AVR——使用定時(shí)器必須弄清的幾個(gè)概念
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在MCU中（M16)，定時(shí)器是獨(dú)立的一個(gè)模塊，M16有三個(gè)獨(dú)立的定時(shí)器模塊，即T/C0、T/C1和T/C2；其中T/C0和T/C2都是8位的定時(shí)器，而T/C1是一個(gè)16位的定時(shí)器。定時(shí)器的工作是獨(dú)立于CPU之外自行運(yùn)行的硬件模塊。
1、定時(shí)器何時(shí)開(kāi)始工作（或說(shuō)計(jì)數(shù)）的？
2、定時(shí)器是如何進(jìn)行工作的：說(shuō)到定時(shí)器的工作，不得不說(shuō)三個(gè)個(gè)重要參數(shù)：TCNT0、OCR0，TIMSK，TCNT0是設(shè)置定時(shí)器的計(jì)時(shí)初始值，定時(shí)器開(kāi)始工作后立即從TCNT0一直累加到0XFF，累加過(guò)程所消耗的時(shí)間就是我們需要的定時(shí)時(shí)間；OCR0是一個(gè)比較設(shè)定值，當(dāng)TCNT0的值累計(jì)到OCR0時(shí)（TNCT0==OCR0），如果有開(kāi)啟比較匹配中斷功能，那么此時(shí)就會(huì)產(chǎn)生比較中斷，所以，OCR0的值一般都是設(shè)置在TCNT0初始值和0XFF之間，之外的任何值都不會(huì)產(chǎn)生比較中斷。TIMSK是一個(gè)中斷使能位設(shè)置，就是我們需要計(jì)時(shí)器溢出中斷或是比較匹配中斷功能或兩者都要時(shí)就對(duì)TIMSK的相應(yīng)寄存器位進(jìn)行設(shè)置。
3、定時(shí)器的中斷使用，一個(gè)定時(shí)器可以有兩個(gè)中斷資源可利用，一個(gè)只溢出中斷，另一個(gè)是比較匹配中斷，如上面2所說(shuō)的。想說(shuō)明的溢出中斷子程序內(nèi)一般要有重載TCNT0的初始值，否則，TCNT0就會(huì)從0X00開(kāi)始累加計(jì)數(shù)到0XFF，所耗費(fèi)的時(shí)間就不我們想要的時(shí)間。比較中斷就是當(dāng)TCNT0==OCR0時(shí)，發(fā)生比較匹配中斷；所以，中斷子程序中一般只插入少量的處理代碼，否則，會(huì)發(fā)生所謂的中斷套嵌的現(xiàn)象，由于M16不支持中斷套嵌，這樣會(huì)使得中斷子程序中的部分代碼無(wú)法執(zhí)行，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成系統(tǒng)崩潰。
4、TCNT0和OCR0的值換算：對(duì)于8bit的計(jì)時(shí)器，TCNT0一般可以由下面的公式換算：
1、定時(shí)器何時(shí)開(kāi)始工作（或說(shuō)計(jì)數(shù)）的？
2、定時(shí)器是如何進(jìn)行工作的：說(shuō)到定時(shí)器的工作，不得不說(shuō)三個(gè)個(gè)重要參數(shù)：TCNT0、OCR0，TIMSK，TCNT0是設(shè)置定時(shí)器的計(jì)時(shí)初始值，定時(shí)器開(kāi)始工作后立即從TCNT0一直累加到0XFF，累加過(guò)程所消耗的時(shí)間就是我們需要的定時(shí)時(shí)間；OCR0是一個(gè)比較設(shè)定值，當(dāng)TCNT0的值累計(jì)到OCR0時(shí)（TNCT0==OCR0），如果有開(kāi)啟比較匹配中斷功能，那么此時(shí)就會(huì)產(chǎn)生比較中斷，所以，OCR0的值一般都是設(shè)置在TCNT0初始值和0XFF之間，之外的任何值都不會(huì)產(chǎn)生比較中斷。TIMSK是一個(gè)中斷使能位設(shè)置，就是我們需要計(jì)時(shí)器溢出中斷或是比較匹配中斷功能或兩者都要時(shí)就對(duì)TIMSK的相應(yīng)寄存器位進(jìn)行設(shè)置。
