AVR中定時(shí)器幾種工作模式的總結(jié)

AVR有三個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器，其中定時(shí)計(jì)數(shù)器0和定時(shí)計(jì)數(shù)器2是8位的，定時(shí)計(jì)數(shù)器1是16位。

在學(xué)習(xí)AVR定時(shí)計(jì)數(shù)器時(shí)，剛開(kāi)始被一大堆的寄存器搞的有點(diǎn)暈了，后來(lái)認(rèn)真的把Datasheet中的有關(guān)寄存器先看了一遍，再重新看定時(shí)計(jì)數(shù)器的內(nèi)容才理清了。這里做個(gè)總結(jié)吧，加深自己的印象。

定時(shí)計(jì)數(shù)器0和定時(shí)計(jì)數(shù)器2基本上是相同的。以定時(shí)計(jì)數(shù)器0來(lái)總結(jié)它的幾種工作模式的不同。

普通模式：不做介紹，和51里面是一模一樣的。

CTC模式：當(dāng)寄存器TCNT0與OCR0相等時(shí)（即匹配），OC0按照COM0[1：0]的值相應(yīng)的改變（置位，清零或取反）。同時(shí)TCNT0清零，TCNT0從0x00重新開(kāi)始計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)結(jié)果和下一個(gè)OCR0寄存器中值相等時(shí)又發(fā)生匹配。發(fā)生匹配時(shí)，匹配比較標(biāo)志OCF0置位，即OCF0=1，可申請(qǐng)匹配比較中斷。

快速PWM模式：當(dāng)寄存器TCNT0與OCR0匹配相等時(shí)，OC0按照COM0[1：0]的值相應(yīng)的置位或清零。與CTC模式不同的是TCNT0不會(huì)清零，而是繼續(xù)計(jì)數(shù)，直到計(jì)數(shù)為0XFF，此時(shí)OC0會(huì)發(fā)生清零或置位。同時(shí)TCNT0從0x00重新開(kāi)始計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)結(jié)果和下一個(gè)OCR0寄存器中值相等時(shí)又發(fā)生匹配。與CTC模式不同發(fā)生匹配時(shí)，OCF0不會(huì)置位。TCNT0計(jì)數(shù)到0XFF時(shí)，計(jì)數(shù)溢出標(biāo)志TOV0置位，即TOV0=1，此時(shí)可申請(qǐng)溢出中斷。

相位可調(diào)PWM模式：此模式下，定時(shí)計(jì)數(shù)器是雙向計(jì)數(shù)器（可加可減），，從0x00一直加到0xff，在下一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖到來(lái)時(shí)從0xff一直減到0x00。當(dāng)COM0[1：0]=2時(shí)，在加的過(guò)程中，若發(fā)生匹配，清零OC0；在減的過(guò)程中，若發(fā)生匹配，置位OC0。（當(dāng)COM0[1：0]=3時(shí)，和COM0[1：0]=2的情況相反）。與快速PWM模式不同的是，當(dāng)TCNT0計(jì)數(shù)到0xff時(shí)不會(huì)影響到OC0的輸出，而是當(dāng)從0xff減到0x00的過(guò)程中與下一個(gè)OCR0寄存器的值匹配時(shí)，OC0發(fā)生改變（加的過(guò)程是清零，那這時(shí)應(yīng)該是置位）。當(dāng)定時(shí)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到0x00時(shí)，計(jì)數(shù)溢出標(biāo)志TOV0置位，即TOV0=1，此時(shí)可申請(qǐng)溢出中斷。

以上幾種工作模式同時(shí)適合定時(shí)計(jì)數(shù)器0，1，2。只是定時(shí)計(jì)數(shù)器1的功能有所增強(qiáng)。下面將會(huì)討論。

星期二我看一個(gè)程序時(shí)候，那個(gè)程序是工作在快速PWM模式，選擇計(jì)數(shù)溢出中斷。當(dāng)時(shí)我還想為什么不選擇匹配中斷而要去等到計(jì)數(shù)溢出才中斷豈不是占用時(shí)間了，還去問(wèn)老師了，現(xiàn)在看來(lái)是多么的愚蠢！快速PWM模式根本就沒(méi)有匹配中斷！

