定时器计数器原理及应用2有设计题

,定时/计数器资源介绍与应用,0 xF5,计数原理（1）,计数对外部事件进行统计，外部事件以输入有效脉冲来表示。,计数器,溢出标志TF,初值,中断请求,外部脉冲,0 xF5,0 xF5,1,S1,S2,0 xF6,0 xF7,0 xF8,0 xF9,0 xFA,0 xFB,0 xFC,0 xFD,0 xFE,0 xFF,0,中断开放,中断响应后溢出标志清“0”,当检测到有有效脉冲输入时，计数寄存器加1,启动计数器工作,当计数器计数溢出时的标志,初值寄存器作为计数器回0时的初始值,单片机的计数器用户是可以控制的（可编程的），包括计数器的启动、计数脉冲的有效方式、计数器的初值、计数溢出中断请求开放或禁止等。,0 xFD,0 xFF,0 xFE,计数器,0 xFA,0 xF8,0 xF9,0 xFB,0 xFC,初值,计数原理（2）,比值寄存器,比较器,S1,S2,溢出标志TF,外部脉冲,比较匹配标志,S3,0 xF8,计数器输出OC触发,0 xFC,0 xF8,1,0 xF9,1,0 xFA,0 xFB,中断请求2,中断请求1,0,定时原理,定时当计数器的计数脉冲频率恒定时，计数器所记录的数值及代表了时间的概念。定时功能是通过计数器的计数来实现的。,计数器,溢出标志TF,初值,中断请求,外部时钟源,S1,S2,S0用于选择内部/外部时钟源,S0,内部时钟源,定时器的工作原理与计数器相同，只是要求用于计数的脉冲，其频率恒定。单片机的定时器用户是可以控制（可编程）的。,ATmega16定时/计数器资源,T/C的预分频器8位定时/计数器T/C0、T/C2T/C2的异步操作PWM模式下的T/C0、T/C216位定时/计数器T/C1PWM模式下的T/C1,T/C1、0的预分频器,预分频器的作用是将系统时钟（如系统时钟为4.000MHz）按设定的比例进行分频，以产生不同周期的时钟clkT0、clkT1，分别作为时钟源提供给T/C0和T/C1使用。,8位定时/计数器T/C0、T/C2（1）,ATmega16的定时/计数器共有3个：1个16位的定时/计数器定时/计数器1（简称T/C1）2个8位定时/计数器定时/计数器0（简称T/C0）、定时/计数器2（简称T/C2）,这3个定时/计数器各具特点：T/C0功能普通（8位二进制）计数、定时、PWMT/C1功能多（16位二进制）计数、定时、PWM、输入捕获T/C2功能少且特殊（8位）定时（有异步定时功能，可作为实时时钟RTC）、PWM,8位定时/计数器T/C0、T/C2（2）,ATmega16的8位定时/计数器用户可以控制：,TCCR0T/C0控制寄存器TCCR2T/C2控制寄存器TIMSKT/C中断屏蔽寄存器TIFRT/C中断标志寄存器TCNT0T/C0计数寄存器TCNT2T/C2计数寄存器OCR0T/C0输出比较寄存器OCR2T/C2输出比较寄存器ASSR异步模式状态寄存器,位6、位3：计数器计数模式，用于控制T/C0的计数和工作方式。,位7：强制输出比较，该位只在WGM位被置为非PWM模式下有效。,T/C0控制寄存器TCCR0,WGM00,COM01,COM00,WGM01,CS02,CS01,CS00,FOC0,位54：比较匹配输出模式，决定T/C0比较匹配发生时，输出引脚OC0（PB3）的行为方式。这是I/O的第二功能，相应的方向控制位要置“1”，以便将其配置为输出。,位20：T/C0的时钟选择位，用于定义T/C0的时钟源。,T/C2控制寄存器TCCR2,WGM20,COM21,COM20,WGM21,CS22,CS21,CS20,FOC2,TCCR2的位73与TCCR0位73的作用完全相同。,位20：T/C2的时钟选择位，用于定义T/C2的时钟源。其功能与T/C0有不同点，无外部计数功能的选项。,T/C中断屏蔽寄存器TIMSK,TOIE2,TICIE1,OCIE1A,OCIE1B,TOIE1,OCIE0,TOIE0,OCIE2,位7：T/C2输出比较匹配中断使能，为“1”时允许中断，为“0”时禁止中断。,位6：T/C2溢出中断使能，为“1”时允许中断，为“0”时禁止中断。,位5：T/C1输入捕获中断使能，为“1”时允许中断，为“0”时禁止中断。