ATmega16定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1的要點(diǎn)介紹

ATmega16的T/C1為16位定時(shí)器一共有15種工作模式，其他2個(gè)8位定時(shí)器(T0/T2)相對(duì)簡(jiǎn)單，除了T2有異步工作模式用于RTC應(yīng)用外(可以利用溢出中斷和比較匹配中斷作定時(shí)功能)
符號(hào)定義:
BOTTOM 計(jì)數(shù)器計(jì)到0x0000 時(shí)即達(dá)到BOTTOM
MAX     計(jì)數(shù)器計(jì)到0xFFFF ( 十進(jìn)制的65535) 時(shí)即達(dá)到MAX
TOP     計(jì)數(shù)器計(jì)到計(jì)數(shù)序列的最大值時(shí)即達(dá)到TOP。
        TOP 值可以為固定值0x00FF、0x01FF或 0x03FF，或是存儲(chǔ)于寄存器 OCR1A或ICR1里的數(shù)值，具體有賴于工作模式
------注意MAX和TOP是不同的，在表格[波形產(chǎn)生模式的位描述]可以看到它們的作用

   分5種工作類型
   1   普通模式 WGM1=0
     跟51的普通模式差不多，有TOV1溢出中斷標(biāo)志，發(fā)生于MAX(0xFFFF)時(shí)
     1 采用內(nèi)部計(jì)數(shù)時(shí)鐘      用于 ICP捕捉輸入場(chǎng)合---測(cè)量脈寬/紅外解碼
         (捕捉輸入功能可以工作在多種模式下，而不單單只是普通模式)
     2 采用外部計(jì)數(shù)脈沖輸入   用于 計(jì)數(shù)，測(cè)頻
     其他的應(yīng)用，采用其他模式更為方便，不需要像51般費(fèi)神
      
   2 CTC模式 [比較匹配時(shí)清零定時(shí)器模式] WGM1=4,12
      跟51的自動(dòng)重載模式差不多
      1 用于輸出50%占空比的方波信號(hào)
      2 用于產(chǎn)生準(zhǔn)確的連續(xù)定時(shí)信號(hào)
      WGM1=4時(shí)， 最大值由OCR1A設(shè)定，TOP時(shí)產(chǎn)生OCF1A比較匹配中斷標(biāo)志
      WGM1=12時(shí)，最大值由ICF1設(shè)定， TOP時(shí)產(chǎn)生ICF1輸入捕捉中斷標(biāo)志
            ------如果TOP=MAX，TOP時(shí)也會(huì)產(chǎn)生TOV1溢出中斷標(biāo)志
      注:WGM=15時(shí)，也能實(shí)現(xiàn)從OC1A輸出方波，而且具備雙緩沖功能
      計(jì)算公式： fOCn=fclk_IO/(2*N*(1+TOP))
                    變量N 代表預(yù)分頻因子(1、8、64、256、1024)，T2多了(32、128)兩級(jí)。      
      
   3 快速PWM模式 WGM1=5,6,7,14,15   
     單斜波計(jì)數(shù)，用于輸出高頻率的PWM信號(hào)(比雙斜波的高一倍頻率)
     都有TOV1溢出中斷，發(fā)生于TOP時(shí)[不是MAX,跟普通模式，CTC模式不一樣]
     比較匹配后可以產(chǎn)生OCF1x比較匹配中斷.
       WGM1=5時(shí), 最大值為0x00FF， 8位分辨率
       WGM1=6時(shí), 最大值為0x01FF， 9位分辨率
       WGM1=7時(shí), 最大值為0x03FF，10位分辨率   
      WGM1=14時(shí),最大值由ICF1設(shè)定， TOP時(shí)產(chǎn)生ICF1輸入捕捉中斷 (單緩沖)
      WGM1=15時(shí),最大值由OCR1A設(shè)定，TOP時(shí)產(chǎn)生OCF1A比較匹配中斷(雙緩沖,但OC1A將沒(méi)有PWM能力，最多只能輸出方波)
      改變TOP值時(shí)必須保證新的TOP值不小于所有比較寄存器的數(shù)值
     注意，即使OCR1A/B設(shè)為0x0000，也會(huì)輸出一個(gè)定時(shí)器時(shí)鐘周期的窄脈沖，而不是一直為低電平
     計(jì)算公式：fPWM=fclk_IO/(N*(1+TOP))

