前言

继GPIO和SPI实验之后，本次实验深入DSP的核心机制——中断管理和CPU定时器。通过配置PIE（外设中断扩展）和CPU定时器0，我们可以实现精确的时间控制。实验分为两个任务：任务1实现LED以1:5的比例周期性闪烁；任务2则是一个“作弊秒表”，能够通过按键调节计时速度、暂停/继续、清零，并在四位数码管上显示时间。

本文将详细讲解TMS320F2812的中断架构、CPU定时器工作原理，并给出完整的代码解析和实验现象。

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一、实验概述

1.1 实验目的

• 理解TMS320F2812的PIE扩展中断结构（PIEIER、PIEIFR、PIEACK等）

• 掌握CPU定时器0的配置方法（周期寄存器、预定标寄存器、控制寄存器）

• 学习在中断服务函数中实现精确的定时任务

• 结合GPIO按键输入、SPI数码管显示，完成一个完整的嵌入式小项目

1.2 实验环境

• 硬件：SEED-DPS2812M开发板、4位数码管模块、按键SW3/SW6/SW9、XDS510仿真器、PC

• 软件：CCS（Code Composer Studio）

1.3 实验任务

任务	功能描述
任务1	利用CPU定时器实现LED点亮1个时间周期、熄灭5个时间周期（一个周期=定时器中断周期）
任务2	四位作弊秒表：数码管显示0~9999，每秒递增1（正常速度）；SW3加速（周期减少0.2s），SW9减速（周期增加0.2s），SW6暂停/继续；同时按下SW3+SW6清零

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二、实验原理

2.1 TMS320F2812的中断系统

F2812的中断分为三个级别：外设级 → PIE级 → CPU级。

• 外设级：每个外设（如CPU定时器、SPI、ADC）都有自己的中断标志和使能位。

• PIE级：将96个外设中断复用为12个CPU中断（INT1~INT12）。每个INTx下有8个中断源（INTx.1~INTx.8）。PIE模块通过PIEIERx（使能）、PIEIFRx（标志）、PIEACK（应答）来管理。

• CPU级：CPU有16个可屏蔽中断（INT1~INT14，以及RTOSINT、DLOGINT），通过IER（中断使能寄存器）和全局中断屏蔽INTM控制。

中断响应流程（以CPU定时器0为例）：

1. 定时器0中断事件发生 → 外设标志位（TIF）置1。

2. PIE模块识别INT1.7（定时器0挂在INT1.7），设置PIEIFR1.7 = 1。

3. 若PIEIER1.7 = 1且PIEACK1 = 0，则向CPU发出INT1请求。

4. CPU设置IFR1 = 1，若IER1 = 1且INTM = 0，则响应该中断。

5. CPU从PIE向量表中取出预置的中断服务函数地址并执行。

6. 中断服务函数中必须：

   • 清除外设中断标志（CpuTimer0Regs.TCR.bit.TIF = 1）

   • 清除PIEACK（PieCtrlRegs.PIEACK.all = PIEACK_GROUP1）

2.2 CPU定时器结构

F2812有三个32位定时器：Timer0、Timer1、Timer2。Timer0可供用户自由使用，Timer1/Timer2通常预留给DSP/BIOS。

核心寄存器：

• TIMH:TIM：32位计数寄存器（递减）

• PRDH:PRD：32位周期寄存器（重装载值）

• TDDRH:TDDR：16位分频寄存器

• PSCH:PSC：16位预定标计数器

• TCR：控制寄存器（包含TSS启动/停止位、TIE中断使能位、TIF中断标志位等）

定时器中断频率公式：

fTINT=SYSCLKOUT(PRDH:PRD+1)×(TDDRH:TDDR+1)fTINT​=(PRDH:PRD+1)×(TDDRH:TDDR+1)SYSCLKOUT​

通常我们配置TDDRH:TDDR = 0，则中断周期 = (PRDH:PRD + 1) / SYSCLKOUT。

例如：SYSCLKOUT = 150 MHz（时钟周期 ≈ 6.67 ns），若需要10ms中断，则 PRD = 150e6 × 0.01 - 1 = 1,499,999。