,位4：T/C1输出比较A匹配中断使能，为“1”时允许中断，为“0”时禁止中断。,位3：T/C1输出比较B匹配中断使能，为“1”时允许中断，为“0”时禁止中断。,位2：T/C1溢出中断使能，为“1”时允许中断，为“0”时禁止中断。,位1：T/C0输出匹配中断使能，为“1”时允许中断，为“0”时禁止中断。,位0：T/C0溢出中断使能，为“1”时允许中断，为“0”时禁止中断。,T/C中断标志寄存器TIFR,TOV2,ICF1,OCF1A,OCF1B,TOV1,OCF0,TOV0,OCF2,位7：T/C2输出比较匹配标志。当T/C2计数器TCNT2与OCR2的值匹配时，该位由硬件置“1”。中断响应后，由硬件清“0”，或通过对该位写“1”来清“0”。,位6：T/C2溢出中断标志。当T/C2计数器TCNT2溢出时，该位由硬件置“1”。中断响应后，由硬件清“0”，或通过对该位写“1”来清“0”。,位5：T/C1输入捕获中断标志。当T/C1输入捕获事件发生时，该位置“1”。,位4：T/C1输出比较A匹配中断标志。,位3：T/C1输出比较B匹配中断标志。,位2：T/C1溢出中断标志。,位1：T/C0输出比较匹配中断标志。,位0：T/C0溢出中断标志。,ATmega16的定时/计数器共有8个中断源对应8个中断标志位，这些标志位当条件满足后，由硬件置“1”，中断响应后由硬件清“0”，也可以对这些位通过软件写“1”清“0”。,T/C0计数寄存器TCNT0,LSB,MSB,T/C2计数寄存器TCNT2,LSB,MSB,T/C0、T/C2是可以进行读/写访问的向上计数（加法计数）的计数器。只要有有效脉冲输入，TCNT0、TCNT2就会在写入值（初值）的基础上开始计数。一旦TCNT达到0 xFF，下一个计数脉冲到来时便回到0 x00，并继续向上开始计数。在TCNT0、2回“0”的同时，溢出标志TOV0、2置“1”。TOV0、2标志置“1”可以用于申请中断，也可以作为计数器的第“9”位使用。,T/C0输出比较寄存器OCR0,LSB,MSB,T/C2输出比较寄存器OCR2,LSB,MSB,OCR0、OCR2中的8位数据用于同TCNT0、TCNT2寄存器中的计数值进行连续的匹配比较。如果TCNT0、TCNT2的值与OCR0、OCR2相等，则比较匹配发生（比较匹配发生时，对应的定时/计数器输出引脚OC0、OC2会产生触发事件）。比较匹配发生后，置“1”相应的中断标志OCF0、OCF2。,异步模式状态寄存器ASSR,AS2,TCN2UB,OCR2UB,TCR2UB,位3：T/C2异步设定位。,当AS2=0时，T/C2使用系统I/O时钟clkI/O作为时钟源（同步方式）；当AS2=1时，T/C2使用连接在TOSC1引脚上的晶振作为时钟源（异步方式）。通常连接在TOSC1引脚上的晶振频率为32.768KHz。,位2：TCNT2更新忙，TCN2UB=0表明TCNT2可以被更新。,位1：OCR2更新忙，OCR2UB=0表明OCR2可以被更新。,位0：TCCR2更新忙，TCR2UB=0表明TCCR2可以被更新。,位74：保留位。,T/C2的异步操作,T/C2的异步操作当AS2=1时，T/C2的计数时钟直接取自于外部引脚TOSC1及TOSC2所接的外部石英晶振，计数时钟与系统时钟不同步。,在使用异步方式时注意以下几点：,在同步与异步方式之间切换时，TCNT2、OCR2和TCCR2的内容会受到破坏；,ATmega16芯片已经对32.768kHz的手表晶振进行了优化，加一个其它频率的外部时钟到TOSC1引脚可能会导致T/C2工作不正常；,在对TCNT2、OCR2和TCNT2寄存器进行写入时，ASSR寄存器的位2、1和0会自动置“1”。在ASSR寄存器的位2、1和0置“1”期间，不能对相应位所指的寄存器进行操作。,3.8位定时/计数器应用举例,T/C0作定时器,T/C2用作实时时钟,T/C0作定时器,应用课题2：使用定时器T/C0的内部时钟晶振，产生1ms中断，并扩展成1s定时信号，每秒钟使PA口的状态改变1次。,设计思想,定时器时间常数的计算：,系统时钟4.000MHz，64分频62.5kHz作为定时器计数脉冲频率。,定时计数器加1的时间为1/62.5=0.016ms，定时1ms，需要计数1/0.016=62.5。