   4 相位修正PWM模式 WGM1=1,2,3,10,11   
     雙斜波計(jì)數(shù)，用于輸出高精度的，相位準(zhǔn)確的，對(duì)稱的PWM信號(hào)
     都有TOV1溢出中斷，但發(fā)生在BOOTOM時(shí)
     比較匹配后可以產(chǎn)生OCF1x比較匹配中斷.
       WGM1=1時(shí), 最大值為0x00FF， 8位分辨率
       WGM1=2時(shí), 最大值為0x01FF， 9位分辨率
       WGM1=3時(shí), 最大值為0x03FF，10位分辨率   
      WGM1=10時(shí),最大值由ICF1設(shè)定， TOP時(shí)產(chǎn)生ICF1輸入捕捉中斷 (單緩沖)
      WGM1=11時(shí),最大值由OCR1A設(shè)定，TOP時(shí)產(chǎn)生OCF1A比較匹配中斷(雙緩沖,但OC1A將沒(méi)有PWM能力，最多只能輸出方波)
     改變TOP值時(shí)必須保證新的TOP值不小于所有比較寄存器的數(shù)值
     可以輸出0%~100%占空比的PWM信號(hào)
     若要在T/C 運(yùn)行時(shí)改變TOP 值，最好用相位與頻率修正模式代替相位修正模式。若TOP保持不變，那么這兩種工作模式實(shí)際沒(méi)有區(qū)別
     計(jì)算公式：fPWM=fclk_IO/(2*N*TOP)

   5 相位與頻率修正PWM模式 WGM1=8，9   
     雙斜波計(jì)數(shù)，用于輸出高精度的、相位與頻率都準(zhǔn)確的PWM波形
     都有TOV1溢出中斷，但發(fā)生在BOOTOM時(shí)
     比較匹配后可以產(chǎn)生OCF1x比較匹配中斷.
      WGM1=8時(shí),最大值由ICF1設(shè)定， TOP時(shí)產(chǎn)生ICF1輸入捕捉中斷 (單緩沖)
      WGM1=9時(shí),最大值由OCR1A設(shè)定，TOP時(shí)產(chǎn)生OCF1A比較匹配中斷(雙緩沖,但OC1A將沒(méi)有PWM能力，最多只能輸出方波)
     相頻修正修正PWM 模式與相位修正PWM 模式的主要區(qū)別在于OCR1x 寄存器的更新時(shí)間
     改變TOP值時(shí)必須保證新的TOP值不小于所有比較寄存器的數(shù)值
     可以輸出0%~100%占空比的PWM信號(hào)
     使用固定TOP 值時(shí)最好使用ICR1 寄存器定義TOP。這樣OCR1A 就可以用于在OC1A輸出PWM 波。
     但是，如果PWM 基頻不斷變化(通過(guò)改變TOP值)， OCR1A的雙緩沖特性使其更適合于這個(gè)應(yīng)用。
     計(jì)算公式：fPWM=fclk_IO/(2*N*TOP)  
     

T/C 的時(shí)鐘源
    T/C 的時(shí)鐘源可以有多種選擇，由CS12:0控制，分別用于高速(低分頻)/長(zhǎng)時(shí)間(高分頻)/外部計(jì)數(shù)場(chǎng)合
    一個(gè)16位定時(shí)器，在8MHz系統(tǒng)時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)下，可以實(shí)現(xiàn)uS級(jí)的高速定時(shí)和長(zhǎng)達(dá)8秒的超長(zhǎng)定時(shí)，這可是標(biāo)準(zhǔn)51的弱點(diǎn)

    CS12 CS11 CS10 說(shuō)明
        0     0     0   無(wú)時(shí)鐘源      (T/C 停止)
        0     0     1   clkIO/1     ( 無(wú)預(yù)分頻)   
        0     1     0   clkIO/8     ( 來(lái)自預(yù)分頻器)
        0     1     1   clkIO/64    ( 來(lái)自預(yù)分頻器)
        1     0     0   clkIO/256   ( 來(lái)自預(yù)分頻器)   
        1     0     1   clkIO/1024 ( 來(lái)自預(yù)分頻器)
        1     1     0   外部T1 引腳，下降沿驅(qū)動(dòng)
        1     1     1   外部T1 引腳，上升沿驅(qū)動(dòng)
   分頻器復(fù)位
         在高預(yù)分頻應(yīng)用時(shí)，通過(guò)復(fù)位預(yù)分頻器來(lái)同步T/C 與程序運(yùn)行,可以減少誤差。
    但是必須注意另一個(gè)T/C是否也在使用這一預(yù)分頻器，因?yàn)轭A(yù)分頻器復(fù)位將會(huì)影響所有與其連接的T/C。
   
   外部時(shí)鐘源
    由于使用了引腳同步邏輯，建議外部時(shí)鐘的最高頻率不要大于fclk_IO/2.5。
    外部時(shí)鐘源不送入預(yù)分頻器
    選擇使用外部時(shí)鐘源后，即使T1引腳被定義為輸出，其T1引腳上的邏輯信號(hào)電平變化仍然會(huì)驅(qū)動(dòng)T/C1 計(jì)數(shù)，這個(gè)特性允許用戶通過(guò)軟件來(lái)控制計(jì)數(shù)。
     
