# Chapter 10 Timers and Analog Interface
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## PIC18F Timers
- PIC18F4321 有 4 個 timers ，分別為：
1. Timer0 ( 8-bit or 16-bit )
- 當使用 internal clock 時是一個 timer ，當使用 external clock 時變成 counter 。
2. Timer1 ( 16-bit )
- 這邊說明只講他只能作為 16-bit 的 timer or counter ，不能作為 8-bit 的使用。
- 與 Timer0 一樣，當使用 internal clock 時是一個 timer ，當使用 external clock 時變成 counter 。
3. Timer2 (8-bit)
- 在使用 internal clock 時可以作為 8-bit timer ，但他不能當 counter 使用。
4. and Timer3 ( 16-bit ) 。
- 跟 Timer1 一樣，他只能作為 16-bit 的 timer or counter ，不能作為 8-bit 的使用。
- 基本功能就是能在 rising/falling edge of a clock 時， incremented/decremented timer 的 register 。
- 也可以作為 **event counters** ，像在開關被操作幾次後，會觸發什麼程式（不只是計時的功能，也能計次）。
- Timer1, Timer2, Timer3 可作為 **CCP** ( Capture/Compare/Pulse Width Modulation ) operation 使用。
- 總結來說， timer 就是一個 binary counter 用來計算，當他達到 maximum value 時，會回到 0 ，然後 overflow 的 flag 會變成 1 ，在有設定的時候還能夠觸發 interrupt 。
:::warning
這邊 Timer2 比較特別，他有一個 register 叫 PR2 ，當 TMR2 = PR2 時，就會觸發 overflow ，跟其他的到達最大值不一樣。
:::

### Timer interrputs
- 因為如果單看 TMRxIF bit 有沒有變 HIGH 的話，程式不能夠執行下去，所以才會需要 interrupt 。
- 因為 timers 被視為 外部裝置，所以要打開 INTCON 裡面的 peripheral interrupt bit ( PEIE ) 。
- 開啟 timer0 interrupt :

BCF INTCON, TMR0IF
BSF INTCON, TMR0IE
BSF INTCON, PEIE
BSF INTCON, GIE

- 當觸發 interrupt 時， PC 會寫入 0x0000008 的地址( default )。

### Prescaler and Postscaler

1. **Prescaler**
- 在 clock 上面在切分，變成 n 個 clock period 才會進一個 timer period 。
- 範例：如果 Timer0 的 prescaler 設為 4 ， clock frequency 是 4 MHz ，則 Timer0 的 timer frequency 為 $\frac{Fosc}{4}÷4=0.25$ Mhz 。
- 每一個 Timer 好像都有 prescaler 。

2. **Postscaler**
- slow down the interrupt generation.
- 印象中就是要 overflow 幾次才會觸發到 interrupt 。
- 只有 Timer2 有， ppt 還講到 Timer2 的 prescaler 可以 delay 的比 postscaler 還要多。

### Timer0
- 可以作為 8-bit/16-bit timer 或 counter 。
- 當使用 internal clock 的時候作為 timer ；當使用 external clock ( T0CK1/RA4 )時作為 counter 。

#### Timer0 as a timer
1. set **TMR0ON** (bit 7 of T0CON register ) - let the Timer0 start.
2. 這時候 TMR0L ( in 8-bit mode ) 或 TMR0H:TMR0L ( in 16-bit mode )，就會往上加。
3. 直到達到 overflow 的時候， **TMR0IF** flag ( in INTCON ) 就會變 1 。
4. 然後 TMR0L 就會歸 0 。
:::info
如果要停止 Timer0 只要把 TMR0ON 關掉就好了( set the bit to 0 )。
:::

#### Timer0 as a counter
1. set **T0CS** ( bit 5 in the T0CON ) - let Timer0 use the external clock.
2. (選擇性)可以調整 **T0Se** ( bit 4 in the T0CON )，來決定是要 trigger by rising/falling edge 。
3. 其他就等 overflow 發生之類的。

#### Timer0 Read/Write in 16-Bit Mode
- **TMR0H** is not actual high byte of Timer0 in 16-bit mode.
- 在執行 16-bit Timer0 操作之前一定要先把 TMR0H 歸 0 避免不必要的錯誤。
- 實際上的 upper 8-bit value 是存在 latched register 裡面，然後在存入 TMR0H 中。
- 當 TMR0L 的值發生改變的時候， TMR0H 的值才會更新。

#### Timer0 Presaler
- 當我們寫入 Timer module 時（像 CLRF TMR0 ）之類的操作時，他會自動清除 presaler count 。

#### Timer0 Interrupt and Timer0 Flag bits
- 要打開 **TMR0IE** 來允許 Timer0 interrupt 。
- 當 overflow 時 **TMR0IF** 會變成 1 來代表。

INTCONbits.TMR0IF = 0;
INTCONbits.PEIE = 1;
INTCONbits.TMR0IE = 1;
INTCONbits.GIE = 1;
T0CONbits.TMR0ON = 1;

