CN103389644B - 一种定时系统及定时方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种定时系统及定时方法，其中，所述定时系统包括：第一定时计数器，所述第一定时计数器使用MCU系统内部的第一频率时钟作为计数时钟；第二定时计数器，所述第二定时计数器使用MCU系统内部的第二频率时钟作为计数时钟；其中，所述第一频率时钟的频率比所述第二频率时钟的频率低；所述第一定时计数器能够在MCU系统处于睡眠/停机状态时工作，并能够唤醒处于睡眠/停机状态的MCU系统；当处于睡眠/停机状态的MCU系统被唤醒后，所述第二定时计数器能够工作。通过本发明提供的定时系统及定时方法同时实现了较低功耗和较高精度。

Description

一种定时系统及定时方法

技术领域

本发明涉及MCU应用系统技术领域，特别涉及一种定时系统及定时方法。

背景技术

在一些简单低成本且使用电池供电的MCU应用系统中，希望能最大限度的降低系统的待机功耗，延长电池的使用寿命。而该系统在待机时一般只需要较长时间定时但对定时精度有一定要求。如在喷香机的应用中，一般定时时间为10分钟/20分钟/30分钟，定时精度要求为5%左右，待机功耗希望能达到几个μA。

目前，在需要定时的MCU应用系统中，一般都是使用内置定时计数器来实现。但是现有的定时方案中均存在缺陷，具体如下：

如果MCU应用系统使用的定时计数器的时钟源采用系统时钟或者外设时钟，系统时钟或外设时钟频率一般都比较精确且频率较高，且受MCU供电电压和环境温度变化的影响较小。因此在正常工作模式时该系统能实现精确定时，但是正常工作模式时的功耗都比较高。在MCU进入睡眠/停机（STOP）模式，定时计数器所使用的时钟源系统时钟或外设时钟都会停止，无法实现定时/计数功能，因此无法在睡眠/停机（STOP）模式时使用定时计数器来定时，使用较高精度的时钟源通常功耗都比较大（50μA以上）。

如果MCU应用系统使用的定时计数器的时钟源采用低频时钟，低频时钟工作时功耗较低。低频时钟的来源有2种：MCU外置低频晶振时钟和MCU内置低频时钟。如果使用MCU外置低频晶振时钟，则系统能实现精确定时但是需要额外增加元器件和占用MCU芯片的IO管脚。MCU内置低频时钟随MCU供电电压和环境温度变化较大，导致在不同的电压和环境温度下的定时误差较大。使用内置低频时钟做时钟源的功耗较小（2μA以下），但是精度较差，特别是电压特性和温度特性不好。

综上可见，低功耗和高精度定时是一个两难的选择，而提供一种较低功耗、较高精度的定时系统/方法也成了一大难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种定时系统及定时方法，以解决现有的定时方式中，难以同时实现较低功耗和较高精度的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种定时系统，所述定时系统包括：

第一定时计数器，所述第一定时计数器使用MCU系统内部的第一频率时钟作为计数时钟；

第二定时计数器，所述第二定时计数器使用MCU系统内部的第二频率时钟作为计数时钟；

其中，所述第一频率时钟的频率比所述第二频率时钟的频率低；

所述第一定时计数器能够在MCU系统处于睡眠/停机状态时工作，并能够唤醒处于睡眠/停机状态的MCU系统；当处于睡眠/停机状态的MCU系统被唤醒后，所述第二定时计数器能够工作。

可选的，在所述的定时系统中，在进行MCU系统定时时，所述第一定时计数器输出多个子定时，所述第二定时计数器获取每个子定时对应的第一频率时钟的频率，所述第一定时计数器根据所述第一频率时钟的频率调整计数值，使得多个子定时均等于一设定值并且多个子定时的累加值与系统定时之间的误差在误差范围内。

可选的，在所述的定时系统中，在进行MCU系统定时时，所述第一定时计数器输出多个子定时，所述第二定时计数器获取每个子定时的值，使得多个子定时的累加值与系统定时之间的误差在误差范围内。

可选的，在所述的定时系统中，还包括定时寄存器，所述定时寄存器用以存储所述子定时的累加值。

本发明还提供一种定时方法，所述定时方法包括：

步骤10A：第一定时计数器开始工作；

步骤20A：MCU系统进入睡眠/停机状态；

步骤30A：第一定时计数器对第一频率时钟进行计数，输出子定时，所述子定时的时间值等于一设定值，并唤醒处于睡眠/停机状态的MCU系统，此时第二定时计数器开始工作；

步骤40A：第二定时计数器获取第一频率时钟的频率，所述第一定时计数器根据第二定时计数器获取的第一频率时钟的频率调整计数值，使得下一子定时的时间值能够等于一设定值；

