【技术】C8051F37x/C8051F39x系列MCU之PCA模块介绍

时间： 2018-10-13 来源：Silicon Labs

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C8051F37x/C8051F39x是SILICON LABS公司推出的精密混合信号MCU,该系列MCU采用QFN封装，尺寸仅为4mm×4mm，同时，其片上集成的晶振（最高49MHz）、4-16KB的Flash，10位的AD与DA，3个16位捕捉/比较模块(PCA)等资源使得该系列MCU可为光传输模块、无刷直流电机(BLDC)的应用提供优秀的解决方案,本文将重点介绍MCU的PCA模块。

PCA由一个专用的16位计数器/定时器和5个16位捕捉/比较模块组成,与标8051的计数器/定时器相比，它需要较少的CPU干预,每个捕捉/比较模块有其自己的I/O线（CEXn），这些I/O线在被允许时通过交叉开关连到相应I/O端口。

如下图所示：

PCA原理框图

PCA的时基信号可以在六个时钟源中选择：系统时钟、系统时钟/4、系统时钟/12、外部振荡器时钟/8、定时器0溢出或ECI输入引脚上的外部时钟信号。通过PCA0MD寄存器中的CPS2-CPS0位进行选择；例如，PCA0MD = 0x00; //PCA选择系统时钟的12分频作为时基；

一、PCA计数器/定时器

16位的PCA计数器/定时器由两个8位的SFR组成：PCA0L和PCA0H。在读PCA0L时，“瞬象寄存器”自动锁存PCA0H的值，随后读PCA0H时将访问这个“瞬象寄存器”;先读PCA0L寄存器可以保证正确读取整个16位PCA计数器的值。当计数器/定时器溢出时（从0xFFFF到0x0000），PCA0MD中的计数器溢出标志（CF）被置为逻辑‘1’并产生一个中断请求；

PCA计数器/定时器原理框图

二、捕捉/比较模块

PCA的每个模块都可被配置为独立工作，有六种工作方式：边沿触发捕捉、软件定时器、高速输出、频率输出、8位脉宽调制器和16位脉宽调制器；例如：PCA0CPM0 = 0x46;//PCA的模块0被配置为频率输出方式。

1）边沿触发的捕捉方式：

在该方式，CEXn引脚上出现的电平跳变导致PCA捕捉PCA计数器/定时器的值并将其装入到对应模块的16位捕捉/比较寄存器（PCA0CPLn和PCA0CPHn）。PCA0CPMn寄存器中的CAPPn和CAPNn位用于选择触发捕捉的电平变化类型：低电平到高电平（正沿）、高电平到低电平（负沿）或任何变化（正沿或负沿），同时，如果PCA工作在边沿触发的捕捉方式，可以和INT0/1，共同实现外部中断功能，也就是说，如果硬件要3个及以上外部中断，可以通过此功能实现；中另外，需要特别注意的是CEXn引脚上的输入信号必须在高电平或低电平期间至少保持两个系统时钟周期，以保证能够被硬件识别。

2）软件定时器方式

软件定时器方式也称为比较器方式，在该方式下，PCA将计数器/定时器的计数值与模块的16位捕捉/比较寄存器（PCA0CPHn和PCA0CPLn）进行比较。当发生匹配时，PCA0CN中的捕捉/比较标志（CCFn）被置为逻辑‘1’并产生一个中断请求;当向PCA0的捕捉/比较寄存器写入一个16位数值时，应先写低字节。

PCA软件定时器方式原理框图

3）高速输出方式

当PCA计数器与模块的16位捕捉/比较寄存器（PCA0CPHn和PCA0CPLn）发生匹配时，模块的CEXn引脚上的逻辑电平将发生变化。当向PCA0的捕捉/比较寄存器写入一个16位数值时，应先写低字节。

4）频率输出方式

频率输出方式可在模块的CEXn引脚产生可编程频率的方波，捕捉/比较模块的低字节与PCA0计数器的低字节比较；两者相匹配时，CEXn引脚的电平发生改变；

可根据公式进行计算：输出频率= Fpca/(2*PCA0CPHn)，其中，Fpca是PCA选择的时基；例如，要输出50KHz的频率，那么PCA0CPHn = Fpca/(2*50000) ；

示例如下：

void PCA0_Init (void)

{

PCA0CN = 0x00;//清除所有标志

PCA0MD = 0x00;//用系统时钟的12分频作为PCA时基

PCA0CPM0 = 0x46;// 模块0被配置为频率输出模式

PCA0CPH0 = (SYSCLK/12)/(2*CEX0_FREQUENCY);//输出频率

PCA0CN_CR = 1;//开始计数

}

PCA频率输出方式原理框图

5）8位脉宽调制器方式

PWM输出的频率取决于PCA计数器/定时器的时基。使用模块的捕捉/比较寄存器PCA0CPLn改变PWM输出信号的占空比。当PCA计数器/定时器的低字节（PCA0L）与PCA0CPLn中的值相等时，CEXn引脚上的输出被置‘1’；当PCA0L中的计数值溢出时，CEXn输出被复位;可以根据公式计算占空比：

占空比=(256-PCA0CPHn)/256；最大占空比为100%（PCA0CPHn = 0），最小占空比为0.39%（PCA0CPHn = 0xFF）。可以通过清‘0’ECOMn位产生0%的占空比。

6）16位脉宽调制器方式

当PCA计数器与模块的值匹配时，CEXn的输出被置为高电平；当计数器溢出时，CEXn输出被置为低电平。为了输出一个占空比可变的波形，新值的写入应与PCA的CCFn匹配中断同步。可以根据公式计算占空比：

占空比=（65536-PCA0CPn）/65536；

PCA的16位PWM方式原理框图

此外，Silicon Labs公司免费提供Simplicity Studio开发环境给客户用于MCU、Wireless SOC等软件开发， Simplicity Studio软件提供了C8051F,EFM8,EFM32全系列MCU软件例程，工程师可在此基础上进行软件开发，加快研发进度。

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全部评论（8）

tn619 Lv8. 研究员 2019-04-16

收藏学习
有容乃大 Lv9. 科学家 2018-11-08

学习了
mcu361 Lv6. 高级专家 2018-11-08

这个模块对于外部开关信号的采样很适合。效率很高。
Jamie Lv7. 资深专家 2018-11-02

好东西，学习了
夜雨微凉 Lv4. 资深工程师 2018-10-20

学习一下

慧慧1985 Lv7. 资深专家 2018-10-15

很好
艾格 Lv4. 资深工程师 2018-10-13

赞
luosai Lv8. 研究员 2018-10-13

学习了

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