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1、1,第8章 定时/计数器的结构与应用,2,概述,控制系统中常用到实时钟以实现： 定时 延时 外部事件计数 外部突发事件捕捉 PWM波形产生 几乎所有单片机内部都有定时器单元 M16有三个独立定时器T0、T1和T2,3,概述,定时器实质上是一个脉冲计数电路 脉冲源来自内部时钟则被称为定时器 脉冲源来自外部引脚输入信号则被称为计数器,4,使用定时计数器时，必须注意的基本要素,1.定时计数器的长度。 2.脉冲信号源：外部和内部 3. 计数器类型 计数器类型是指计数器的计数运行方式，可分为加一（减一）计数器，单程计数或双向计数等。 4. 计数器的上下限：即255（8位）或65535（16位 5. 计数
2、器的事件 计数器的事件指计数器处于某种状态时的输出信号，该信号通常可以向MCU申请中断。如当计数器计数到达计数上限值255时，产生“溢出”信号，向MCU申请中断。,5,8 位定时计数器T/C0 的结构,T/C0 是一个通用的单通道8 位定时器/ 计数器模块。其主要特点如下： 单通道8位计数器 比较匹配发生时清除定时器( 自动重装特性，Auto Reload) 无输出抖动，相位精确可调的PWM输出 频率发生器 外部事件计数器 10 位的时钟预分频器(1、8、64、256、1024) 溢出和比较匹配中断源 (TOV0 和 OCF0) 允许使用外部引脚的 32kHz 手表晶振作为独立的计数时钟源（仅
3、 T/C2）,6,8位定时器T0,7,MCU的T/C0中可以操作的寄存器以及相关的标志位,1. 两个8位的寄存器; 2. 计数寄存器TCNT0 3. 输出比较寄存器OCR0。 4. T/C0的控制寄存器TCCR0 5. 中断标志寄存器TIFR 6. 定时器中断屏蔽寄存器TIMSK。,8,T/C0的计数器事件输出信号有两个,1.计数器计数溢出TOV0 2.比较匹配相等OCF0。,9,T0的时钟源及预分频器,T/C0的时钟源的选择由T/C0的控制寄存器TCCR0中的3个标志位CS02:0确定，共有8种选择。 无时钟源（停止计数），外部引脚T0的上升沿或下降沿，以及内部系统时钟经过一个10位预定比例
4、分频器分频的5种频率的时钟信号（1/1、1/8、1/64、1/256、1/1024）。,10,11,T/C0的时钟源与10位预定比例分频器,12,13,使用外部时钟源,T/C0外部时钟检测采样逻辑功能图,14,T0的计数单元,count 使TCNT0 加 1 或减1 direction 选择加操作或减操作 clear 清除TCNT0,clkTn T/C 的时钟， clkT0 top 表示TCNT0 已经达到了最大值 bottom 表示TCNT0 已经达到了最小值(0),15,T0的计数单元,TCNT0中存放计数值，逻辑控制在每个T0时钟修改TCNT0中的数值 MCU可以在任意时间访问TCNT0
5、，并可修改其数值，写入的值立即覆盖原有内容，并会影响T0的运行 T0计数时序取决于TCCR0中的WGM1:0的设置。 T0计数溢出时，置溢出中断标志TOV0,16,T0的比较匹配单元,8位比较器持续对TCNT0和输出比较寄存器OCR0进行比较。相等则比较器就给出匹配信号。 一旦TCNT0等于OCR0，在匹配发生的下一个定时器时钟周期输出比较标志OCF0 置位。 若此时OCIE0 = 1 且SREG 的全局中断标志I 置位，CPU 将产生输出比较中断。 执行中断服务程序时OCF0 自动清零，或者通过软件写”1” 的方式来清零 WGM01:0和COM01:0决定OC0引脚上输出不同波形,17,T0
