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            AVR定時器的要點(diǎn)介紹

            作者: 時間:2016-11-10 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
            M16的T116位定時器一共有15種工作模式,其他2個8位定時器(T0/T2)相對簡單,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功能)
            符號定義:
            BOTTOM計數(shù)器計到0x0000時即達(dá)到BOTTOM
            MAX計數(shù)器計到0xFFFF(十進(jìn)制的65535)時即達(dá)到MAX
            TOP計數(shù)器計到計數(shù)序列的最大值時即達(dá)到TOP。
            TOP值可以為固定值0x00FF、0x01FF或0x03FF,或是存儲于寄存器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
            1采用內(nèi)部計數(shù)時鐘用于ICP捕捉輸入場合---測量脈寬/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采用外部計數(shù)脈沖輸入用于計數(shù),測頻
            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

            2CTC模式[比較匹配時清零定時器模式]WGM1=4,12
            跟51的自動重載模式差不多
            1用于輸出50%占空比的方波信號
            2用于產(chǎn)生準(zhǔn)確的連續(xù)定時信號
            WGM1=4時,最大值由OCR1A設(shè)定,TOP時產(chǎn)生OCF1A比較匹配中斷標(biāo)志
            WGM1=12時,最大值由ICF1設(shè)定,TOP時產(chǎn)生ICF1輸入捕捉中斷標(biāo)志
            ------如果TOP=MAX,TOP時也會產(chǎn)生TOV1溢出中斷標(biāo)志
            注:WGM=15時,也能實(shí)現(xiàn)從OC1A輸出方波,而且具備雙緩沖功能
            計算公式: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。

            3快速PWM模式WGM1=5,6,7,14,15
            單斜波計數(shù),用于輸出高頻率的PWM信號(比雙斜波的高一倍頻率)
            都有TOV1溢出中斷,發(fā)生于TOP時[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,最大值為0x00FF,8位分辨率
            WGM1=6時,最大值為0x01FF,9位分辨率
            WGM1=7時,最大值為0x03FF,10位分辨率
            WGM1=14時,最大值由ICF1設(shè)定,TOP時產(chǎn)生ICF1輸入捕捉中斷(單緩沖)
            WGM1=15時,最大值由OCR1A設(shè)定,TOP時產(chǎn)生OCF1A比較匹配中斷(雙緩沖,但OC1A將沒有PWM能力,最多只能輸出方波)
            改變TOP值時必須保證新的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,也會輸出一個定時器時鐘周期的窄脈沖,而不是一直為低電平
            計算公式:fPWM=fclk_IO/(N*(1+TOP))

            4相位修正PWM模式WGM1=1,2,3,10,11
            雙斜波計數(shù),用于輸出高精度的,相位準(zhǔn)確的,對稱的PWM信號
            都有TOV1溢出中斷,但發(fā)生在BOOTOM時
            比較匹配后可以產(chǎn)生OCF1x比較匹配中斷.
            WGM1=1時,最大值為0x00FF,8位分辨率
            WGM1=2時,最大值為0x01FF,9位分辨率
            WGM1=3時,最大值為0x03FF,10位分辨率
            WGM1=10時,最大值由ICF1設(shè)定,TOP時產(chǎn)生ICF1輸入捕捉中斷(單緩沖)
            WGM1=11時,最大值由OCR1A設(shè)定,TOP時產(chǎn)生OCF1A比較匹配中斷(雙緩沖,但OC1A將沒有PWM能力,最多只能輸出方波)
            改變TOP值時必須保證新的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
            若要在T/C運(yùn)行時改變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)際沒有區(qū)別
            計算公式: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
            比較匹配后可以產(chǎn)生OCF1x比較匹配中斷.
            WGM1=8時,最大值由ICF1設(shè)定,TOP時產(chǎn)生ICF1輸入捕捉中斷(單緩沖)
            WGM1=9時,最大值由OCR1A設(shè)定,TOP時產(chǎn)生OCF1A比較匹配中斷(雙緩沖,但OC1A將沒有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寄存器的更新時間
            改變TOP值時必須保證新的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
            使用固定TOP值時最好使用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(通過改變TOP值),OCR1A的雙緩沖特性使其更適合于這個應(yīng)用。
            計算公式:fPWM=fclk_IO/(2*N*TOP)




            T/C的時鐘源
            T/C的時鐘源可以有多種選擇,由CS12:0控制,分別用于高速(低分頻)/長時間(高分頻)/外部計數(shù)場合
            一個16位定時器,在8MHz系統(tǒng)時鐘驅(qū)動下,可以實(shí)現(xiàn)uS級的高速定時和長達(dá)8秒的超長定時,這可是標(biāo)準(zhǔn)51的弱點(diǎn)

            CS12CS11CS10說明
            000無時鐘源(T/C停止)
            001clkIO/1(無預(yù)分頻)
            010clkIO/8(來自預(yù)分頻器)
            011clkIO/64(來自預(yù)分頻器)
            100clkIO/256(來自預(yù)分頻器)
            101clkIO/1024(來自預(yù)分頻器)
            110外部T1引腳,下降沿驅(qū)動
            111外部T1引腳,上升沿驅(qū)動
            分頻器復(fù)位
            在高預(yù)分頻應(yīng)用時,通過復(fù)位預(yù)分頻器來同步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)位將會影響所有與其連接的T/C。

