Встроенные таймеры и счётчики AVR микроконтроллеров

Регистры таймеров-счётчиков, функции, режимы, управление прерываниями
на примере МК Atmega8 (Atmega16)


Таймер микроконтроллера – это цифровой счётчик, осуществляющий подсчёт количества подаваемых на него импульсов.
Источником импульсов для таймера-счётчика могут служить: как тактовые импульсы от внутреннего генератора МК, так и импульсы, подаваемые непосредственно на вход таймера с внешнего источника.

В МК ATmega8 (Atmega16) есть три таймера: два 8-битных – Т0 и Т2, и один 16-битный – Т1. Счёт ведётся до 255 тактовых импульсов для 8-битных счётчиков и до 65535 импульсов – для 16-битного.
Далее, если не выполняется никаких программных действий, то происходит переполнение счётчика, он сбрасывается в 0 и всё повторяется бесконечное количество раз.

Для каждого таймера можно настроить делитель частоты тактовых импульсов, и, таким образом, заставить его тактироваться не только на основной частоте МК, но и на частотах, находящихся в пропорциях от 1:8 до 1:1024 по отношению к основной. Пропорция эта называется "prescaler" и прописывается в регистре TCCRx (Timer/Counter Control Register) посредством установки значений соответствующих битов.

На примере таймера-счётчика Т2, давайте посмотрим, как выглядит этот регистр TCCR2 и каково предназначение его битов. Итак:

1. Конфигурационный регистр TCCR2

Регистр таймера-счётчика микроконтроллера Atmega8 TCCR2

Биты CS22, CS21, CS20 (Clock Select) – задают для таймера Т2 коэффициент предделителя.
Все возможные комбинации состояний этих битов описаны в таблице ниже:

   CS22       CS21       CS20       Описание   
0 0 0  Источника тактирования нет, таймер остановлен
0 0 1    Тактовая частота МК   
0 1 0    Тактовая частота МК/8   
0 1 1    Тактовая частота МК/32   
1 0 0    Тактовая частота МК/64   
1 0 1    Тактовая частота МК/128   
1 1 0    Тактовая частота МК/256   
1 1 1    Тактовая частота МК/1024   


Биты WGM21, WGM20 (Wave Generator Mode) – определяют режим работы таймера-счетчика Т2.
Всего их может быть четыре: нормальный режим (normal), сброс таймера при совпадении значения счётного регистра с содержимым регистра сравнения (CTC), два режима широтно-импульсной модуляции (FastPWM и Phase Correct PWM). Все возможные значения описаны в таблице ниже:

   WGM21       WGM20       Режим работы таймера/счётчика   
0 0  Нормальный режим счётчика (normal)
1 0    Сброс таймера при совпадении регистров OCR2 и TCNT2 (CTC)   
0 1    ШИМ с коррекцией фазы (Phase Correct PWM)   
1 1    Быстрая ШИМ (Fast PWM)   


Биты COM21, COM20 (Compare Match Output Mode) – определяют поведение вывода OC2.
Если хоть один из этих битов установлен в 1, то вывод OC2 перестаёт функционировать как обычный вывод общего назначения и подключается к схеме сравнения таймера счётчика Т2. При этом его необходимо настроить как выход. Рассмотрим различные комбинации этих битов:

   COM21       COM20       Режим работы вывода OC2   
0 0  Вывод ОС2 отключён от таймера/счётчика
0 1   Состояние вывода меняется на противоположное при совпадении   
TCNT2 и OCR2 (только в режимах Normal и CTC)   
1 0    На OC2 устанавливается "0" при совпадении TCNT2 и OCR2,   
   и устанавливается "1" при сбросе счётчика   
1 1    На OC2 устанавливается "1" при совпадении TCNT2 и OCR2,   
   и устанавливается "0" при сбросе счётчика   


Бит регистра TCCR2 – FOC2 (Force Output Compare) предназначен для принудительной установки логического уровня на выходе OC2. Он работает только для режимов Normal и CTC. При установке бита FOC2 в единицу состояние выхода меняется в соответствии со значениями битов COM21 и COM20.

Конфигурацию регистра TCCR удобно производить в двоичном коде, т. к. каждый разряд этого кода равен соответствующему разряду регистра. Например, запись:

TCCR2 = 0b00011101;

означает, что у счётчика выбран режим СТС со сбросом таймера при совпадении регистров OCR2 и TCNT2. Тактовая частота Т2 – это рабочая частота МК, делённая на 1024. Состояние вывода ОС2 при совпадении меняется на противоположное.
А запись:

TCCR2=0b01101001;

означает, что счётчик установлен в режим Fast PWM (быстрая ШИМ). Делитель частоты отключён – таймер тикает с тактовой частотой МК. Выход ОС2 установлен в состояние логического 0.

Далее опишем по порядку остальные регистры, относящиеся ко всем трём таймерам ATmega8, 16.

