LPC82x 可配置状态定时器(SCT)介绍

1、SCT 概述

2、SCT 原理与框图

3、SCT 定时器特性

      3.1  SCT内部资源与特性

      3.2  SCT 输入/输出信号

4、SCT 状态机 State Machine

      4.1 状态 (State)

      4.2 事件 (Event)

      4.3 事件触发

      4.4 事件动作

5、SCT 实例分析

      5.1 要求

      5.2 配置

      5.3 运行波形图

6、总结
7、参考资料

一、SCT 概述

        SCT ：状态可配置定时器(State Configurable Timer)，状态可配置定时器是恩智浦半导体特有的一种外设。
它可像大多数传统定时器一样工作，但添加了一个硬件有限状态机，从而提供更高水平的可配置性和控制度。
这允许将SCT 配置为多个 PWM、带死区控制的 PWM、带重置功能的 PWM 以及传统计时器无法复制的多种其他配置。
除非使能了需要内核来服务的 SCTimer/PWM 中断，否则配置好 SCTimer/PWM 后，它就可以自主从微控制器内核运行。

二、SCT 原理与框图

        SCT 主要由定时器 Timer 和硬件有限状态机引擎 State Machine 两大部分组成，图 1左边为定时器，右边为状态机，与传统的 Timer 比较，SCT 增加了事件和状态(Event/State)的概念。

普通定时器可以向上/向下计数(counter)、计数值重载、计数值匹配(match logic)、产生中断、DMA 触发。

硬件有限状态机引擎可以灵活定义计数器、输出信号、中断、DMA 行为。

       状态机是一个由有限数量的状态 State 和这些状态之间的转移 Transition （或称之为事件 Event）及动作构成的行为模式。由状态、输入、输出、切换(事件)组成。

产生事件的条件可以是：计数器匹配、输入/输出高低电平或者上升沿下降沿产生事件后可以：驱动输出信号、切换状态机状态、启动/停止/禁能/限制计数器、捕获当前计数值、产生中断或者 DMA 请求。

 状态机是基于事件的数学模型，有事件才会有状态机，其转化过程如下图 2：

        

三、SCT 定时器特性

       1)  SCT 内部资源与特性

 

输入信号： 4 路，输入源可以是芯片内部信号或者外部引脚，如 SCT 输入信号连接模拟比较器输出或者 ADC 阈值比较输出。

输出信号： 6 路，可以像输入信号一样作为事件产生的条件，可以连接到片内其他模块，比如作为 ADC 触发信号，或者连接到片外引脚

捕获/比较寄存器：8 个，Match 和 Capture 寄存器共享，灵活选择使用 Match 或者 Capture 模式，

事件：8 个，Match 事件或者 Input / Output toggle 事件触发。

状态： 8 个。

Counter特性：

1. 可以配置为2个16-bit或者1个32-bit计数器
2. Counter可以由系统时钟或者外部输入驱动
3. 可以设置为单一向上计数或者up-down
4. 数量可配置的匹配寄存器和捕获寄存器。总共 5 个匹配和捕获寄存器。
5. 匹配或输入或输出转换时触发以下事件：中断；停止、限制、挂起定时器或改变
6. 计数方向；切换输出；改变状态。
7. 计数器值可以载入捕获寄存器，由匹配或输入 / 输出切换触发。

 

事件创建特性：

1. 以下条件定义了一次事件：计数器匹配条件、输入 （或输出）条件 （如上升沿或下降沿或电平）、匹配和 / 或输入 / 输出条件组合。
2. 所选事件可以限制、挂起、启动或停止计数器操作，或者改变其方向。事件触发状态改变、输出切换、中断和 DMA 事务。
3. 匹配寄存器 0 可用作自动限值。
4. 在双向模式中，事件可以根据计数方向使能。
5. 可以保持匹配事件，直至发生另一个符合条件的事件。

      2) SCT 输入/输出信号

SCT 输入/输出信号框图如图 3：

1. SCT 输入信号片内连接设置

首先设置 Input Mux 外设寄存器，分别选择四个输入信号连接片内其他模块信号或者片外引脚
//设置SCT_INPUT0信号连接到SCT_PIN0功能
Chip_INMUX_SetSCTInMux(LPC_INMUX, SCT_INMUX_0,SCT_INP_IN0);

2. SCT 输入信号片外连接设置

如果将SCT输入信号连接到 SCT_PINx 信号，还需配置Switch Matrix引脚分配寄存器 PINASSIGN[6:7] 连接到片外引脚
//设置 SCT_PIN0 到 P0_0 脚,如图绿色线
Chip_SWM_MovablePinAssign(SWM_SCT_IN0_I, 0);

3. SCT 输出信号片外连接设置

          需配置 Switch Matrix 引脚分配寄存器 PINASSIGN[7:9]，连接到片外引脚
//设置SCT_OUT0到P0_0脚，绿色线
Chip_SWM_MovablePinAssign(SWM_SCT_OUT0_O, 0);