6、的比较匹配单元,18,T0的比较匹配单元,比较输出寄存器OCR0配备了一个辅助缓存，以防产生奇边非对称的PWM波形 无需关心MCU如何管理此辅助缓存 MCU 对TCNT0 的写操作会屏蔽在下一个定时器时钟周期发生的比较匹配事件,19,T0的比较匹配的输出单元,TCCR0中的COM1:0用于设置比较匹配模式 波形发生器利用COM01:0 来确定下一次比较匹配发生时的输出比较状态(OC0) COM01:0 还控制OC0 引脚输出信号的来源。 若COM01:0=0则OC0寄存器不会影响OC引脚状态 OC引脚输出OC0寄存器的值必须设置OC引脚DDRx为输出,20,T0的比较匹配的输出单元,21,比较
7、输出模式和波形发生,T/C0有四种工作模式，根据COM01:0的不同设定，波形发生器将产生各种不同的脉冲波形，如PWM波形的产生和输出。但只要COM01:0=0，波形发生器对OC0寄存器没有任何作用。,22,与8位T/C0相关的寄存器,T/C0计数寄存器TCNT0,TCNT0是T/C0的计数值寄存器，该寄存器可以直接被MCU读写访问。写TCNT0寄存器将在下一个定时器时钟周期中阻塞比较匹配。因此，在计数器运行期间修改TCNT0的内容，有可能将丢失一次TCNT0与OCR0的匹配比较操作。,23,输出比较寄存器OCR0,8位寄存器OCR0中的数据用于同TCNT0寄存器中的计数值进行匹配比较。 在T
8、/C0运行期间，比较匹配单元一直将寄存器TCNT0的计数值同寄存器OCR0的内容进行比较。一旦TCNT0的计数值与OCR0的数据匹配相等，将产生一个输出比较匹配相等的中断申请，或改变OC2的输出逻辑电平。,24,定时计数器中断屏蔽寄存器TIMSK,位7（位1） OCIE2（OCIE0）：T/C2（T/C0）输出比较匹配中断允许标志位 当OCIE2（OCIE0）被设为“1”，且状态寄存器中的I位被设为“1”时，将使能T/C2（T/C0）的输出比较匹配中断。若在T/C2（T/C0）上发生输出比较匹配，即OCF2=1（OCF0=1）时，则执行T/C2（T/C0）输出比较匹配中断服务程序。 位6（位0
9、） TOIE2（TOIE0）：T/C2（T/C0）溢出中断允许标志位 当TOIE2（TOIE0）被设为“1”，且状态寄存器中的I位被设为“1”时，将使能T/C2（T/C0）溢出中断。若在T/C2（T/C0）上发生溢出，即TOV2=1（TOV0=1）时，则执行T/C2（T/C0）溢出中断服务程序。,25,定时计数器中断标志寄存器TIFR,位7（位1） OCF2（OCF0）：T/C2（T/C0）比较匹配输出的中断标志位 当T/C2（T/C0）输出比较匹配成功，即TCNT2=OCR2（TCNT0=OCR0）时，OCF2（OCF0）位被设为“1”。当转入T/C2（T/C0）输出比较匹配中断向量执行中断
10、处理程序时，OCF2（OCF0）由硬件自动清零。写入一个逻辑“1”到OCF2（OCF0）标志位将清除该标志位。当寄存器SREG中的I位、OCIE2（OCIE0）以及OCF2（OCF0）均为“1”时，T/C2（T/C0）的输出比较匹配中断被执行。 位6（位0） TOV2（TOV0）：T/C2（T/C0）溢出中断标志位 当T/C2（T/C0）产生溢出时，TOV2（TOV0）位被设为“1”。当转入T/C2（T/C0）溢出中断向量执行中断处理程序时，TOV2（TOV0）由硬件自动清零。写入一个逻辑“1”到TOV2（TOV0）标志位将清除该标志位。当寄存器SREG中的I位、TOIE2（TOIE0）以及T
11、OV2（TOV0）均为“1”时，T/C2（T/C0）的溢出中断被执行。在PWM模式中，当T/C2（T/C0）计数器的值为0x00并改变计数方向时，TOV2（TOV0）自动被置为“1”。,26,（5）T/C0控制寄存器TCCR0,8位寄存器TCCR0是T/C0的控制寄存器，它用于选择计数器的计数源，工作模式和比较输出的方式等。 位7FOC0：强制输出比较 FOC0位只在T/C0被设置为非PWM模式下工作时才有效，在PWM模式下写TCCR0寄存器时，该位必须被写零。当将一个逻辑“1”写到FOC0位时，会强加在波形发生器上一个比较匹配成功信号，使波形发生器依据COM01:0位的设置而改变OC0输出状