步骤50A：累加子定时，将子定时的累加值与系统定时进行比较，若子定时的累加值大于或者等于系统定时，则MCU系统处理定时事件，同时继续重复执行步骤20A、步骤30A及步骤40A；若子定时的累加值小于系统定时，则继续重复执行步骤20A、步骤30A及步骤40A。

可选的，在所述的定时方法中，步骤10A、步骤20A、步骤30A、步骤40A及步骤50A的发生顺序为：步骤10A、步骤20A、步骤30A、步骤40A、步骤50A；或者步骤10A、步骤20A、步骤30A、步骤50A、步骤40A。

可选的，在所述的定时方法中，在步骤10A之前，先执行一次步骤40A。

可选的，在所述的定时方法中，设步骤40A的测量时间为TS，则在步骤50A每次累加子定时时，同时累加测量时间TS。

可选的，在所述的定时方法中，在步骤50A中，累加子定时后，将子定时的累加值存储于定时寄存器中。

本发明还提供一种定时方法，所述定时方法包括：

步骤10B：第一定时计数器开始工作；

步骤20B：MCU系统进入睡眠/停机状态；

步骤30B：第一定时计数器对第一频率时钟进行计数，输出子定时并唤醒处于睡眠/停机状态的MCU系统，此时第二定时计数器开始工作；

步骤40B：第二定时计数器获取第一频率时钟的频率，根据第二定时计数器获取的第一频率时钟的频率及第一定时计数器的计数，得到子定时的时间值；

步骤50B：累加子定时，将子定时的累加值与系统定时进行比较，若子定时的累加值大于或者等于系统定时，则MCU系统处理定时事件，同时继续重复执行步骤20B、步骤30B及步骤40B；若子定时的累加值小于系统定时，则继续重复执行步骤20B、步骤30B及步骤40B。

可选的，在所述的定时方法中，在步骤50B中，累加子定时后，将子定时的累加值存储于定时寄存器中。

在本发明提供的定时系统及定时方法中，通过使用第一定时计数器及第二定时计数器，其中，第一定时计数器使用MCU系统内部的第一频率时钟作为计数时钟，第二定时计数器使用MCU系统内部的第二频率时钟作为计数时钟，并且所述第一频率时钟的频率比所述第二频率时钟的频率低，由此，即能够通过第一定时计数器获取一个较低的功耗，又能够通过第二定时计数器获取一个较高的精度，从而同时实现了较低功耗和较高精度。

附图说明

图1是本发明实施例的定时系统的框结构示意图；

图2是本发明实施例的一定时方法的流程示意图；

图3是本发明实施例的利用第二定时计数器获取第一频率时钟的一波形示意图；

图4是本发明实施例的利用第二定时计数器获取第一频率时钟的另一波形示意图；

图5是本发明实施例的另一定时方法的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的定时系统及定时方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

请参考图1，其为本发明实施例的定时系统的框结构示意图。如图1所示，所述定时系统用于MCU系统10，所述定时系统包括：

第一定时计数器11，所述第一定时计数器11使用MCU系统10内部的第一频率时钟FLA作为计数时钟；

第二定时计数器12，所述第二定时计数器12使用MCU系统10内部的第二频率时钟FH作为计数时钟；

其中，所述第一频率时钟FLA的频率比所述第二频率时钟FH的频率低；

所述第一定时计数器11能够在MCU系统10处于睡眠/停机状态时工作，并能够唤醒处于睡眠/停机状态的MCU系统10；当处于睡眠/停机状态的MCU系统10被唤醒后，所述第二定时计数器12能够工作。

其中，所述第一频率时钟FLA为MCU系统10内置低频时钟，其受MCU系统10供电电压和环境温度变化的影响较大；所述第二频率时钟FH为MCU系统10内置高频时钟，其受MCU系统10供电电压和环境温度变化的影响较小。

具体的，在进行MCU系统10定时时，所述第一定时计数器11输出多个子定时，所述第二定时计数器12获取每个子定时对应的第一频率时钟FLA的频率，所述第一定时计数器11根据所述第一频率时钟FLA的频率调整计数值，使得多个子定时均等于一设定值并且多个子定时的累加值与系统定时之间的误差在误差范围内。