- 發生 interrupt 時， PC 會讀進 0x00008的地址。
- Timer0 的 interrupt priority 是設定在 **TMR0IP** ( bit 2 of INTCON2 )，可設定為 high/low priority interrupt 。
- 當為 low priority interrupt 時， PC 會讀入 0x000018 的地址。
:::danger
要記得 interrupt code 裡面要把 **TMR0IF** 設為 0 ，不然會一直觸發 interrupt 。
:::
:::info
- 這邊要會算總共大概會 delay 多久，一定要記得 4次的 CPU clock 才能完成一次的 instruction ( in 8-bit device )
- **Time delay = Instruction cycle * Prescale value * Count**
- 而且除了你看到的，還會有 extra cycle ( set TMR0L to 0x00/set TMR0IF to 1 )，所以在 count 那邊除了真正會計算到的，還會再 + 1 。
- delay 1 ms :

#include <p18f4520.h>
void main(void){
    OSCCON = 0x70;    //8 MHz
    T0CON = 0x06;    //initialize T0CON
    TMR0H = 0xFF;    //Initialize TMR0H
    TMR0L = 0xF0;    //Initialize TMR0L
    INTCONbits.TMR0IF = 0;    //Clear Timer0 flag bit
    T0CONbits.TMR0ON = 1;    //Start timer0
    while(INTCONbits.TMR0IF == 0);    //Wait for Timer0 flag bit to be 1
    T0CONbits.TMR0ON = 0;    //Stop Timer0
    While(1);
}

- 關於 Timer interrupt 的部份去看實驗。
:::

### Timer1
- 就只能用 16-bit ，包含 **TMR1H** 、 **TMR1L** 來存。
- **TMRIF** 在 PIR1 register 裡面，當 Timer1 overflow 時會變成 1 。
- 在從 0xFFFF to 0x0000 時也需要 extra clycle 。
- 可由 T1CON 控制。
:::info
:::
#### Timer1 Operation
- 可作為 timer 、 同步或非同步 counter ，可由 **TMR1CS** 決定：若為 0 則使用 internal clock ，若為 1 則在每一個 external clock 的 risting edge 加 1 。
- 有一個 on-chip 的 crystal oscillator circuit 可由 **T1OSCEN** bit 來開啟，他的頻率是 32 kHz ，而 Timer1 可由 **TMR1ON** bit 開啟。

#### Timer1 Interrupts
- 當 TMR1 register pair ( TMR1H:TMR1L ) overflow 時，**TMR1IF** 會變成 1 來代表 interrupt 發生。
- Timer1 的 interrupt 可以由 TMR1IE ( bit 0 of PIE1 ) 來開啟。
:::info
PIR1
---
PIE1
:::
:::danger
注意這邊計算 delay 時要記得加 extra cycle (就是他會自己把 TMR1H:TMR1L 變成 0 ，雖然你沒有打這段程式碼，但也要算一個 instruction cycle)
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- 後面也是一些實做範例，要注意的就是前面的 config 要 OFF 一些東西，跟 Timer0 的一樣。
:::warning
要記得 assemble 跟 C 的 config 寫法不一樣
assemble

config WDT = OFF;

C

#pragma config WDT = OFF

:::

### Timer2
- 包含 8-bit timer register 和 8-bit peroid register ( TMR2 and PR2 )。
- 是唯一一個 Timer 裡面有 postscaler 的，但 Timer2 只能作為 timer 使用。
- 可以由 *T2CON* register 來控制，當 *T2CON* 被清 0 時也等於 Timer2 停止。
:::info
:::
#### Timer2 Operation
- *PR2* register 通常會被初始化成一個特定的數字，而當 TMR2 到達那個數字的時候（當然中間會經過 prescaler and postscaler）， **TMR2IF** bit 就會變成 1 ，並把 TMR2 歸 0 。
:::warning
要注意
1. **TMR2IF** bit 是在 *PIR1* register 裡面。
2. 在 interrupt code 中要記得把 **TMR2IF** 歸 0 。
:::
#### Timer2 Interrupt
1. Set **PEIE** and **GIE** in *INTCON* register to 1.
2. Set **TMR2IE** bit in *PIE1* register to 1.
3. Clear **TMR2IF** bit in *PIR1* register to 0.
4. Clear *TMR2* register to 0.
5. Initialize *PR2* and *T2CON* with appropriate data.
6. 第五點中要記得包含把 Timer2 打開那個 bit ( in T2CON ) ，不然就在這步驟做。
7. 再來就等他 interrupt ， PC 裡面就會讀進 0x08 這個 address 了。
:::info
當你發現你的 prescaler and postscaler 都用到最大值還到達不了他的要求時，就要使用另一個變數來做 counter 了。
:::
- 後面也是一堆實做，單都是關於 delay 的，不過如果考試沒有限制的話直接用內建的 delay function 好像就可以了吧？

