AVR—使用定時器必須弄清的幾個概念

ID:113207 · 發表于 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）的？
當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主要是定時器的預分頻和波形模式、比較匹配模式的設置，說到預分頻，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置。

2、定時器是如何進行工作的：說到定時器的工作，不得不說三個個重要參數：TCNT0、OCR0，TIMSK，TCNT0是設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是一個比較設定值，當TCNT0的值累計到OCR0時（TNCT0==OCR0），如果有開啟比較匹配中斷功能，那么此時就會產生比較中斷，所以，OCR0的值一般都是設置在TCNT0初始值和0XFF之間，之外的任何值都不會產生比較中斷。TIMSK是一個中斷使能位設置，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的相應寄存器位進行設置。

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一般要有重載TCNT0的初始值，否則，TCNT0就會從0X00開始累加計數到0XFF，所耗費的時間就不我們想要的時間。比較中斷就是當TCNT0==OCR0時，發生比較匹配中斷；所以，中斷子程序中一般只插入少量的處理代碼，否則，會發生所謂的中斷套嵌的現象，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行，嚴重時會造成系統崩潰。

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，只有調用對應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
}

復制代碼

TCCR0為控制寄存器，用于控制定時器的工作模式細節；
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 位的數據，不間斷地與計數器數值TCNT0進行比較。匹配事件可以用來產生輸出比較中斷，或者用來在OC0 引腳上產生波形。

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

TCCR0＝0x00;關閉T0的時鐘源，定時器停止工作。
TCNT0＝0x83;設置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。
OCR0 = 0x7D;設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TCNT0等于OCR0的值時，T/C 中斷標志寄存器－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進行操作，對定時器進行調整。

TCNT0繼續加一，當達到0xFF時，T/C 中斷標志寄存器－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進行操作，對定時器進行調整。

和定時器相關的寄存器還有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1S精確定時。

師傅領進門，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，請看數據手冊。

定時公式：Time=PRE*(MAX-TCNT0+1) /F_cpu單位S，其中，PRE為與分頻數，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（十進制的131），T_cpu，系統時鐘頻率，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。可以看出，如果晶振選為8M，則定時時間變為0.000125S，也就是說晶振越大，定時時間越短，預分頻越大，定時越長。

在設置時如果你選擇1ms，會得到如下結果，和上面的1Khz相同。