或者，在进行MCU系统10定时时，所述第一定时计数器11输出多个子定时，所述第二定时计数器12获取每个子定时的值，使得多个子定时的累加值与系统定时之间的误差在误差范围内。

在本实施例中，所述定时系统还包括定时寄存器13，所述定时寄存器13用以存储所述子定时的累加值。

接下去，将提供两种利用所述定时系统的定时方法，具体说明如何同时满足较低功耗和较高精度的要求，实现系统定时。

方法一

请参考图2，其为本发明实施例的一定时方法的流程示意图。如图2所示，所述定时方法包括：

步骤10A：第一定时计数器开始工作；

步骤20A：MCU系统进入睡眠/停机状态；

步骤30A：第一定时计数器对第一频率时钟进行计数，输出子定时，所述子定时的时间值等于一设定值，并唤醒处于睡眠/停机状态的MCU系统，此时第二定时计数器开始工作；

步骤40A：第二定时计数器获取第一频率时钟的频率，所述第一定时计数器根据第二定时计数器获取的第一频率时钟的频率调整计数值，使得下一子定时的时间值能够等于一设定值；

步骤50A：累加子定时，将子定时的累加值与系统定时进行比较，若子定时的累加值大于或者等于系统定时，则MCU系统处理定时事件，同时继续重复执行步骤20A、步骤30A及步骤40A；若子定时的累加值小于系统定时，则继续重复执行步骤20A、步骤30A及步骤40A。

具体的，设MCU系统10设有一系统定时TQ，所述系统定时TQ通常较长，例如为10分钟、20分钟或者30分钟等。MCU系统10进入睡眠/停机状态，第一定时计数器11开始工作，在本定时方法一中，第一定时计数器10需要输出多个时间间隔相等的子定时，具体通过如下方法实现：

预设一设定值，所述设定值即为每个子定时需要与其相等的值。在所述第一定时计数器11第一次输出子定时时，由于所述第一频率时钟FLA的当前确切频率未知，因此可先使用所述第二定时计数器12获取第一频率时钟FLA的频率，然后所述第一定时计数器11根据所述第一频率时钟FLA的当前频率进行设定计数值，即可得到第一个子定时，该第一个子定时等于预设值。

但是，由于为了获取较低的功耗，所述第一定时计数器11所使用的第一频率时钟FLA为MCU系统10内置低频时钟，其受MCU系统10供电电压和环境温度变化的影响较大，也就是说，在输出后续子定时的过程中，所述第一频率时钟FLA的频率往往发生了改变。

为此，在本实施例的定时方法中提出，第一定时计数器11输出一子定时的同时，唤醒处于睡眠/停机状态的MCU系统10，则此时第二定时计数器12开始工作，通过第二定时计数器12获取第一频率时钟FLA的频率，由此，所述第一定时计数器11根据第二定时计数器12获取的第一频率时钟FLA的频率（即最新的第一频率时钟FLA的频率）调整计数值，使得下一子定时的时间值能够等于一设定值。

其中，所述第二定时计数器12可通过如下方式获取所述第一定时频率时钟FLA的频率。

在此，可相应参考图1，第一频率时钟FLA通过分频器14的分频，得到第一频率时钟FLA的分频FLB，所述分频FLB为第一频率时钟FLA的Ｎ分频，其中Ｎ≥1，即F（FLB）=F（FLA）/N，误差（或者说频率的变化量）跟随第一频率时钟FLA的频率。当利用第二定时计数器12获取第一频率时钟FLA的频率时，所述第二定时计数器12可在分频FLB的上升沿开始计数，到第N1个波形周期的上升沿结束计数。对此，可相应参考图3，其为本发明实施例的利用第二定时计数器获取第一频率时钟的一波形示意图。或者，所述第二定时计数器12可在分频FLB的下降沿开始计数，到第N1个波形周期的下降沿结束计数。对此，可相应参考图4，其为本发明实施例的利用第二定时计数器获取第一频率时钟的频率的另一波形示意图。其中，Ｎ1≥1，N1越大，测量精度相对来说越高。假定此时第二定时计数器12的计数值为N2，则第一频率时钟FLA的频率为F（FLA）=F（FH）*N*N1/N2，即第一频率时钟FLA的周期为T（FLA）=N2/(F（FH）*N*N1)。

通过第二定时计数器12获取了第一频率时钟FLA的频率之后，所述第一定时计数器11便可根据第二定时计数器12获取的第一频率时钟FLA的频率（即最新的第一频率时钟FLA的频率）调整计数值，使得下一子定时的时间值能够等于一设定值。