輸入捕捉單元
    T/C 的輸入捕捉單元可用來(lái)捕獲外部事件，并為其賦予時(shí)間標(biāo)記以說(shuō)明此時(shí)間的發(fā)生時(shí)刻。
    外部事件發(fā)生的觸發(fā)信號(hào)由引腳ICP1 輸入，也可通過(guò)模擬比較器單元來(lái)實(shí)現(xiàn)。
    時(shí)間標(biāo)記可用來(lái)計(jì)算頻率、占空比及信號(hào)的其它特征，以及為事件創(chuàng)建日志。
     
    輸入捕捉單元可以工作在多種工作模式下
    (使用ICR1定義TOP的(WGM1=12，14，10，8)波形產(chǎn)生模式時(shí),ICP1與輸入捕捉功能脫開，從而輸入捕捉功能被禁用。)
    在任何輸入捕捉工作模式下都不推薦在操作過(guò)程中改變TOP值
     
    當(dāng)引腳ICP1 上的邏輯電平( 事件) 發(fā)生了變化，或模擬比較器輸出ACO 電平發(fā)生了變化，并且這個(gè)電平變化為邊沿檢測(cè)器所證實(shí)，輸入捕捉即被激發(fā)：
    16位的TCNT1 數(shù)據(jù)被拷貝到輸入捕捉寄存器ICR1，同時(shí)輸入捕捉標(biāo)志位ICF1 置位。
    如果此時(shí)ICIE1 = 1，輸入捕捉標(biāo)志將產(chǎn)生輸入捕捉中斷。
    中斷執(zhí)行時(shí)ICF1 自動(dòng)清零，或者也可通過(guò)軟件在其對(duì)應(yīng)的I/O 位置寫入邏輯"1” 清零。
     
    注意，改變觸發(fā)源有可能造成一次輸入捕捉。因此在改變觸發(fā)源后必須對(duì)輸入捕捉標(biāo)志執(zhí)行一次清零操作以避免出現(xiàn)錯(cuò)誤的結(jié)果
     
    除去使用ICR1定義TOP的波形產(chǎn)生模式外， T/C中的噪聲抑制器與邊沿檢測(cè)器總是使能的。
    (其實(shí)就是永遠(yuǎn)使能??)
    使能噪聲抑制器后，在邊沿檢測(cè)器前會(huì)加入額外的邏輯電路并引入4個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期的延遲.
    噪聲抑制器使用的是系統(tǒng)時(shí)鐘，因而不受預(yù)分頻器的影響
     
    使用輸入捕捉中斷時(shí)，中斷程序應(yīng)盡可能早的讀取ICR1 寄存器
    如果處理器在下一次事件出現(xiàn)之前沒(méi)有讀取ICR1 的數(shù)據(jù)， ICR1 就會(huì)被新值覆蓋，從而無(wú)法得到正確的捕捉結(jié)果。
     
    測(cè)量外部信號(hào)的占空比時(shí)要求每次捕捉后都要改變觸發(fā)沿。
    因此讀取ICR1 后必須盡快改變敏感的信號(hào)邊沿。改變邊沿后，ICF1 必須由軟件清零( 在對(duì)應(yīng)的I/O 位置寫"1”)。
    若僅需測(cè)量頻率，且使用了中斷發(fā)生，則不需對(duì)ICF1 進(jìn)行軟件清零。
     
輸出比較單元
    16位比較器持續(xù)比較TCNT1與OCR1x的內(nèi)容，一旦發(fā)現(xiàn)它們相等，比較器立即產(chǎn)生一個(gè)匹配信號(hào)。
    然后OCF1x 在下一個(gè)定時(shí)器時(shí)鐘置位。
    如果此時(shí)OCIE1x = 1， OCF1x 置位將引發(fā)輸出比較中斷。
    (就是說(shuō)輸出比較可以工作在所有工作模式下，但PWM模式下更好用，功能更強(qiáng))
     
    輸出比較單元A(OCR1A) 的一個(gè)特質(zhì)是定義T/C 的TOP 值( 即計(jì)數(shù)器的分辨率)。
    TOP 值還用來(lái)定義通過(guò)波形發(fā)生器產(chǎn)生的波形的周期。
     
    由于在任意模式下寫TCNT1 都將在下一個(gè)定時(shí)器時(shí)鐘周期里阻止比較匹配，在使用輸出比較時(shí)改變TCNT1就會(huì)有風(fēng)險(xiǎn)，不管T/C是否在運(yùn)行
    這個(gè)特性可以用來(lái)將OCR1x初始化為與TCNT1 相同的數(shù)值而不觸發(fā)中斷。