3、定時(shí)器的中斷使用，一個(gè)定時(shí)器可以有兩個(gè)中斷資源可利用，一個(gè)只溢出中斷，另一個(gè)是比較匹配中斷，如上面2所說(shuō)的。想說(shuō)明的溢出中斷子程序內(nèi)一般要有重載TCNT0的初始值，否則，TCNT0就會(huì)從0X00開(kāi)始累加計(jì)數(shù)到0XFF，所耗費(fèi)的時(shí)間就不我們想要的時(shí)間。比較中斷就是當(dāng)TCNT0==OCR0時(shí)，發(fā)生比較匹配中斷；所以，中斷子程序中一般只插入少量的處理代碼，否則，會(huì)發(fā)生所謂的中斷套嵌的現(xiàn)象，由于M16不支持中斷套嵌，這樣會(huì)使得中斷子程序中的部分代碼無(wú)法執(zhí)行，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成系統(tǒng)崩潰。
4、TCNT0和OCR0的值換算：對(duì)于8bit的計(jì)時(shí)器，TCNT0一般可以由下面的公式換算：
定時(shí)器是獨(dú)立運(yùn)行的，它不占用CPU的時(shí)間，不需要指令，只有調(diào)用對(duì)應(yīng)的寄存器的時(shí)候才需要參與。
以AVR mega16為例，它有三個(gè)寄存器，timer0，timer1和timer2，T0和T2是8位定時(shí)器，T1是16位寄存器，T2為異步定時(shí)器，三個(gè)定時(shí)器都可以用于產(chǎn)生PWM。
以定時(shí)器T0來(lái)簡(jiǎn)單介紹定時(shí)器的操作方法，T0有三個(gè)寄存器可以被CPU訪問(wèn)，TCCR0，TCNT0，OCR0，下面看一段ICC生成的定時(shí)器初始化程序。
//TIMER0 initialize - prescale:8
// WGM: Normal
// desired value: 1KHz
// actual value: 1.000KHz (0.0%)
void timer0_init(void)
{
TCCR0 = 0x00; //stop
TCNT0 = 0x83; //set count
OCR0 = 0x7D; //set compare
TCCR0 = 0x02; //start timer
}
TCCR0為控制寄存器，用于控制定時(shí)器的工作模式細(xì)節(jié)；
TCNT0為T(mén)/C 寄存器，它的值在定時(shí)器的每個(gè)工作周期里加一或減一，實(shí)現(xiàn)定時(shí)操作，CPU可以隨時(shí)讀寫(xiě)TCNT0；
OCR0：輸出比較寄存器，它包含一個(gè)8 位的數(shù)據(jù)，不間斷地與計(jì)數(shù)器數(shù)值TCNT0 進(jìn)行比較。匹配事件可以用來(lái)產(chǎn)生輸出比較中斷，或者用來(lái)在OC0 引腳上產(chǎn)生波形。
這里說(shuō)最簡(jiǎn)單的模式，TCNT一直加一，到達(dá)最大值0xFF然后清零，進(jìn)入下一次計(jì)數(shù)，在上面的程序中。
TCCR0＝0x00;關(guān)閉T0的時(shí)鐘源，定時(shí)器停止工作。
TCNT0＝0x83;設(shè)置T/C寄存器的初始值，及讓定時(shí)器從TCNT0從0x83開(kāi)始定時(shí)或計(jì)數(shù)。
OCR0 = 0x7D;設(shè)定比較匹配寄存器的值，這個(gè)程序里沒(méi)有使用。
TCCR0 = 0x02;選擇時(shí)鐘源，來(lái)自時(shí)鐘8分頻，設(shè)置后定時(shí)器就開(kāi)始工作。
初始化后定時(shí)器開(kāi)始工作，TCNT0在每一個(gè)定時(shí)器時(shí)鐘加一，當(dāng)TCNT0等于OCR0的值時(shí)，T/C 中斷標(biāo)志寄存器－ TIFR中的OCF0 置位，如果這時(shí)候TIMSK中OCIE0為1（即允許T0比較匹配中斷），并且全局中斷允許，比較匹配中斷即運(yùn)行。中斷程序中可以對(duì)TCNT0和0CR0進(jìn)行操作，對(duì)定時(shí)器進(jìn)行調(diào)整。
TCNT0繼續(xù)加一，當(dāng)達(dá)到0xFF時(shí)，T/C 中斷標(biāo)志寄存器－ TIFR中的TOV0置位，如果這時(shí)候TIMSK中TOIE0為1（即允許T0溢出中斷），并且全局中斷允許，溢出中斷即運(yùn)行。中斷程序中可以對(duì)TCNT0和0CR0進(jìn)行操作，對(duì)定時(shí)器進(jìn)行調(diào)整。
和定時(shí)器相關(guān)的寄存器還有SREG和TIMSK，前者位1控制全局中段允許，后者位1（OCIE0）和位0（TOIE0）分別控制比較匹配中斷和溢出比較匹配中斷允許。
實(shí)際的過(guò)程中，定時(shí)器相關(guān)寄存器的操作非常靈活，可以在溢出中斷中修改TCNT0的值，也可以在中斷中修改OCR0的值，后面的實(shí)驗(yàn)中會(huì)講到用定時(shí)器1修改OCR1A的方法實(shí)現(xiàn)1S精確定時(shí)。
