AVR—使用定時器必須弄清的幾個概念

ID:113207 · 發(fā)表于 2016-4-9 23:54

在MCU中（M16)，定時器是獨立的一個模塊，M16有三個獨立的定時器模塊，即T/C0、T/C1和T/C2；其中T/C0和T/C2都是8位的定時器，而T/C1是一個16位的定時器。定時器的工作是獨立于CPU之外自行運行的硬件模塊。

1、定時器何時開始工作（或說計數(shù)）的？
當(dāng)TCCR0！=0x00任何模式下，只要MCU一上電，T/C就開始計時工作。其實TCCR0主要是定時器的預(yù)分頻和波形模式、比較匹配模式的設(shè)置，說到預(yù)分頻，不得不提一下這個模塊，這個模塊是T/C0、T/C1共用的一個模塊，但可以有不同的分頻設(shè)置。

2、定時器是如何進(jìn)行工作的：說到定時器的工作，不得不說三個個重要參數(shù)：TCNT0、OCR0，TIMSK，TCNT0是設(shè)置定時器的計時初始值，定時器開始工作后立即從TCNT0一直累加到0XFF，累加過程所消耗的時間就是我們需要的定時時間；OCR0是一個比較設(shè)定值，當(dāng)TCNT0的值累計到OCR0時（TNCT0==OCR0），如果有開啟比較匹配中斷功能，那么此時就會產(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產(chǎn)生比較中斷。TIMSK是一個中斷使能位設(shè)置，就是我們需要計時器溢出中斷或是比較匹配中斷功能或兩者都要時就對TIMSK的相應(yīng)寄存器位進(jìn)行設(shè)置。

3、定時器的中斷使用，一個定時器可以有兩個中斷資源可利用，一個只溢出中斷，另一個是比較匹配中斷，如上面2所說的。想說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就會從0X00開始累加計數(shù)到0XFF，所耗費的時間就不我們想要的時間。比較中斷就是當(dāng)TCNT0==OCR0時，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，這樣會使得中斷子程序中的部分代碼無法執(zhí)行，嚴(yán)重時會造成系統(tǒng)崩潰。

4、TCNT0和OCR0的值換算：對于8bit的計時器，TCNT0一般可以由下面的公式換算：
  TCNT0=256-（TV*F）/N；
  TV：所想要設(shè)定的定時時間，單位，us
   F：晶振頻率（MHz）
N：分頻因子
定時器是獨立運行的，它不占用CPU的時間，不需要指令，只有調(diào)用對應(yīng)的寄存器的時候才需要參與。

以AVRmega16為例，它有三個寄存器，timer0，timer1和timer2，T0和T2是8位定時器，T1是16位寄存器，T2為異步定時器，三個定時器都可以用于產(chǎn)生PWM。

以定時器T0來簡單介紹定時器的操作方法，T0有三個寄存器可以被CPU訪問，TCCR0，TCNT0，OCR0，下面看一段ICC生成的定時器初始化程序。

//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
}

復(fù)制代碼

TCCR0為控制寄存器，用于控制定時器的工作模式細(xì)節(jié)；
TCNT0為T/C 寄存器，它的值在定時器的每個工作周期里加一或減一，實現(xiàn)定時操作，CPU可以隨時讀寫TCNT0；
OCR0：輸出比較寄存器，它包含一個8 位的數(shù)據(jù)，不間斷地與計數(shù)器數(shù)值TCNT0進(jìn)行比較。匹配事件可以用來產(chǎn)生輸出比較中斷，或者用來在OC0 引腳上產(chǎn)生波形。

這里說最簡單的模式，TCNT一直加一，到達(dá)最大值0xFF然后清零，進(jìn)入下一次計數(shù)，在上面的程序中。

TCCR0＝0x00;關(guān)閉T0的時鐘源，定時器停止工作。
TCNT0＝0x83;設(shè)置T/C寄存器的初始值，及讓定時器從TCNT0從0x83開始定時或計數(shù)。
OCR0 = 0x7D;設(shè)定比較匹配寄存器的值，這個程序里沒有使用。
TCCR0 = 0x02;選擇時鐘源，來自時鐘8分頻，設(shè)置后定時器就開始工作。

初始化后定時器開始工作，TCNT0在每一個定時器時鐘加一，當(dāng)TCNT0等于OCR0的值時，T/C 中斷標(biāo)志寄存器－TIFR中的OCF0置位，如果這時候TIMSK中OCIE0為1（即允許T0比較匹配中斷），并且全局中斷允許，比較匹配中斷即運行。中斷程序中可以對TCNT0和0CR0進(jìn)行操作，對定時器進(jìn)行調(diào)整。

TCNT0繼續(xù)加一，當(dāng)達(dá)到0xFF時，T/C 中斷標(biāo)志寄存器－TIFR中的TOV0置位，如果這時候TIMSK中TOIE0為1（即允許T0溢出中斷），并且全局中斷允許，溢出中斷即運行。中斷程序中可以對TCNT0和0CR0進(jìn)行操作，對定時器進(jìn)行調(diào)整。

和定時器相關(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。

實際的過程中，定時器相關(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，后面的實驗中會講到用定時器1修改OCR1A的方法實現(xiàn)1S精確定時。

師傅領(lǐng)進(jìn)門，修行靠個人，定時器的基本原理說到這里，要更深入的了解定時器，請看數(shù)據(jù)手冊。

定時公式：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為初始化時的值，本例中為0x83（十進(jìn)制的131），T_cpu，系統(tǒng)時鐘頻率，本例中為1000000。

本例程序中定時時間為：Time=8*(255-131+1)/1000000=0.001 S，即為1ms，1Khz�？梢钥闯�，如果晶振選為8M，則定時時間變?yōu)?.000125S，也就是說晶振越大，定時時間越短，預(yù)分頻越大，定時越長。

在設(shè)置時如果你選擇1ms，會得到如下結(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
}

復(fù)制代碼

//ICC-AVR application builder : 2007-6-9 0:33:58
// Target : M16
// Crystal: 1.0000Mhz
// 用途：演示定時器的工作原理
// 作者：古欣
#include <iom16v.h>
#include <macros.h>
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; //任何時候都可以讀TCNT0
}
}

復(fù)制代碼

ID:165954 · 發(fā)表于 2017-2-22 16:02

謝謝！雖然只是基礎(chǔ)，但很重要

ID:170104 · 發(fā)表于 2017-3-12 15:48

受用了，謝謝

ID:170104 · 發(fā)表于 2017-3-12 15:49

謝謝樓主，幫助很大

ID:304171 · 發(fā)表于 2018-5-1 15:44

TV 單位應(yīng)該是S，新手用US怎么算都不對。然后查了相關(guān)資料。單位是s。相信是筆者筆誤，好帖子無疑

ID:1147722 · 發(fā)表于 2025-6-5 16:54

很棒的講解，清楚明白

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