            外部時鐘源
            由于使用了引腳同步邏輯,建議外部時鐘的最高頻率不要大于fclk_IO/2.5。
            外部時鐘源不送入預(yù)分頻器
            選擇使用外部時鐘源后,即使T1引腳被定義為輸出,其T1引腳上的邏輯信號電平變化仍然會驅(qū)動T/C1計數(shù),這個特性允許用戶通過軟件來控制計數(shù)。

            輸入捕捉單元
            T/C的輸入捕捉單元可用來捕獲外部事件,并為其賦予時間標(biāo)記以說明此時間的發(fā)生時刻。
            外部事件發(fā)生的觸發(fā)信號由引腳ICP1輸入,也可通過模擬比較器單元來實(shí)現(xiàn)。
            時間標(biāo)記可用來計算頻率、占空比及信號的其它特征,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,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,并且這個電平變化為邊沿檢測器所證實(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,同時輸入捕捉標(biāo)志位ICF1置位。
            如果此時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ICF1自動清零,或者也可通過軟件在其對應(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)源后必須對輸入捕捉標(biāo)志執(zhí)行一次清零操作以避免出現(xiàn)錯誤的結(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,在邊沿檢測器前會加入額外的邏輯電路并引入4個系統(tǒng)時鐘周期的延遲.
            噪聲抑制器使用的是系統(tǒng)時鐘,因而不受預(yù)分頻器的影響

            使用輸入捕捉中斷時,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)之前沒有讀取ICR1的數(shù)據(jù),ICR1就會被新值覆蓋,從而無法得到正確的捕捉結(jié)果。

            測量外部信號的占空比時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邊沿。改變邊沿后,ICF1必須由軟件清零(在對應(yīng)的I/O位置寫"1”)。
            若僅需測量頻率,且使用了中斷發(fā)生,則不需對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)生一個匹配信號。
            然后OCF1x在下一個定時器時鐘置位。
            如果此時OCIE1x=1,OCF1x置位將引發(fā)輸出比較中斷。
            (就是說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)的一個特質(zhì)是定義T/C的TOP值(即計數(shù)器的分辨率)。
            TOP值還用來定義通過波形發(fā)生器產(chǎn)生的波形的周期。

            由于在任意模式下寫TCNT1都將在下一個定時器時鐘周期里阻止比較匹配,在使用輸出比較時改變TCNT1就會有風(fēng)險,不管T/C是否在運(yùn)行
            這個特性可以用來將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,可以通過對強(qiáng)制輸出比較位FOC1x寫”1”的方式來產(chǎn)生比較匹配。
            強(qiáng)制比較匹配不會置位OCF1x標(biāo)志,也不會重載/清零定時器,
            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來確定下一次比較匹配發(fā)生時的輸出比較OC1x狀態(tài);
            2COM1x1:0還控制OC1x引腳輸出的來源。
            只要COM1x1:0不全為零,波形發(fā)生器的輸出比較功能就會重載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引腳輸出有效信號之前必須通過數(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。
            對于所有的模式,設(shè)置COM1x1:0=0表明比較匹配發(fā)生時波形發(fā)生器不會操作OC1x寄存器

            訪問16位寄存器
            寫16位寄存器時,應(yīng)先寫入該寄存器的高位字節(jié).
            usignedintk;
            k=0x1234;
            TCNT1H=(unsignedchar)(k>>8);
            TCNT1L=(unsignedchar)k;
            而讀16位寄存器時應(yīng)先讀取該寄存器的低位字節(jié).
            usignedintk;
            k=TCNT1L;
            k+=(unsignedint)(TCNT1H<<8);
            使用“C”語言時,編譯器會自動處理16位操作.
            usignedintk;
            k=0x1234;
            TCNT1=k;
            k=TCNT1;


            這里舉例如何用16位定時器T1實(shí)現(xiàn)高精度1秒連續(xù)定時,精準(zhǔn)度跟所用晶振一樣
            T1CTC模式,8MHz外部晶振,定時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,必用CTC/PWM模式作,沒有累積誤差,穩(wěn)定度跟時鐘是一樣,手動重裝受中斷影響是很難達(dá)到的。
            不過定時步距和最長定時間取決于時鐘,分頻系數(shù)和模式。
            對于非整步距的定時時間要求,就會存在小于一個步距的偏差。
            例如T1,CTC模式,8MHz
            fOCn=fclk_IO/(2*N*(1+TOP))
            定時時間T=0.125uS*N*(1+TOP)
            分頻系數(shù)定時步距最長定時時間
            1(無分頻)0.125uS8192us8毫秒
            81uS65536us65毫秒
            648uS524ms0.5秒
            25632uS2097ms3秒
            1024128uS8388ms超8秒了
            定時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,時鐘必須是高精度的晶振之類,不要用內(nèi)部RC振蕩器來瞎搞。

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

            作RTC用專門為32.768KHz時鐘優(yōu)化的T2定時器更合適,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)時鐘芯片TXCO)做時鐘源,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


            關(guān)鍵詞: AVR定時

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