定時(shí)計(jì)數(shù)器0和2，在CTC模式下，頻率和相位可調(diào)。PWM模式下，頻率不可調(diào)。由頻率計(jì)數(shù)公司就可以看出。不論是CTC還是PWM都可以通過(guò)調(diào)節(jié)OCRn的值去調(diào)節(jié)占空比。（關(guān)于產(chǎn)生PWM波頻率的計(jì)算公式將會(huì)在后文給出的，關(guān)于定時(shí)計(jì)數(shù)器的各種寄存器可自己去查看Datasheet）

下面是定時(shí)計(jì)數(shù)器1比0和2的增強(qiáng)功能總結(jié)：

1）定時(shí)計(jì)數(shù)器1比0和2有許多增強(qiáng)功能。在PWM模式時(shí)，可產(chǎn)生頻率和相位都可調(diào)的PWM波，這時(shí)8位定時(shí)計(jì)時(shí)器0和2所做不到的，因?yàn)槎〞r(shí)計(jì)數(shù)器1具備輸入捕獲功能，即具備輸入捕獲寄存器ICR1，在PWM模式下，ICR1中可存放一個(gè)top值，就是這個(gè)top值可以改變PWM波的頻率。這點(diǎn)可在頻率計(jì)算公司看出。

2）定時(shí)計(jì)數(shù)器1有兩個(gè)輸出比較單元和兩個(gè)輸出比較寄存器OCR1A和OCR1B，因此可同時(shí)產(chǎn)生2路頻率相同，占空比不同的PWM波形。占空比的調(diào)整當(dāng)然由OCR1A和OCR1B來(lái)確定。波形在OC1A和OC1B引腳輸出。

3）定時(shí)計(jì)數(shù)器1具有輸入捕獲單元。可以精確的記錄外部事件發(fā)生的時(shí)間。捕獲外部事件的信號(hào)由引腳ICP1輸入。當(dāng)輸入捕獲信號(hào)產(chǎn)生，TCNT1中的計(jì)數(shù)值將被寫(xiě)入輸入捕獲寄存器ICR1（ICR1H，ICR1L）中去。輸入捕獲信號(hào)也可由模擬比較器的AC0單元的輸出信號(hào)來(lái)觸發(fā)。關(guān)于觸發(fā)的方式有兩種，當(dāng)定時(shí)計(jì)數(shù)器1的控制寄存器B（即TCCR1B）中的第六位ICESE=0，下降沿觸發(fā)；ICESE=1，上升沿觸發(fā)。當(dāng)滿(mǎn)足觸發(fā)條件時(shí)，輸入捕獲單元開(kāi)始捕獲該事件的發(fā)生。利用該功能可以來(lái)對(duì)輸入波形頻率的測(cè)量。如果我沒(méi)有記錯(cuò)的話(huà)在51里面定時(shí)計(jì)數(shù)器也有這個(gè)功能的，可以有GATE門(mén)控位的設(shè)置來(lái)達(dá)到這個(gè)目的。51里面，把GATE置位，那么此時(shí)定時(shí)計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)由INTX（X=0或1）引腳和TRX（X=0或1）來(lái)決定?？上劝裈RX置位，讓定時(shí)計(jì)數(shù)的啟動(dòng)條件還欠缺INTX為高電平（即先讓INTX處于低電平），等待INTX變?yōu)楦唠娖剑敲创藭r(shí)定時(shí)計(jì)數(shù)器啟動(dòng)了，等到INTX變?yōu)榈碗娖綍r(shí)定時(shí)計(jì)數(shù)器又被關(guān)閉了，那么此時(shí)定時(shí)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值即為一個(gè)PWM脈寬了。