12、态。注意：FOC0的作用仅如同一个选通脉冲，而OC0的输出还是取决于COM01:0位的设置。 一个FOC0选通脉冲不会产生任何的中断申请，也不影响计数器TCNT0和寄存器OCR0的值。一旦一个真正的比较匹配发生，OC0的输出将根据COM01:0位的设置而更新。,27,这两个标志位控制T/C0的计数和工作方式，计数器计数的上限值，以及确定波形发生器的工作模式（见表8.1）。T/C0支持的工作模式有：普通模式，比较匹配时定时器清零（CTC）模式，以及两种脉宽调制（PWM）模式。,位3，6WGM01:0：波形发生模式,28,位5，4COM01:0：比较匹配输出方式 这两个位用于控制比较输出引脚OC0
13、的输出方式。如果COM01:0中的任何一位或两位被置“1”，OC0的输出将覆盖PB3引脚的通用I/O端口功能，但此时PB3引脚的数据方向寄存器DDRB3位必须置为输出方式。当引脚PB3作为OC0输出引脚时，其输出方式取决于COM01:0和WGM01:0的设定。 表8.2给出了在WGM01:0的设置为普通模式和CTC模式（非PWM）时，COM01:0位的功能定义。,29,表8.3给出了在WGM01:0的设置为快速PWM模式时，COM01:0位的功能定义。,WGM01:0设置为相位可调的PWM模式时，COM01:0位的功能定义。,30,位2，0CS02:0：T/C0时钟源选择 这3个标志位被用于选
14、择设定T/C0的时钟源，见表8.5。,31,T0的工作方式,T0可以工作在一下四种方式中 方式0：普通模式(WGM01:0=00) 方式2：比较匹配清零计数器CTC模式(WGM01:0=10) 方式3：快速PWM模式(WGM01:0=11) 方式1：相位可调PWM模式(WGM01:0=01) OC0输出模式由COM1:0的设置和工作方式决定,32,T0的工作方式0：普通模式,WGM01:0=0时，T0工作在普通模式 T0为单向加一计数器，直到TCNT0值到达0xFF，下个计数脉冲到来时，由于数值溢出计数器简单地返回到最小值0x00 重新开始 在TCNT0 溢出时，置溢出标志位TOV0 用户可以
15、随时通过写入TCNT0初值调整计数器溢出时间间隔 输出比较单元可以用来产生中断，但是不推荐在普通模式下利用输出比较来产生波形，因为这会占用太多的CPU 时间。 用于普通定时,33,T0的工作方式0：普通模式,要求：8M外部晶振，定时100us 每个系统时钟周期1/8us T0时钟采用8分频，一个T0时钟周期1us 100个T0时钟周期后产生溢出中断 TCNT0值 256-100=156 0x9C TCCR0的值？,34,T0的工作方式0：普通模式,TCCR0中的WGM00和WGM01为00时即为普通模式 COM01和COM00为00时不影响OC0,35,T0的工作方式0：普通模式,CS02、C
16、S01和CS00为 010,36,T0的工作方式0：普通模式,0 0 0 0 0 0 1 0 TCCR0 = 0x02,37,T0的工作方式0：普通模式,定时器中断屏蔽寄存器TIMSK 允许溢出中断 TOIE0为1 TIMSK|=0x01,38,T0的工作方式0：普通模式,T0初始化 void timer0_init(void) TCCR0 = 0x00; /stop TCNT0 = 0x9C; /set count TCCR0 = 0x02; /start timer TIMSK |= 0x01; /timer interrupt sources SEI(); /re-enable interrupts ,39,T0的工作方式0：普通模式,T0溢出中断服务程序 #pragma interrupt_handler timer0_ovf_isr:iv