接着，累加子定时，将子定时的累加值与系统定时TQ进行比较，若子定时的累加值大于或者等于系统定时TQ，则MCU系统10处理定时事件，同时继续重复执行步骤20A、步骤30A及步骤40A；若子定时的累加值小于系统定时TQ，则继续重复执行步骤20A、步骤30A及步骤40A。

在本实施例中，累加子定时后，将子定时的累加值存储于定时寄存器13中。由此，当新产生一个子定时后，可从所述定时寄存器13中提取前一个子定时的累加值（即不包括当前新产生的子定时的所有子定时的累加值），将新产生的子定时与前一个子定时的累加值相加，即可得到当前的子定时累加值。接着，将子定时的累加值与系统定时TQ进行比较，若子定时的累加值大于或者等于系统定时TQ，MCU系统10即可处理定时事件。

在本实施例中，当MCU系统10处理完一次定时事件或者子定时的累加值小于系统定时TQ时，均继续重复执行步骤20A、步骤30A及步骤40A，由此可以反复处理定时事件。其中，所述定时的终止可以通过设定一定时事件处理次数，当达到定时事件处理次数时，所述定时即可终止。当所述定时事件处理次数为一次时，则当MCU系统10处理完一次定时事件便可终止执行步骤20A、步骤30A及步骤40A。

此外，在本实施例中，对于步骤40A及步骤50A的发生顺序不作限定，既可以先得到第一频率时钟FLA的最新频率再进行子定时的累加；也可以先进行子定时的累加再获取第一频率时钟FLA的最新频率；还可以两种同时进行。即步骤10A、步骤20A、步骤30A、步骤40A及步骤50A的发生顺序为：步骤10A、步骤20A、步骤30A、步骤40A、步骤50A；或者步骤10A、步骤20A、步骤30A、步骤50A、步骤40A。

在本方法一中，设步骤40A中第二定时计数器获取第一频率时钟的频率所花测量时间为TS，为了尽可能的减少系统定时误差，在步骤50A每次累加子定时，可同时累加测量时间TS。通过使得每次子定时均等于/基本等于一设定值，控制了每次子定时的误差，从而能够使得子定时的累加值与系统定时TQ之间的误差在误差范围内。

方法二

请参考图5，其为本发明实施例的另一定时方法的流程示意图。如图5所示，所述定时方法包括：

步骤10B：第一定时计数器开始工作；

步骤20B：MCU系统进入睡眠/停机状态；

步骤30B：第一定时计数器对第一频率时钟进行计数，输出子定时并唤醒处于睡眠/停机状态的MCU系统，此时第二定时计数器开始工作；

步骤40B：第二定时计数器获取第一频率时钟的频率，根据第二定时计数器获取的第一频率时钟的频率及第一定时计数器的计数，得到子定时的时间值；

步骤50B：累加子定时，将子定时的累加值与系统定时进行比较，若子定时的累加值大于或者等于系统定时，则MCU系统处理定时事件，同时继续重复执行步骤20B、步骤30B及步骤40B；若子定时的累加值小于系统定时，则继续重复执行步骤20B、步骤30B及步骤40B。

在本方法二中，所述第一定时计数器11每次的计数值相同，但是，考虑到所述第一频率时钟FLA的频率可能发生的变化，其每次输出的子定时将不同。为此，在本方法二中，通过所述第二定时计数器12获取所述第一频率时钟FLA的频率（其获取方法与方法一中的相同），由此得到每次子定时的时间值（或者说时间间隔）。

在本方法二中，相当于将一个系统定时分割成多个子定时来予以实现，设系统定时TQ为10分钟，假设按照第一频率时钟FLA的初始值进行计算，每个子定时为1分钟，需要10个子定时。而在实际的定时过程中，第一个子定时为1分钟，第二个到第五个子定时为1.1分钟，第六个到第十个子定时为1.2分钟，由于通过子定时的累加，发现累加到第九个子定时时，即已经大于系统定时TQ了，从而能够触发MCU系统10处理定时事件。此时的误差仅为0.2分钟。若没有通过将一个系统定时分割成多个子定时来予以实现，则按照第一频率时钟FLA的初始值进行计算，虽然没有十个子定时的概念，但事实将完成十个子定时后才能触发MCU系统10处理定时事件，因为此时第一定时计数器11一直认为第一频率时钟FLA的频率值为初始值，也就不会发生调整。此时的误差将为1.4分钟。由此可见，通过本方法二能够获得较高的精度，同时，在定时系统中，主要工作（即产生功耗）的是功耗较小的第一定时计数器11，也就是说能够获得较低的功耗。

