0x90;
// 使能比较/捕捉模块1、PWM反向输出波形
P0CPM1|=0x0c;
// 启动PCA0计数器
PCACON=0x1;
select_bank0();
}
（5） 16 位相频修正 XPPWM16 方式
相频修正PWM（XPPWM）模式也是一种基于双斜坡操作的方法，用于产生高精度、相位与频率准确的PWM波形。
相频修正PWM模式与相位修正PWM模式的主要区别在于P0CPn和P0TOP寄存器的更新时间。在相频修正PWM模式中，P0CPn和P0TOP寄存器的值在0x0000点更新，而在相位修正PWM模式中则是在P0TOP点更新。因此，在相频修正PWM模式下，PWM输出的所有周期均为对称信号，这确保了输出的脉冲是绝对对称的，从而保证了频率的准确性。在P0CPn寄存器通过双缓冲方式得到更新的同一个时钟周期里，PCA0溢出标志CF0被置位，可用来在每次计数器达到0x0000时产生中断。
相频修正PWM模式的PWM分辨率由P0TOP定义，最小分辨率为2比特（P0TOP设为0x0003），最大分辨率为16位（P0TOP设为0xff）。
输出的PWM频率由以下公式定义：
输出的占空比由以下公式定义：
下面代码实现：
P0CEX0 输出频率为 46.9KHz 的正向波形
P0CEX1 输出频率为 46.9KHz 的反向波形
频率为： 24M/(2*0x100) ≈ 47kHz
占空比： (0x100-0x90)/0x100 ≈ 0.44
与相位修正方式相比 ，仅修改了工作模式值。
/**
* @brief PCA0 工作方式3 XPPWM16模式
*/
void PCA0Mode3XPPWM16(void){
select_bank1();
// 双沿模式、允许PCA0溢出中断、选择系统时钟作为PCA0时钟源
P0CMD=0xC0;
// 配置PCA0计数最大值
P0TOPH=0x01;
P0TOPL=0x00;
// P0CPM0 配置比较/捕捉模块0工作方式：16位相频修正PWM输出方式、打开捕捉/比较中断
P0CPM0=0xF3;
// 配置比较/捕捉模块0匹配值
P0CPH0=0x0;
P0CPL0=0x90;
// 使能比较/捕捉模块0、PWM正向输出波形
P0CPM0|=0x08;
// P0CPM1 配置比较/捕捉模块1工作方式：16位相频修正PWM输出方式，打开捕捉/比较中断
P0CPM1=0xF3;
// 配置比较/捕捉模块1匹配值
P0CPH1=0x0;
P0CPL1=0x90;
// 使能比较/捕捉模块1、PWM反向输出波形
P0CPM1|=0x0c;
// 启动PCA0计数器
PCACON=0x1;
select_bank0();
}
本文学习资源来自中颖官方文档。
本文代码开源地址：
https://gitee.com/xundh/learn-sinowealth-51
————————————————
版权声明：本文为博主原创文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议，转载请附上原文出处链接和本声明。
原文链接：https://blog.csdn.net/xundh/article/details/137534739
|
楼主
标题置顶
标题高亮