2. Счётный регистр TCNT2

TCNT2 – это такой же 8-битный регистр, как и TCCR2, только все разряды в нём отведены для числа, соответствующего количеству импульсов, посчитанному счётчиком. Когда таймер-счётчик работает, то по каждому импульсу тактового сигнала значение TCNT2 изменяется на единицу. В зависимости от режима работы таймера, счётный регистр может или увеличиваться, или уменьшаться.
Содержимое регистра TCNT2 можно как читать, так изменять посредством записи в него. Запись в регистр используется при необходимости задать его начальное значение.
Когда таймер работает, изменять его содержимое TCNT2 не рекомендуется, так как это блокирует схему сравнения на один такт.

3. Регистр сравнения OCR2

OCR2 – это также 8-ми разрядный регистр. Его значение в каждом цикле сравнивается со значением счётного регистра TCNT2, и в случае совпадения, заставляет таймер выполнять какие-либо действия, как то: вызывать прерывание, менять состояние вывода OC2 и т. д. в полном соответствии с командами программного кода прошивки.
Значение OCR2 можно как читать, так и записывать.


Далее поговорим о прерываниях, источником которых являются счётчики-таймеры.
Напомню, что прерывание представляет собой определённое событие, при наступлении которого приостанавливается выполнение основной программы и вызывается функция, обрабатывающая данное прерывание.

4. Регистр флагов разрешения прерываний TIMSK

TIMSK – это общий регистр для всех трёх таймеров Atmega8, 16.

Регистр таймера-счётчика микроконтроллера Atmega8 TIMSK

Таймер-счётчик Т2 может вызывать прерывания при следующих условиях:
1. при переполнении счётного регистра TCNT2,
2. при совпадении значения счётного регистра со значением регистра сравнения OCR2.
При этом в регистре TIMSK для таймера Т2 зарезервированы два бита: TOIE2 и OCIE2. Все остальные биты относятся к другим таймерам.

   TOIE2       OCIE2       Разрешение прерываний   
0 0  Все прерывания запрещены
0 1    Разрешает прерывание по событию совпадение   
1 0    Разрешает прерывание по событию переполнение   
1 1    Разрешает прерывания по обоим событиям   


Необходимо отметить, что прерывания будут работать только тогда, когда в регистре состояния SREG разрешены общие прерывания. Это делается командой в начале программы:

sei(); //разрешение глобальных прерываний

Причём, в случае наступления прерывания, флаг глобального разрешения прерываний автоматически сбрасывается в 0, запрещая все прерывания, пока не произойдёт выход из обработчика прерывания.

Ещё один регистр, отвечающий за управление прерываниями – регистр TIFR.

5. Регистр флагов прерывания таймеров/счётчиков TIFR

TIFR также является общим регистром для всех трех таймеров-счётчиков Atmega8, 16.

Регистр прерываний счётчика микроконтроллера Atmega8 TIFR

TIFR – это регистр флагов. Когда срабатывает какое-то прерывание, то выскакивает статусный флаг, сигнализирующий о том, что произошло то или иное событие. Для таймера Т2 – этими событиями являются: переполнение счётного регистра TCNT2 или совпадение счётного регистра с регистром сравнения OCR2.
В эти моменты в регистре устанавливаются следующие флаги:
TOV2 – записывается 1 при переполнении счётного регистра,
OCF2 – записывается 1 при совпадении счётного регистра с регистром сравнения.
Если в эти моменты в регистре TIMSK разрешены прерывания, то микроконтроллер вызовет соответствующий обработчик.
Если прерывания запрещены, то флаг так и будет стоять до тех пор, пока программа не разрешит данный тип прерываний.
При входе в подпрограмму обработки прерывания, соответствующий прерыванию флаг регистра TIFR автоматически сбрасывается в состояние лог. 0.


Пример инициализации таймера-счётчика Т2, прописанный внутри функции main, может выглядеть следующим образом:

sei(); // Разрешение глобальных прерываний

TCCR2 = 0b00011101; /* 1. Режим СТС со сбросом таймера при совпадении регистров
OCR2 и TCNT2. 2. Тактовая частота Т2 – это рабочая частота МК, делённая на 1024.
3. Состояние вывода ОС2 при совпадении меняется на противоположное */


OCR2 = 112; // Сброс таймера произойдёт после того, как счётчик досчитает до 112

TIMSK |= (1 << OCIE2); // В этот же момент произойдёт прерывание (по совпадению)


Следующая функция – это обработчик прерывания от таймера Т2, т. е. перечень действий, которые надо совершить в момент его возникновения. Описывается эта функция при помощи команд:

ISR (TIMER2_COMP_vect) // Если произошло прерывание по совпадению таймера Т2
{
// Действия, которые надо совершить
}


На следующих страницах рассмотрим примеры того, как можно реализовать генератор импульсов и ШИМ модулятор с использованием микроконтроллера Atmega8 (Atmega16).




 

Главная страница | Наши разработки | Полезные схемы | Это нужно знать | Вопросы-ответы | Весёлый перекур
© 2017 Vpayaem.ru   All Rights Reserved