在本方法二中，在系统定时TQ一定时，该系统定时需要的子定时越多，相对来说系统定时TQ的误差越小。

此外在本方法二中，同样的，累加子定时后，将子定时的累加值存储于定时寄存器13中，对此可参考方法一中的描述，在此不再赘述。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (9)

1.一种定时系统，用于MCU系统，其特征在于，包括：

第一定时计数器，所述第一定时计数器使用MCU系统内部的第一频率时钟作为计数时钟；

第二定时计数器，所述第二定时计数器使用MCU系统内部的第二频率时钟作为计数时钟；

其中，所述第一频率时钟的频率比所述第二频率时钟的频率低；

所述第一定时计数器能够在MCU系统处于睡眠/停机状态时工作，并能够唤醒处于睡眠/停机状态的MCU系统；当处于睡眠/停机状态的MCU系统被唤醒后，所述第二定时计数器能够工作；

在进行MCU系统定时时，所述第一定时计数器输出多个子定时，所述第二定时计数器获取每个子定时对应的第一频率时钟的频率，所述第一定时计数器根据所述第一频率时钟的频率调整计数值，使得多个子定时均等于一设定值并且多个子定时的累加值与系统定时之间的误差在误差范围内；

或者在进行MCU系统定时时，所述第一定时计数器输出多个子定时，所述第二定时计数器获取每个子定时的值，使得多个子定时的累加值与系统定时之间的误差在误差范围内。

2.如权利要求1所述的定时系统，其特征在于，还包括定时寄存器，所述定时寄存器用以存储所述子定时的累加值。

3.一种定时方法，其特征在于，包括：

步骤10A：第一定时计数器开始工作；

步骤20A：MCU系统进入睡眠/停机状态；

步骤30A：第一定时计数器对第一频率时钟进行计数，输出子定时，所述子定时的时间值等于一设定值，并唤醒处于睡眠/停机状态的MCU系统，此时第二定时计数器开始工作；

步骤40A：第二定时计数器获取第一频率时钟的频率，所述第一定时计数器根据第二定时计数器获取的第一频率时钟的频率调整计数值，使得下一子定时的时间值能够等于一设定值；

步骤50A：累加子定时，将子定时的累加值与系统定时进行比较，若子定时的累加值大于或者等于系统定时，则MCU系统处理定时事件，同时继续重复执行步骤20A、步骤30A及步骤40A；若子定时的累加值小于系统定时，则继续重复执行步骤20A、步骤30A及步骤40A。

4.如权利要求3所述的定时方法，其特征在于，步骤10A、步骤20A、步骤30A、步骤40A及步骤50A的发生顺序为：步骤10A、步骤20A、步骤30A、步骤40A、步骤50A；或者步骤10A、步骤20A、步骤30A、步骤50A、步骤40A。

5.如权利要求3所述的定时方法，其特征在于，在步骤10A之前，先执行一次步骤40A。

6.如权利要求3所述的定时方法，其特征在于，设步骤40A的测量时间为TS，则在步骤50A每次累加子定时时，同时累加测量时间TS。

7.如权利要求3所述的定时方法，其特征在于，在步骤50A中，累加子定时后，将子定时的累加值存储于定时寄存器中。

8.一种定时方法，其特征在于，包括：

步骤10B：第一定时计数器开始工作；

步骤20B：MCU系统进入睡眠/停机状态；

步骤30B：第一定时计数器对第一频率时钟进行计数，输出子定时并唤醒处于睡眠/停机状态的MCU系统，此时第二定时计数器开始工作；

步骤40B：第二定时计数器获取第一频率时钟的频率，根据第二定时计数器获取的第一频率时钟的频率及第一定时计数器的计数，得到子定时的时间值；

步骤50B：累加子定时，将子定时的累加值与系统定时进行比较，若子定时的累加值大于或者等于系统定时，则MCU系统处理定时事件，同时继续重复执行步骤20B、步骤30B及步骤40B；若子定时的累加值小于系统定时，则继续重复执行步骤20B、步骤30B及步骤40B。

9.如权利要求8所述的定时方法，其特征在于，在步骤50B中，累加子定时后，将子定时的累加值存储于定时寄存器中。