4. SCT 输出信号片内连接设置

SCT_OUT3 还可以连接到 ADC 的 ADC_trigger 信号，触发 ADC 采样序列
通过设置ADC转换序列寄存器SEQ[A:B]_CTRL，来选择触发源
Chip_ADC_SetSequencerBits(LPC_ADC, ADC_SEQA_IDX, (3 <<12));

                                                                                        SCT的 SCT_OUT3 输出连接到 ADC 的 ADC_trigger触发输入

4、SCT 状态机 State Machine

4.1 状态 (State)

状态存储过去的信息，反映从系统开始到现在时刻的输入变化，其存储在 SCT 的状态寄存器中，状态寄存器的值反映了状态机的当前状态。

 

4.2 事件 (Event)

          事件是状态机从一个状态向下一个状态变化的过程，该过程需要系统满足一定的触发条件才会开始，同时在该过程中还会触发一系列的动作。

4.3  事件触发

事件触发定义主要通过事件控制寄存器 EV[0:7]_CTRL 和事件使能寄存器 EV[0:7]_STATE 设置。八个事件分别对应八个控制寄存器和八个使能寄存器。

 

计数器及计数匹配条件：

输入\输出信号条件：

4.4 事件动作

SCT 所有的动作都由事件来驱动，是事件的输出结果，

SCT 事件驱动列表及对应的设置寄存器如下：

4.4.1   SCT 输出信号

SCT 模块共有 6 个输出信号SCT_Out[0:5]，每个输出信号对应一组输出控制寄存器 OUT[0:5]_SET 和 OUT[0:5]_CLR，分别设置输出信号的置位和清零。

4.4.2   SCT 状态值更新

事件触发时可以产生对当前 SCT 状态的更新，进行状态变换。
SCT 状态寄存器 STATE 记录当前的 SCT 状态值，SCT 事件控制寄存器 EV[0:7]_CTRL 设置事件触发时对状态值的更新方式。

4.4.3   SCT 中断产生

设置 SCT 事件中断使能寄存器 EVEN，可以产生事件触发中断。

4.4.4   SCT 计数器捕获

事件触发时可以产生对 SCT 计数器的捕获功能，设置SCT捕获控制寄存器 CAPCTRL[0:7]。

4.4.4   SCT 计数器控制

事件触发时可以控制计数器的计数方向、计数清零、 启动、停止或者禁能。

如果要对计数器进行清零或者反向控制，可以根据事件编号设置LIMIT寄存器对应的位。

5、SCT 实例分析

5.1 要求

要求：输出两路占空比分别为50% 和 20% 频率为10KHZ 的 PWM 波形。

5.2 配置

     SCT 输出设置：SCT 的OUT2 信号连接到 GPIO P0_28, SCT 的OUT4 信号连接到 GPIO P0_16,

 /* SCT_OUT2 connect to P0_28 */

    SWM_SetMovablePinSelect(SWM0, kSWM_SCT_OUT2, kSWM_PortPin_P0_28);

 /* SCT_OUT4 connect to P0_16 */

    SWM_SetMovablePinSelect(SWM0, kSWM_SCT_OUT4, kSWM_PortPin_P0_16);

 

SCT 配置：

/* Initialize SCTimer module */

SCTIMER_Init(SCT0, &sctimerInfo);

/* Configure first PWM with frequency 10000HZ from first output */

pwmParam.output           = kSCTIMER_Out_4;

pwmParam.level            = kSCTIMER_HighTrue;

pwmParam.dutyCyclePercent = 50;

SCTIMER_SetupPwm(SCT0, &pwmParam, kSCTIMER_EdgeAlignedPwm,10000U,sctimerClock,&event)

/* Configure second PWM with different duty cycle but same frequency as before */

pwmParam.output           = kSCTIMER_Out_2;

pwmParam.level            = kSCTIMER_HighTrue;

pwmParam.dutyCyclePercent = 20;

SCTIMER_SetupPwm(SCT0,&pwmParam,kSCTIMER_EdgeAlignedPwm,10000U,sctimerClock,&event)

/* Start the timer */

SCTIMER_StartTimer(SCT0, kSCTIMER_Counter_L);

5.3 运行波形图

黄色探头为 SCT_OUT4 在 P0_16 上的信号

蓝色探头为 SCT_OUT2 在 P0_28 上的信号

6、总结
      本文对 NXP LPC 系列 MCU 新型外设 SCT 的原理、组成以及使用做了介绍，旨在使读者对 SCT 有更深入的理解，
并举了一个使用 SCT 产生一路 PWM 的实例，使读者可以初步了解如何使用 SDK 配置 SCT。

7、参考资料
     LPC 系列规格书：
     LPC82X.pdf    链接：https://www.nxp.com.cn/docs/en/data-sheet/LPC82X.pdf

      参考手册：UM10800.pdf
      需要登录 NXP 账户方可下载，下载页面：
https://www.nxp.com/products/processors-and-microcontrollers/arm-microcontrollers/general-purpose-mcus/lpc800-cortex-m0-plus-/low-cost-microcontrollers-mcus-based-on-arm-cortex-m0-plus-cores:LPC82X?fpsp=1&tab=Documentation_Tab