標(biāo)題: AVR—使用定時(shí)器必須弄清的幾個(gè)概念 [打印本頁]

作者: 51hei學(xué)習(xí)    時(shí)間: 2016-4-9 23:54
標(biāo)題: AVR—使用定時(shí)器必須弄清的幾個(gè)概念
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)開始工作(或說計(jì)數(shù))的?
當(dāng)TCCR0!=0x00任何模式下,只要MCU一上電,T/C就開始計(jì)時(shí)工作。其實(shí)TCCR0主要是定時(shí)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(gè)模塊,這個(gè)模塊是T/C0、T/C1共用的一個(gè)模塊,但可以有不同的分頻設(shè)置。

2、定時(shí)器是如何進(jìn)行工作的:說到定時(shí)器的工作,不得不說三個(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)器開始工作后立即從TCNT0一直累加到0XFF,累加過程所消耗的時(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),如果有開啟比較匹配中斷功能,那么此時(shí)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(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(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(shí)會造成系統(tǒng)崩潰。

4、TCNT0和OCR0的值換算:對于8bit的計(jì)時(shí)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(shí)時(shí)間,單位,us
      F:晶振頻率(MHz)
    N: 分頻因子
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)用對應(yīng)的寄存器的時(shí)候才需要參與。

以AVRmega16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來簡單介紹定時(shí)器的操作方法,T0有三個(gè)寄存器可以被CPU訪問,TCCR0,TCNT0,OCR0,下面看一段ICC生成的定時(shí)器初始化程序。
  1. //TIMER0 initialize - prescale:8
  2. // WGM: Normal
  3. // desired value: 1KHz
  4. // actual value: 1.000KHz (0.0%)
  5. void timer0_init(void)
  6. {
  7. TCCR0 = 0x00; //stop
  8. TCNT0 = 0x83; //set count
  9. OCR0 = 0x7D; //set compare
  10. TCCR0 = 0x02; //start timer
  11. }
復(fù)制代碼

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/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(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)程序里沒有使用。
TCCR0 = 0x02;選擇時(shí)鐘源,來自時(shí)鐘8分頻,設(shè)置后定時(shí)器就開始工作。


初始化后定時(shí)器開始工作,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TCNT0和0CR0進(jìn)行操作,對定時(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TCNT0和0CR0進(jìn)行操作,對定時(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,修行靠個(gè)人,定時(shí)器的基本原理說到這里,要更深入的了解定時(shí)器,請看數(shù)據(jù)手冊。

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?梢钥闯觯绻д襁x為8M,則定時(shí)時(shí)間變?yōu)?.000125S,也就是說晶振越大,定時(shí)時(shí)間越短,預(yù)分頻越大,定時(shí)越長。

在設(shè)置時(shí)如果你選擇1ms,會得到如下結(jié)果,和上面的1Khz相同。
  1. //TIMER0 initialize - prescale:8
  2. // WGM: Normal
  3. // desired value: 1mSec
  4. // actual value: 1.000mSec (0.0%)
  5. void timer0_init(void)
  6. {
  7. TCCR0 = 0x00; //stop
  8. TCNT0 = 0x83; //set count
  9. OCR0 = 0x7D; //set compare
  10. TCCR0 = 0x02; //start timer
  11. }
復(fù)制代碼
  1. //ICC-AVR application builder : 2007-6-9 0:33:58
  2. // Target : M16
  3. // Crystal: 1.0000Mhz
  4. // 用途:演示定時(shí)器的工作原理
  5. // 作者:古欣
  6. #include <iom16v.h>
  7. #include <macros.h>

  8. void port_init(void)
  9. {
  10. PORTA = 0x00;
  11. DDRA = 0x03; //PA0 PA1 輸出
  12. PORTB = 0x00;
  13. DDRB = 0xFF; //PB 輸出
  14. PORTC = 0x00; //m103 output only
  15. DDRC = 0x00;
  16. PORTD = 0x00;
  17. DDRD = 0x00;
  18. }

  19. //TIMER0 initialize - prescale:8
  20. // WGM: Normal
  21. // desired value: 1KHz
  22. // actual value: 1.000KHz (0.0%)
  23. void timer0_init(void)
  24. {
  25. TCCR0 = 0x00; //stop
  26. TCNT0 = 0x83; //set count
  27. OCR0 = 0x7D; //set compare
  28. TCCR0 = 0x02; //start timer
  29. }

  30. //比較匹配中斷
  31. #pragma interrupt_handler timer0_comp_isr:20
  32. void timer0_comp_isr(void)
  33. {
  34. //compare occured TCNT0=OCR0
  35. if(OCR0==0x7D) //調(diào)整0x7D
  36. {
  37. OCR0=0x7F;
  38. }
  39. else
  40. {
  41. OCR0=0x7D;
  42. }
  43. PORTA ^= 0x01; //PA0取反
  44. }

  45. //溢出中斷中斷
  46. #pragma interrupt_handler timer0_ovf_isr:10
  47. void timer0_ovf_isr(void)
  48. {
  49. TCNT0 = 0x83; //reload counter value
  50. PORTA ^= 0x01; //PA0取反
  51. }

  52. //call this routine to initialize all peripherals
  53. void init_devices(void)
  54. {
  55. //stop errant interrupts until set up
  56. CLI(); //disable all interrupts
  57. port_init();
  58. timer0_init();

  59. MCUCR = 0x00;
  60. GICR = 0x00;
  61. TIMSK = 0x03; //timer interrupt sources 允許定時(shí)器零匹配和溢出中斷
  62. SEI(); //re-enable interrupts
  63. //all peripherals are now initialized
  64. }

  65. void main(void)
  66. {
  67. init_devices();
  68. PORTA=0x00;
  69. while(1)
  70. {
  71. PORTB = TCNT0; //任何時(shí)候都可以讀TCNT0
  72. }
  73. }
復(fù)制代碼





作者: t90s    時(shí)間: 2017-2-22 16:02
謝謝!雖然只是基礎(chǔ),但很重要
作者: sddxldq    時(shí)間: 2017-3-12 15:48
受用了,謝謝
作者: sddxldq    時(shí)間: 2017-3-12 15:49
謝謝樓主,幫助很大
作者: 小糖人    時(shí)間: 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




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