2.3 硬件连接回顾

• 数码管：SPI（GPIOF0~F3）驱动74HC164，段码发送；位选由GPIOB8~B13控制（四位数码管）

• 按键：SW3（GPIOB5）、SW6（GPIOB4）、SW9（GPIOB3），公共端GPIOB0输出低电平（线性键盘接法）

• LED（任务1）：GPIOA0

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三、任务1：LED周期性闪烁（1:5）

3.1 设计思路

• 配置CPU定时器0产生1秒中断（周期可调，本实验用1秒作为“一个时间周期”）。

• 在中断服务函数中，使用状态机：

  • 状态0：LED点亮，计数器加1，当计数器达到1时切换到状态1。

  • 状态1：LED熄灭，计数器加1，当计数器达到5时切换回状态0。

• 这样LED点亮1秒、熄灭5秒，循环。

3.2 关键代码解析

// 全局变量
Uint32 TimerState = 0;   // 0:点亮阶段, 1:熄灭阶段
Uint32 BlinkCounter = 0; // 记录当前阶段经过的中断次数

interrupt void cpu_timer0_isr(void)
{
    if(TimerState == 0)  // 点亮阶段
    {
        GpioDataRegs.GPADAT.bit.GPIOA0 = 1;  // LED亮
        BlinkCounter++;
        if(BlinkCounter >= 1)                // 点亮1个周期
        {
            TimerState = 1;
            BlinkCounter = 0;
        }
    }
    else  // 熄灭阶段
    {
        GpioDataRegs.GPADAT.bit.GPIOA0 = 0;  // LED灭
        BlinkCounter++;
        if(BlinkCounter >= 5)                // 熄灭5个周期
        {
            TimerState = 0;
            BlinkCounter = 0;
        }
    }
    // 清除中断标志和PIE应答
    CpuTimer0Regs.TCR.bit.TIF = 1;
    PieCtrlRegs.PIEACK.all = PIEACK_GROUP1;
}

3.3 定时器初始化

InitCpuTimers();                              // 必须调用，关联地址
ConfigCpuTimer(&CpuTimer0, 150, 1000000);    // 150MHz, 1秒周期（单位微秒）
CpuTimer0Regs.TCR.bit.TIE = 1;               // 使能定时器中断
IER |= M_INT1;                               // 使能CPU INT1
PieCtrlRegs.PIEIER1.bit.INTx7 = 1;           // 使能PIE INT1.7（定时器0）
StartCpuTimer0();                            // TSS=0启动
EINT;                                        // 开全局中断

3.4 实验现象

• 下载程序后，LED（GPIOA0）以点亮1秒、熄灭5秒的规律循环闪烁。

• 变化分明，符合预期。

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四、任务2：作弊秒表（四位数码管 + 按键调速）

4.1 系统功能

• 正常计时：每秒递增1，数码管显示0000~9999，循环。

• SW3（加速）：每按一次，计时周期减少0.2秒（即每秒递增更快），最小周期0.2秒。

• SW9（减速）：每按一次，计时周期增加0.2秒，最大周期3秒。

• SW6（暂停/继续）：单按暂停计时，再按恢复。

• SW3 + SW6同时按下：秒表清零（且自动暂停）。

4.2 设计要点

（1）定时器中断周期选择

由于需要支持0.2秒、0.4秒、…、3.0秒的可变周期，如果直接修改定时器的PRD值会比较麻烦（需要重新配置定时器）。更简单的做法是：定时器固定产生10ms中断，在中断服务函数中使用一个计数器Timer10msCount累加，当累加值达到 Interval / 10（Interval单位毫秒）时，才更新秒表数值。这样只需修改Interval变量即可调速，无需重新配置硬件定时器。

（2）按键扫描与消抖

• 按键采用线性连接（GPIOB0输出低，GPIOB3~B5为输入）。

• 在KeyScan()函数中实现：

  • 独立按键去抖（计数3次，约30ms）。

  • 组合键检测（SW3和SW6同时按下为清零）。

  • 防止重复触发（按下标志keyPressFlag）。

（3）数码管动态扫描

• 主循环中持续扫描四位，每位点亮约500μs，利用人眼视觉暂留显示完整数字。

• SPI发送段码时，注意spi_xmit函数将数据放到高8位（因为代码中SPI配置为16位模式，但只用了高8位）。

（4）中断服务函数中的注意点

interrupt void cpu_timer0_isr(void)
{
    Timer10msCount++;
    KeyScanCounter++;      // 通知主循环进行按键扫描（每10ms一次）
    
    if(!PauseFlag)
    {
        if(Timer10msCount >= (Interval / 10))
        {
            Timer10msCount = 0;
            DisData++;
            if(DisData > 9999) DisData = 0;
        }
    }
    // 清除标志...
}

4.3 关键代码片段

调速逻辑（按键处理）

// SW3加速
if(sw3_state == 0 && combPressFlag == 0) {
    // 消抖后
    if(Interval < 3000) Interval += 200;
    if(Interval > 3000) Interval = 3000;
}
// SW9减速
if(sw9_state == 0) {
    if(Interval > 200) Interval -= 200;
    if(Interval < 200) Interval = 200;
}