使用定时器CTC工作方式，比较值应置为62即0 x3E或63即0 x63。1ms的定时有误差。,从1ms到1s：,1s=1000ms，在1ms的中断程序中设计一计数器jishu，当jishu=1000时，时间即为1s。,程序设计与分析,#include#pragmainterrupt_handlerzhixing:20intjishu=0;voidzhixing(void)jishu+;if（jishu=1000）PORTA=PORTA;jishu=0;voidmain(void)PORTA=0 x00;DDRA=0 xFF;TCCR0=0 x0B;TCNT0=0 x00;OCR0=0 x3E;TIMSK=0 x02;#asm（“sei”）while（1）;,/应该定义成int，不能定义成char,/计数器jishu加1,/当jishu=1000，表明1s时间到,/按课题要求输出,/jishu清“0”，很重要,/定义PA口输出,/CTC模式，系统频率64分频，OC0引脚断开,/1ms定时的比较值,/T/C0比较匹配中断开放,/总中断开放SREG|=0 x80；,T/C2用作实时时钟,应用课题1：利用定时器T/C2的实时时钟晶振，产生1s中断，并在PD7引脚输出0.5Hz的方波。,T/C2的时钟源PC6（TOSC1）、PC7（TOSC2）的32.768kHz的晶振；32.768kHz的晶振128分频分频后的晶振频率为256Hz，周期为1/256秒，计录256个脉冲时，所需时间为1秒；32.768kHz的晶振256分频分频后的晶振频率为128Hz，周期为1/128秒，记录128个脉冲所需时间也正好为1秒。为什么将32.768kHz称为“手表晶振”或“实时时钟晶振”，T/C2为什么可用作“实时时钟RTCRealTimeClock”，其道理就在如此。,设计思想,使用定时器的比较匹配工作方式、计数频率256分频，比较匹配值应为128即0 x80；,引脚PD7为T/C2输出OC2，1s反转一次，输出波形频率为0.5Hz。OC2设置为T/C2比较匹配后触发。,程序设计与分析,#include#pragmainterrupt_handlerzhixing:4voidzhixing(void)voidmain(void)PORTD=0 x00;DDRD=0 xFF;TCCR2=0 x1E;ASSR=0 x08;TCNT2=0 x00;OCR2=0 x80;TIMSK=0 x80;SREG|=0 x80；while(1);,/定义PD口为输出,/定时器2比较匹配中断服务程序,/定时器2定时频率为外部32768HZ,/0 x1E=0b00011110,CTC模式,比较匹配后OC2触发,计数频率256分频,/比较匹配值为128,/T/C2比较匹配中断开放,/全局中断开放,在TCNT0与OCR0匹配的同时，置比较匹配标志位OCF0为“1”。标志位OCF0可以用于申请中断。一旦MCU响应比较匹配中断，用户在中断服务程序中可以修改OCR0的值。,PWM输出原理与方法（1）,PWMPulse-WidthModulation脉冲宽度调制,PWM输出的一般形式：,t,PWM波形的特点：,波形频率恒定，其占空比D可以改变。,定义Dt/为占空比,PWM输出原理与方法（2）,计数器,比值寄存器,比较器,S1,S2,溢出标志TF,PWM输出,时钟源,当定时器处于PWM工作方式时，计数器以一定的频率上、下计数：从0 x000 xFF，然后反向从0 xFF0 x00，如此反复。,当计数器中的数值与比值寄存器中的数值相等时，比较器按PWM预定的规律输出脉冲波。,计数器值,比较值,比较值改变,t1,t2,当比较值改变时D1=t1/、D2=t2/随之改变，周期不变,PWM模式下的T/C0、T/C2,当TCCR0、TCCR2设置为PWM模式（WGMn1、WGMn0=0、1）后，T/C0、T/C2以及输出比较寄存器OCR0、OCR2分别组成8位非对称（Glitch-free）、相位可调（PhaseCorrect）的脉宽调制PWM,输出引脚分别为OC0、OC2。,在PWM模式下，OC0、OC2引脚的触发动作由COMn0、COMn1设定。