   強(qiáng)制輸出比較（FOC）
    工作于非PWM 模式時(shí)，可以通過(guò)對(duì)強(qiáng)制輸出比較位FOC1x 寫”1” 的方式來(lái)產(chǎn)生比較匹配。
    強(qiáng)制比較匹配不會(huì)置位 OCF1x 標(biāo)志，也不會(huì)重載/ 清零定時(shí)器，
    但是OC1x 引腳將被更新，好象真的發(fā)生了比較匹配一樣(COMx1:0 決定OC1x 是置位、清零，還是交替變化)。
     
比較匹配輸出單元
    比較匹配模式控制位COM1x1:0 具有雙重功能。
    1 波形發(fā)生器利用COM1x1:0 來(lái)確定下一次比較匹配發(fā)生時(shí)的輸出比較OC1x 狀態(tài)；
    2 COM1x1:0 還控制OC1x 引腳輸出的來(lái)源。
    只要COM1x1:0 不全為零，波形發(fā)生器的輸出比較功能就會(huì)重載OC1x 的通用I/O 口功能。
    但是OC1x 引腳的方向仍舊受控于數(shù)據(jù)方向寄存器 (DDR)。
    從OC1x 引腳輸出有效信號(hào)之前必須通過(guò)數(shù)據(jù)方向寄存器的DDR_OC1x 將此引腳設(shè)置為輸出。
     
    波形發(fā)生器利用COM1x1:0 的方法在普通模式、CTC 模式和PWM 模式下有所區(qū)別。
    對(duì)于所有的模式，設(shè)置COM1x1:0=0 表明比較匹配發(fā)生時(shí)波形發(fā)生器不會(huì)操作OC1x寄存器

訪問(wèn)16位寄存器
    寫16 位寄存器時(shí)，應(yīng)先寫入該寄存器的高位字節(jié).
       usigned int k;
       k=0x1234;
       TCNT1H=(unsigned char)(k>>8);
       TCNT1L=(unsigned char) k;
    而讀16 位寄存器時(shí)應(yīng)先讀取該寄存器的低位字節(jié).
       usigned int k;
        k=TCNT1L;
        k+=(unsigned int)(TCNT1H<<8)；
    使用“C” 語(yǔ)言時(shí)，編譯器會(huì)自動(dòng)處理16位操作.
       usigned int k;
       k=0x1234;
       TCNT1=k;
       k=TCNT1;


這里舉例 如何用16位定時(shí)器T1實(shí)現(xiàn)高精度1秒連續(xù)定時(shí),精準(zhǔn)度跟所用晶振一樣
T1 CTC模式，8MHz外部晶振，定時(shí)1秒的話，選256分頻，剛好整步距，非常準(zhǔn)確TOP=1000000/(0.125*256)-1=31249=0x7A11。

作連續(xù)定時(shí)，必用CTC/PWM模式作，沒(méi)有累積誤差，穩(wěn)定度跟時(shí)鐘是一樣，手動(dòng)重裝受中斷影響是很難達(dá)到的。
不過(guò)定時(shí)步距和最長(zhǎng)定時(shí)間取決于時(shí)鐘，分頻系數(shù)和模式。
對(duì)于非整步距的定時(shí)時(shí)間要求，就會(huì)存在小于一個(gè)步距的偏差。
例如 T1,CTC模式，8MHz
fOCn=fclk_IO/(2*N*(1+TOP))
定時(shí)時(shí)間 T= 0.125uS*N*(1+TOP)
分頻系數(shù)      定時(shí)步距     最長(zhǎng)定時(shí)時(shí)間
    1(無(wú)分頻)    0.125uS       8192us      8毫秒
    8                1uS      65536us     65毫秒
   64                8uS        524ms    0.5秒
256               32uS       2097ms      3秒
1024              128uS       8388ms    超8秒了
定時(shí)1秒的話，選256分頻，剛好整步距，非常準(zhǔn)確，TOP=1000000/(0.125*256)-1=31249=0x7A11。
-----------當(dāng)然了，時(shí)鐘必須是高精度的晶振之類，不要用內(nèi)部RC振蕩器來(lái)瞎搞。

由于精度取決于晶振的精度，配合軟件做RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘是完全可行的。
用+/-20PPM的晶振，跑一個(gè)月誤差1分鐘 [60*60*24*30=2592000秒*20ppm=52秒]。

作RTC用專門為32.768KHz時(shí)鐘優(yōu)化的T2定時(shí)器更合適，這里只是舉例T1的實(shí)現(xiàn)方法
如果用+/-2.5PPM的DS32KHz(MAXIM的業(yè)界最準(zhǔn)確的32.768KHz單片穩(wěn)補(bǔ)時(shí)鐘芯片TXCO)做時(shí)鐘源，超準(zhǔn)確
指標(biāo): -40~+85度全溫度范圍，年誤差<4分鐘，0~40度溫度范圍內(nèi)+/-1PPM，年誤差<1分鐘