說(shuō)到這里突然想到了在AVR里面，定時(shí)計(jì)數(shù)器都有自己的分頻器，這里也可以先設(shè)置定時(shí)計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)條件都滿(mǎn)足，但設(shè)置為無(wú)分頻，此時(shí)相當(dāng)于人沒(méi)有了心臟，定時(shí)計(jì)數(shù)器此時(shí)是不工作的?？梢栽谄渌裁礂l件（如一個(gè)外部中斷里面）滿(mǎn)足時(shí)，給定時(shí)計(jì)數(shù)器分頻，此時(shí)定時(shí)計(jì)數(shù)器才工作！

剛才說(shuō)到中斷，與51不同的是，AVR對(duì)中斷標(biāo)志位清“0”的操作時(shí)向該位寫(xiě)“1”。即AVR清除中斷標(biāo)志位是軟件寫(xiě)“1”。值得提醒的是在設(shè)置中斷寄存器的時(shí)候，最好先清除中斷標(biāo)志位，然后馬上將相應(yīng)的中斷允許控制位值“1”。

這里還需要說(shuō)明的是上文提及到的定時(shí)計(jì)數(shù)器波形輸出引腳和輸入捕獲引腳，在使用之前，必須要先設(shè)置好它的方向寄存器是輸出還是輸入。如果是輸入的話(huà)還需要考慮是否需要上拉電阻。

說(shuō)了這么多，差點(diǎn)忘記了個(gè)人覺(jué)得比較重要的一點(diǎn)。定時(shí)計(jì)數(shù)器1是16位的，它的每一個(gè)16位的寄存器分別配備了一個(gè)8位的TEMP寄存器，用來(lái)臨時(shí)性的保留寄存器的高8位數(shù)據(jù)。MCU從16位寄存器讀數(shù)據(jù)時(shí)時(shí)，低8位被送到MCU的同時(shí)，高8位被送到TEMP，當(dāng)MCU讀高8位時(shí)取的是TEMP中的數(shù)據(jù)。從MCU寫(xiě)數(shù)據(jù)16位數(shù)據(jù)寄存器時(shí)，高8位寫(xiě)到TEMP，寫(xiě)低8位的時(shí)候，低8位與TEMP中的高8位組成16位數(shù)據(jù)寫(xiě)到16位寄存器中。即讀的時(shí)候是先讀低8位，再讀高8位；寫(xiě)的時(shí)候是先寫(xiě)高8位，再寫(xiě)低8位。

最后給出定時(shí)計(jì)數(shù)器常用3種工作模式的設(shè)置方法（以定時(shí)計(jì)數(shù)器1為例）：

普通模式：

1，根據(jù)需要設(shè)置時(shí)鐘源，即設(shè)置控制寄存器TCCR1B。

2，根據(jù)定時(shí)時(shí)間和時(shí)鐘源確定定時(shí)器的初值寫(xiě)入到數(shù)據(jù)寄存器TCNT1H和TCNT1B。

3，設(shè)置中斷時(shí)能位。

4，選擇中斷號(hào)，編寫(xiě)中斷服務(wù)程序。注意需要在中斷服務(wù)程序中重載初值寫(xiě)入到TCNT1H和TCNT1B（和51一樣的）！

CTC模式：

1，若輸出波形，設(shè)置端口OC1A或OC1B為輸出方式。

2，設(shè)置波形發(fā)生模式，選擇需要的時(shí)鐘源，即TCCR1B。

3，設(shè)置輸出模式,即TCCR1A。

4，根據(jù)需要設(shè)置上限值top（前面提到過(guò)的）寫(xiě)入到輸出比較寄存器OCR1A。

5，根據(jù)公式計(jì)算頻率。

快速PWM模式：

1，若輸出波形，設(shè)置端口OC1A或OC1B為輸出方式。

2，設(shè)置PWM波形模式，選擇需要的時(shí)鐘源，即TCCR1A和TCCR1B。

3，設(shè)置波形的頻率，即OCR1A。

4，設(shè)置波形占空比，即OCCR1B。

6，根據(jù)頻率公式計(jì)算頻率。