### Timer3
- 可以作為 16-bit 的 timer or counter （也只能作為 16-bit 使用）。
- 透過 *T3CON* register 來控制，通常跟 CCP mudule 有關。
:::info
:::
#### Timer3 Operation
- 可以調整 **TMR3CS** bit 來決定他要用啥 mode ，有 timer/synchronous counter/asynchronous counter 可使用（但 synchronous 或 asynchronous 要自己寫，他只幫你決定 input source 是 internal 或是 external 而已）。

#### Timer3 Interrupt
- 當 TMR3 register pair ( TMR3H:TMR3L ) overflow 時， **TMR3IF** bit ( bit 1 of PIR2 )會被設為 1 ，然後 TMR3 register pair 會被清 0 。
- 如果要使用 interrupt 記得要開 **TMR3IE** bit ( bit 1 of PIE2 ) 。
:::info
PIR2
PIE2
:::
:::danger
注意，如果同一個 program 裡面用到多個 timer interrupt 時，因為他們都會跳到 0x08 這個 address ，所以在 0x08 這邊要寫一個 check 來檢查到底是哪一個 timer interrupt 了。
:::

## Analog Interface
- 完整的Analog Interface 應該包含 A/D and D/A converter ，但 PIC18F4321 只有包含 on-chip A/D converter ， D/A chip 要外接。
### PIC18F on-chip ADC ( A/D Converter )
- PIC18F 的 on-chip A/D converter 提供 8-bit or 10-bit 。
- ADC 的 characteristics 包含以下幾項：
1. Resolution (解析度)
- 就看 8-bit 還是 10-bit 輸出，輸出的範圍越廣，代表在同一個區間的電壓可以被分割的越多份，解析度就越高。
- PIC18F4520 應該就只是分割 0V ~ 5V 的電壓。
2. Reference voltage (參考電壓)
- 用來區分要劃分電壓的 maximum 和 minimum ，要先給一個參考的最大值與最小值，劃分才會有意義。
- Voltage input/output 分別為 Vref+/Vref- 。
3. ADC channels (A/D converter 通道)
- ADC hardware module 連到一個 multiplexer 來區分 channel ，每一個 channel 都可以決定要不要連到 analog voltage 來進行 A/D convert ，像 PIC18F 有 13 個 channel ，從 AN0 ~ AN12 。
4. Acquisition time (採樣時間)
- 當決定一個 ADC channel 時，他需要一段時間來把裡面的一個 capacitor 充好電，這個時間就叫 acquisition time 。
- 當達到 acquisition time 時， PIC18F 會斷開 channel 與 source 的連結，然後開始 conversion 。
5. ADC clock
- 就一次 A/D conversion 的週期 Tad 。
- 每一個 channel 都可以 convert 出 8-bit or 10-bit 的 output 。
#### 8-bit output A/D conversion
- 有 3 個 control register ( *ADCON0* ~ *ADCON2* )，加上 2 個 data registers ( *ADRESH*, *ADRESL* )，全部皆為 8-bit registers 。
1. ADCON0 register
- 用來設定要哪一個 channel。
- 用來啟動 ADC conversion 。
- 用來開啟 ADC conversion 。
:::info
:::
:::warning
注意， **ADON** bit 只是 enable 而已，要設定 **GODONE** A/D converter 才會開始動作。
:::
2. ADCON1 register
- 用來設定 reference voltage 要從哪邊讀。
- 用來設定 AN0 ~ AN12 哪一些要 analog input 哪一些要 digital I/O 。
:::info
:::
3. ADCON2 register
- 用來設定 output 要 Right/Left justified ( Right 代表全部靠右， ADRESH 有 2-bit ADRESL 有 8-bit )。
- 用來設定 ADC acquisition time 。
- 用來設定 A/D conversion clock 。
:::danger
關於 left justified 上面寫適用於 8-bit 的 output ，因為他會只把 8-bit 的結果存入 ADRESH 中，而 ADRESL 中的結果直接捨棄掉，跟我在實驗課聽到的不一樣？？
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- 不論是組合語言或 C 都可以寫。
:::info
- 在 C 中的 ADCON0bits.GO = ADCON0bits.DONE ，兩種寫法效果同等。
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#### A/D interrupt
1. Set **ADIE** bit in *PIE1* to 1 .
2. Clear **ADIF** bit in *PIR1* to 0 .
3. Set **PEIE** bit in *INTCON* to 1 .
4. Set **GIE** bit in *INTCON* to 1 .
5. Start A/D conversion by setting **GO/DONE** bit in *ADCON0* to 1 . (不用開 ADON 嗎？)

- 當一次的 A/D conversion 結束時， **ADIF** bit in *PIR1* 會被設為 1 。
- 如果想設定 A/D interrupt 是 low priority 的話可以調整 **ADIP** bit in *PIR1* 。

#### Interfacing an external D/A Converter
- 就把讀進去的 digital 在用某個 port ( 8-bit ) 傳出去，然後再去看 external device 的 datasheet 看要怎麼設定吧？