AVR單片機(jī)定時(shí)器

AVR定時(shí)器的要點(diǎn)介紹

M16的T1 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)

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，發(fā)生于TOP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

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

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、32,64、256,1024)。

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)

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(kāi)，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(xiě)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(xiě)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(xiě)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(xiě)”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(xiě)16 位寄存器時(shí)，應(yīng)先寫(xiě)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;

TCNT=k;

k=TCNT1;

因?yàn)檫@段時(shí)間要寫(xiě) 關(guān)于AVR定時(shí)器和PWM的范例，故簡(jiǎn)單總結(jié)了一下。

補(bǔ)充了計(jì)算公式。

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