師傅領(lǐng)進(jìn)門(mén)，修行靠個(gè)人，定時(shí)器的基本原理說(shuō)到這里，要更深入的了解定時(shí)器，請(qǐng)看數(shù)據(jù)手冊(cè)。
定時(shí)公式：Time=PRE*(MAX-TCNT0+1) /F_cpu單位S ，其中，PRE為與分頻數(shù)，本例中為8，MAX即為最大值255，TCNT0為初始化時(shí)的值，本例中為0x83（十進(jìn)制的131），T_cpu，系統(tǒng)時(shí)鐘頻率，本例中為1000000。
本例程序中定時(shí)時(shí)間為：Time=8*(255-131+1)/1000000=0.001 S ，即為1ms，1Khz。可以看出，如果晶振選為8M，則定時(shí)時(shí)間變?yōu)?.000125S，也就是說(shuō)晶振越大，定時(shí)時(shí)間越短，預(yù)分頻越大，定時(shí)越長(zhǎng)。
在設(shè)置時(shí)如果你選擇1ms，會(huì)得到如下結(jié)果，和上面的1Khz相同。
//TIMER0 initialize - prescale:8
// WGM: Normal
// desired value: 1mSec
// actual value: 1.000mSec (0.0%)
void timer0_init(void)
{
TCCR0 = 0x00; //stop
TCNT0 = 0x83; //set count
OCR0 = 0x7D; //set compare
TCCR0 = 0x02; //start timer
}
//ICC-AVR application builder : 2007-6-9 0:33:58
// Target : M16
// Crystal: 1.0000Mhz
// 用途：演示定時(shí)器的工作原理
// 作者：古欣
// AVR與虛擬儀器 [url]http://www.avrvi.com[/url]
#include
#include
void port_init(void)
{
PORTA = 0x00;
DDRA = 0x03; //PA0 PA1 輸出
PORTB = 0x00;
DDRB = 0xFF; //PB 輸出
PORTC = 0x00; //m103 output only
DDRC = 0x00;
PORTD = 0x00;
DDRD = 0x00;
}
//TIMER0 initialize - prescale:8
// WGM: Normal
// desired value: 1KHz
// actual value: 1.000KHz (0.0%)
void timer0_init(void)
{
TCCR0 = 0x00; //stop
TCNT0 = 0x83; //set count
OCR0 = 0x7D; //set compare
TCCR0 = 0x02; //start timer
}
//比較匹配中斷
#pragma interrupt_handler timer0_comp_isr:20
void timer0_comp_isr(void)
{
//compare occured TCNT0=OCR0
if(OCR0==0x7D) //調(diào)整0x7D
{
OCR0=0x7F;
}
else
{
OCR0=0x7D;
}
PORTA ^= 0x01; //PA0取反
}
//溢出中斷中斷
#pragma interrupt_handler timer0_ovf_isr:10
void timer0_ovf_isr(void)
{
TCNT0 = 0x83; //reload counter value
PORTA ^= 0x01; //PA0取反
}
//call this routine to initialize all peripherals
void init_devices(void)
{
//stop errant interrupts until set up
CLI(); //disable all interrupts
port_init();
timer0_init();
MCUCR = 0x00;
GICR = 0x00;
TIMSK = 0x03; //timer interrupt sources 允許定時(shí)器零匹配和溢出中斷
SEI(); //re-enable interrupts