,16位定时/计数器T/C1,如同8位的定时/计数器，ATmega16的16位定时/计数器T/C1用户也是可以控制的：,TCCR1AT/C1控制寄存器ATCCR1BT/C1控制寄存器BTCNT1H和TCNT1LT/C1计数寄存器OCR1AH和OCR1ALT/C1输出比较寄存器AOCR1BH和OCR1BLT/C1输出比较寄存器BICR1H和ICR1LT/C1输入捕获寄存器,T/C1控制寄存器ATCCR1A,COM1B1,COM1B0,FOC1A,FOC1B,WGM11,WGM10,COM1A1,COM1A0,位76：T/C1比较匹配A输出模式。这两位决定了T/C1比较匹配发生时输出引脚OC1A的输出行为。,位54：T/C1比较匹配B输出模式。这两位决定了T/C1比较匹配发生时输出引脚OC1B的输出行为。,位3：强制输出比较A。,位2：强制输出比较B。,位10：波形发生模式。该两位与WGM13、WGM12（位于TCCR1B）相组合，用于控制T/C1的计数和工作方式。,T/C1控制寄存器BTCCR1B,WGM13,WGM12,CS12,CS11,CS10,ICNC1,ICES1,位7：输入捕获噪声抑制。当该位置“1”时，捕获信号要进行连续4次的采样，只有4次采样值都有效时，输入捕获标志才置位。,位6：输入捕获触发方式选择。当该位置“0”时，捕获信号下降沿有效；当该位置“1”时，捕获信号上升沿有效。,位43：波形发生模式。该两位与WGM11、WGM10（位于TCCR1A）相组合，用于控制T/C1的计数和工作方式。,位20：T/C1时钟源选择。,位5：保留。,T/C1计数寄存器TCNT1H和TCNT1L,MSB,LSB,TCNT1H和TCNT1L组成T/C1的16位计数寄存器TCNT1，它是向上计数的计数器（加法计数器）或上/下计数的计数器（在PWM模式下）。若T/C1被置初值，则T/C1将在预置初值的基础上计数。,T/C1输出比较寄存器AOCR1AH和OCR1AL,MSB,LSB,T/C1输出比较寄存器BOCR1BH和OCR1BL,OCR1AH和OCR1AL（OCR1BH和OCR1BL）组成16位输出比较寄存器OCR1A（OCR1B）。该寄存器中的16位数据用于同TCNT1寄存器中的计数值进行连续的匹配比较。一旦TCNT1的计数值与OCR1A（OCR1B）的数据匹配相等，则比较匹配发生。用软件的写操作将TCNT1与OCR1A、OCR1B设置为相等，不会引发比较匹配。比较匹配发生后，将置位相应的中断请求标志OCF1A和OCF1B。,T/C1输入捕获寄存器ICR1H和ICR1L,MSB,LSB,ICR1H和ICR1L组成16位的输入捕获寄存器ICR1。按照ICES1的设定，外部输入捕获引脚ICP发生上跳变或下跳变时，计数器TCNT1中的值写入寄存器ICR1中，同时输入捕获中断标志ICF1将置“1”。,PWM模式下的T/C1,如同T/C0、2，当T/C1选择PWM模式后，T/C1和OCR1A/OCR1B共同组成两个8、9或10位相位可调的PWM，两个8、9或10位的快速PWM，两个相位频率可调的PWM。此时，T/C1作为上/下计数器（或向上计数的计数器快速PWM），从0计数到TOP，然后反向计数到0（或从0计数到TOP，然后再从0计数到TOP）。当计数器中的数值与OCR1A/OCR1B的数值一致时，OC1A/OC1B按照COM1A0/COM1A1和COM1B0/COM1B1的设置动作。,4.16位定时/计数器1应用举例,脉冲频率测量计数法,脉冲频率测量计数法,应用课题：将定时器T/C0作为方波发生器，产生某一频率的方波（高频），并测量其频率。,设计思想,脉冲频率的测量方法,（1）计单位时间内脉冲的个数；,（2）测一个脉冲的周期，周期的倒数即为其频率。,本课题测量的实现,T0为方波发生器，输出引脚OC0；,T1工作于计数方式，记录T0输出的方波数；,T2为定时器，定时时间1毫秒，并扩展成1秒。显然，1秒时间内，T1的计数值即为T0输出方波的频率。,PORTB=0X00;DDRB=0X08;/PB3（OC0）输出TCCR0=0X1B;/T/C0方波发生器,CTC模式，比较匹配后OC0触发，方波频率244.14HzTCNT0=0X00;OCR0=0X80;ASSR=0X00;/T/C2定时1ms,CTC模式、计数频率为系统频率32分频、比