组合键清零

if(sw3_state == 0 && sw6_state == 0) {  // 同时按下
    if(comboDebounce >= 2 && comboPressed == 0) {
        comboPressed = 1;
        DisData = 0;
        Timer10msCount = 0;
        PauseFlag = 1;   // 清零后自动暂停，防止立即增加
    }
}

SPI发送时注意数据位置

void spi_xmit(unsigned char a)
{
    SpiaRegs.SPITXBUF = (Uint16)a << 8;  // 高8位有效
}

这是因为SPICCR配置为16位字符长度，但实际段码只有8位，放在高字节，低字节补0。如果希望直接使用8位，可将SPICCR的CHAR位域配置为7（8位字符模式）。

4.4 实验现象

• 正常情况：数码管从0000开始，每1秒加1。

• 按SW3：数字跳动速度加快，每按一次，速度提升一档（周期减少0.2s），最快约每秒跳5次（0.2s周期）。

• 按SW9：速度减慢，最慢约每3秒加1。

• 按SW6：数字停止变化；再按SW6，继续变化。

• 同时按SW3+SW6：数字立即归零并暂停。

• 数码管显示稳定，无闪烁，位选切换正确。

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五、实验总结与心得体会

5.1 中断配置要点

• EALLOW保护：修改PIE向量表时需要EALLOW。

• 清除标志顺序：先清除外设中断标志，再清除PIEACK，否则可能丢失中断。

• PIEACK机制：同一组的某个中断被响应后，PIEACKx会被硬件置位，该组其他中断暂时无法向CPU请求。在ISR结束时必须写1清除PIEACKx。

• 全局中断：DINT关闭，EINT开启，注意ERTM（实时仿真模式下的中断使能）一般也调用。

5.2 定时器配置经验

• ConfigCpuTimer()的第三个参数单位是微秒，最大值受32位限制（约4295秒）。

• 如果定时器中断周期较短（如10ms），中断服务函数中应避免复杂的延时或大量计算，以免影响系统响应。

• 调速方案采用软件计数器（Timer10msCount比较Interval）比动态修改硬件周期寄存器更简单可靠。

5.3 按键处理心得

• 机械按键必须消抖，本实验采用30ms延时去抖（中断10ms一次，计数3次）。

• 组合键检测需要独立的状态变量，避免和单键功能冲突。

• 清零后自动暂停，符合用户预期（否则清零后计数器立即又递增，看不到清零效果）。

5.4 系统集成体会

本实验综合了：

• CPU定时器（精确计时）

• PIE中断管理

• GPIO按键输入

• SPI驱动数码管

• 动态扫描显示

通过这个“作弊秒表”项目，真正理解了嵌入式系统中如何将多个外设协同工作，以及中断驱动模型的重要性。

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六、完整代码与工程

任务1和任务2的完整代码如附件所示（或参见文中代码块）。在CCS中新建工程，将代码放入main.c，编译下载即可运行。

注意事项：

• 确保开发板上的数码管位选GPIOB8~B13与代码中的宏定义一致（可能与具体外设板有关，必要时调整）。

• 按键连接方式：SW3→GPIOB5，SW6→GPIOB4，SW9→GPIOB3，公共端GPIOB0接地。

• 任务1的LED连接GPIOA0，也可以改成其他引脚。

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七、常见问题排查

现象	可能原因	解决方法
定时器不中断	未使能PIE或CPU中断，或未清除PIEACK	检查IER、PIEIER1.7、PIEACK清除代码
LED一直亮或一直灭	状态机逻辑错误或中断未进入	在ISR中设置断点，观察TimerState变化
按键无响应	GPIO方向配置错误，或未设置公共输出低电平	检查Init_Key_Gpio是否正确将GPIOB0置0并保持
数码管显示乱码	SPI数据位宽或相位不匹配	确认SPICCR的CHAR位域，尝试改为0x47（8位）或调整时钟极性
调速后时间不准确	Interval单位理解错误	确保定时器中断周期为10ms，Interval单位是毫秒，比较值为Interval/10

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八、拓展思考

• 如果要求秒表精确到0.01秒，应该如何修改？（提高定时器中断频率，例如1ms中断）

• 能否将变速改为连续可调（如按住SW3持续加速）？

• 如何增加一个复位按键，使间隔恢复默认1秒？

这些问题留给读者自行尝试。

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本文为TMS320F2812中断与定时器实验的完整记录，希望对学习DSP的小伙伴有帮助！

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