//all peripherals are now initialized
}
void main(void)
{
init_devices();
PORTA=0x00;
while(1)
{
PORTB = TCNT0; //任何時(shí)候都可以讀TCNT0
}
}
以AVR mega16為例，它有三個(gè)寄存器，timer0，timer1和timer2，T0和T2是8位定時(shí)器，T1是16位寄存器，T2為異步定時(shí)器，三個(gè)定時(shí)器都可以用于產(chǎn)生PWM。
以定時(shí)器T0來(lái)簡(jiǎn)單介紹定時(shí)器的操作方法，T0有三個(gè)寄存器可以被CPU訪問(wèn)，TCCR0，TCNT0，OCR0，下面看一段ICC生成的定時(shí)器初始化程序。
CODE:
//TIMER0 initialize - prescale:8
// WGM: Normal
// desired value: 1KHz
// actual value: 1.000KHz (0.0%)
void timer0_init(void)
{
TCCR0 = 0x00; //stop
TCNT0 = 0x83; //set count
OCR0 = 0x7D; //set compare
TCCR0 = 0x02; //start timer
}
[Copy to clipboard]
TCCR0為控制寄存器，用于控制定時(shí)器的工作模式細(xì)節(jié)；
TCNT0為T(mén)/C 寄存器，它的值在定時(shí)器的每個(gè)工作周期里加一或減一，實(shí)現(xiàn)定時(shí)操作，CPU可以隨時(shí)讀寫(xiě)TCNT0；
OCR0：輸出比較寄存器，它包含一個(gè)8 位的數(shù)據(jù)，不間斷地與計(jì)數(shù)器數(shù)值TCNT0 進(jìn)行比較。匹配事件可以用來(lái)產(chǎn)生輸出比較中斷，或者用來(lái)在OC0 引腳上產(chǎn)生波形。
這里說(shuō)最簡(jiǎn)單的模式，TCNT一直加一，到達(dá)最大值0xFF然后清零，進(jìn)入下一次計(jì)數(shù)，在上面的程序中。
TCCR0＝0x00;關(guān)閉T0的時(shí)鐘源，定時(shí)器停止工作。
TCNT0＝0x83;設(shè)置T/C寄存器的初始值，及讓定時(shí)器從TCNT0從0x83開(kāi)始定時(shí)或計(jì)數(shù)。
OCR0 = 0x7D;設(shè)定比較匹配寄存器的值，這個(gè)程序里沒(méi)有使用。
TCCR0 = 0x02;選擇時(shí)鐘源，來(lái)自時(shí)鐘8分頻，設(shè)置后定時(shí)器就開(kāi)始工作。
初始化后定時(shí)器開(kāi)始工作，TCNT0在每一個(gè)定時(shí)器時(shí)鐘加一，當(dāng)TCNT0等于OCR0的值時(shí)，T/C 中斷標(biāo)志寄存器－ TIFR中的OCF0 置位，如果這時(shí)候TIMSK中OCIE0為1（即允許T0比較匹配中斷），并且全局中斷允許，比較匹配中斷即運(yùn)行。中斷程序中可以對(duì)TCNT0和0CR0進(jìn)行操作，對(duì)定時(shí)器進(jìn)行調(diào)整。
TCNT0繼續(xù)加一，當(dāng)達(dá)到0xFF時(shí)，T/C 中斷標(biāo)志寄存器－ TIFR中的TOV0置位，如果這時(shí)候TIMSK中TOIE0為1（即允許T0溢出中斷），并且全局中斷允許，溢出中斷即運(yùn)行。中斷程序中可以對(duì)TCNT0和0CR0進(jìn)行操作，對(duì)定時(shí)器進(jìn)行調(diào)整。
和定時(shí)器相關(guān)的寄存器還有SREG和TIMSK，前者位1控制全局中段允許，后者位1（OCIE0）和位0（TOIE0）分別控制比較匹配中斷和溢出比較匹配中斷允許。
實(shí)際的過(guò)程中，定時(shí)器相關(guān)寄存器的操作非常靈活，可以在溢出中斷中修改TCNT0的值，也可以在中斷中修改OCR0的值，后面的實(shí)驗(yàn)中會(huì)講到用定時(shí)器1修改OCR1A的方法實(shí)現(xiàn)1S精確定時(shí)。
師傅領(lǐng)進(jìn)門(mén)，修行靠個(gè)人，定時(shí)器的基本原理說(shuō)到這里，要更深入的了解定時(shí)器，請(qǐng)看數(shù)據(jù)手冊(cè)。
定時(shí)公式：Time=PRE*(MAX-TCNT0+1) /F_cpu單位S ，其中，PRE為與分頻數(shù)，本例中為8，MAX即為最大值255，TCNT0為初始化時(shí)的值，本例中為0x83（十進(jìn)制的131），T_cpu，系統(tǒng)時(shí)鐘頻率，本例中為1000000。
本例程序中定時(shí)時(shí)間為：Time=8*(255-131+1)/1000000=0.001 S ，即為1ms，1Khz。可以看出，如果晶振選為8M，則定時(shí)時(shí)間變?yōu)?.000125S，也就是說(shuō)晶振越大，定時(shí)時(shí)間越短，預(yù)分頻越大，定時(shí)越長(zhǎng)。
在設(shè)置時(shí)如果你選擇1ms，會(huì)得到如下結(jié)果，和上面的1Khz相同。
CODE:
//TIMER0 initialize - prescale:8
// WGM: Normal
// desired value: 1mSec
// actual value: 1.000mSec (0.0%)
void timer0_init(void)
{
TCCR0 = 0x00; //stop
TCNT0 = 0x83; //set count
OCR0 = 0x7D; //set compare
TCCR0 = 0x02; //start timer
}
[Copy to clipboard]
CODE:
//ICC-AVR application builder : 2007-6-9 0:33:58
// Target : M16
// Crystal: 1.0000Mhz
// 用途：演示定時(shí)器的工作原理
// 作者：古欣
// AVR與虛擬儀器 [url]http://www.avrvi.com[/url]
#include
#include
void port_init(void)
{
PORTA = 0x00;
DDRA = 0x03; //PA0 PA1 輸出
PORTB = 0x00;
DDRB = 0xFF; //PB 輸出
PORTC = 0x00; //m103 output only
DDRC = 0x00;
PORTD = 0x00;
DDRD = 0x00;
}
//TIMER0 initialize - prescale:8
// WGM: Normal
// desired value: 1KHz
// actual value: 1.000KHz (0.0%)
void timer0_init(void)
{
TCCR0 = 0x00; //stop
TCNT0 = 0x83; //set count
OCR0 = 0x7D; //set compare
TCCR0 = 0x02; //start timer
}
//比較匹配中斷
#pragma interrupt_handler timer0_comp_isr:20
void timer0_comp_isr(void)
{
//compare occured TCNT0=OCR0
if(OCR0==0x7D) //調(diào)整0x7D
{
OCR0=0x7F;
}
else
{
OCR0=0x7D;
}
PORTA ^= 0x01; //PA0取反
}
//溢出中斷中斷
#pragma interrupt_handler timer0_ovf_isr:10
void timer0_ovf_isr(void)
{
TCNT0 = 0x83; //reload counter value
PORTA ^= 0x01; //PA0取反
}
//call this routine to initialize all peripherals
void init_devices(void)
{
//stop errant interrupts until set up
CLI(); //disable all interrupts
port_init();
timer0_init();
MCUCR = 0x00;
GICR = 0x00;
TIMSK = 0x03; //timer interrupt sources 允許定時(shí)器零匹配和溢出中斷
SEI(); //re-enable interrupts
//all peripherals are now initialized
}
void main(void)
{
init_devices();
PORTA=0x00;
while(1)
{
PORTB = TCNT0; //任何時(shí)候都可以讀TCNT0
}
}
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