基于AVR單片機(jī)的ATMEAG16L的定時/ 計數(shù)器設(shè)計

　　ATMEAG16L有兩個8位定時/計數(shù)器(T/CO、T/C2)和一個16位定時/計數(shù)器（T/C1)。每一個計數(shù)器都支持PWM（脈沖寬度調(diào)制)輸出功能。PWM輸出在電機(jī)控制、開關(guān)電源、信號發(fā)生等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

　　ATMEAG16L的定時/計數(shù)器時鐘是可以選擇的。它的時鐘部分包括預(yù)分頻器和一個多路選擇器。預(yù)分頻器可被認(rèn)為是一個有多級輸出的分頻器。ATMEAG16L用一個10位的計數(shù)器把輸入時鐘分為4種可選擇的分頻輸出。多路選擇器可設(shè)置使用某一個分頻輸出，或者不使用分頻輸出和使用外部引腳輸入時鐘，下圖為預(yù)分頻器的基本結(jié)構(gòu)。

　　ATMEAG16L定時/計數(shù)器的時鐘選擇

　　1.使用系統(tǒng)時鐘這種情況下使用系統(tǒng)時鐘作為預(yù)分頻器的輸入，不過系統(tǒng)時鐘的頻率一般比較高，所以一般只能實(shí)現(xiàn)比較短的定時。預(yù)分頻比可通過設(shè)置TCCRx的CSx2、CSx1和CSxO來選定下。表給出一個預(yù)分頻設(shè)置值和分頻比關(guān)系。

　　2.使用異步時鐘ATMEAG16L的T/C2可以使用外部的異步時鐘作為時鐘源，這時可以在單片機(jī)的TOSC1和TOSC2兩個引腳之間接一個石英晶體或者陶瓷振蕩器，和內(nèi)部的振蕩器連接起來。這個振蕩器專門為32.768kHz的鐘表時鐘做了優(yōu)化，這個頻率非常適合于實(shí)時時鐘(RTC)。

　　這種做法的優(yōu)點(diǎn)是，在使用高速的系統(tǒng)時鐘作處理的同時)可以獨(dú)立使用另外一個合適的時鐘頻率來進(jìn)行精確的定時。由于T/C2使用的是異步時鐘，所以時鐘的事件需要被時鐘同步。這就需要異步時鐘的頻率至少比系統(tǒng)時鐘低4倍。

　　3.使用外部時鐘T/CO、T/C1可以便用外部時鐘。這樣就可以在一個很大的范圍內(nèi)選擇外部時鐘信號作為計數(shù)時鐘。這種方式也是同步的，也就是說CPU會檢查外部輸入引腳的狀態(tài)給計數(shù)器同步提供時鐘。CPU的每一個時鐘周期的上升沿都會取樣外部時鐘。CPU至少需要2個時鐘才能檢測引腳的變化，所以外部時鐘的最大頻率是CPU時鐘的一半。外部時鐘的上升沿和下降沿都能作為觸發(fā)事件，可以通過設(shè)置控制寄存器TCCRx來確定。

　　如果需要關(guān)掉定時/計數(shù)器，則向控制寄存器的設(shè)置預(yù)分頻比的位寫0即可。如TCCR1B=OxOO。計數(shù)器的事件ATMEAG16L單片機(jī)的定時/計數(shù)器能夠檢測最多3種事件的發(fā)生。

　　1.時鐘溢出事件定時/計數(shù)器溢出是指計數(shù)值達(dá)到最大值后會復(fù)位為0，并且重新開始計數(shù)。計數(shù)的最大值與計數(shù)的分辨率(位數(shù)是8位還是16位)有關(guān)。計數(shù)溢出事件會導(dǎo)致定時/計數(shù)器中斷標(biāo)志寄存器TIFR的溢出標(biāo)忘位（TOVx)置1。

　　2.比較匹配事件如果僅僅檢測計數(shù)的；益出中斷還不夠，則可以使用計數(shù)比較中斷。輸出比較寄存器（OCRx)可以填放一個從O~最大值之間的數(shù)值，計數(shù)時在每一個定時/計數(shù)器時鐘周期都會檢杏這個數(shù)值。當(dāng)計數(shù)值達(dá)到了比較數(shù)值時，相應(yīng)TIFR中的計數(shù)器比較標(biāo)志位（OCFx)就會置1。計數(shù)器可以設(shè)置成在比較匹配時清0，相關(guān)的輸出引腳可以設(shè)置為在比較匹配時自動清0、置1，或者取反。這個特性很適合于產(chǎn)生不同頻率的方波信號。計數(shù)器的這種功能使得輸出的形式可以有很多種可能(比如占空比可變的方波PWM，頻率可改變的方波)，這樣就可以把定時/計數(shù)器當(dāng)作數(shù)！模轉(zhuǎn)換器(DAC)來使用。

　　3.輸入捕捉事件我們還可以把一個輸入當(dāng)作觸發(fā)輸入捕捉事件來使用。這個引腳上的信號變化引起當(dāng)時的計數(shù)值被讀取，同時存入輸入捕捉寄存器(ICRx)。這時TIFR寄存器的輸入捕捉標(biāo)志位(ICFx)會置1。這個功能對測量外部輸入脈沖的寬度很有用處。同時也可以把比較器的輸出作為觸發(fā)事件。

　　定時/計數(shù)器事件的處理

　　定時/計數(shù)器的運(yùn)行是獨(dú)立于程序的執(zhí)行的。每一個事件都會在TIFR寄存器產(chǎn)生一個相應(yīng)標(biāo)志位。事件發(fā)生以后需要通知CPU處理并執(zhí)行相應(yīng)操作。有3種處理事件的方法。

　　1.查詢方式CPU不停地查詢狀態(tài)標(biāo)志、中斷標(biāo)志，然后執(zhí)行相應(yīng)代碼。這種模式下，主程序不斷地檢查這些事件是否發(fā)生，CPU不能做其它事情，效率很低。

　　2.中斷方式CPU可以配置為在事件發(fā)生時就進(jìn)入中斷處理程序，這是普遍使用的方法。與查詢方式相比，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是，CPU在平時可以處理其它的事情，而中斷發(fā)生時才處理中斷程序，效率大大提高了。

　　3.比較匹配輸出ATMEAGl6L單片機(jī)有完全不需要程序純粹用硬件完成計數(shù)事件處理的能力。實(shí)現(xiàn)這種處理需要設(shè)置TCCRx中的COMxO和COMx1兩位，當(dāng)比較匹配時，相關(guān)的輸出可設(shè)置為1、清0或者取反。與前面兩種處理方法相比，這種方法并行于一般程序執(zhí)行，不需要處理時間。

　　2.定時/計數(shù)器0的中斷實(shí)驗之前的數(shù)碼管掃描都是點(diǎn)亮數(shù)碼管后再延時一段時間(如1ms)來實(shí)現(xiàn)的，如果CPU要處理的事情很多會造成編程困難或顯示閃爍?，F(xiàn)在使用定時/計數(shù)器0的中斷處理來實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管的掃描，那么編程會輕松許多。

　　在我的文檔中新建一個acl0的文件夾。建立一個Ac1O.prj的工程項目，最后建立源程序文件ac1O.c。輸入下面的程序(程序2)。

　　編譯通過后，將ac1O.hex文件下載到AVR單片機(jī)綜合試驗板上進(jìn)行實(shí)際演示。注意，標(biāo)示“LED-MOD-DISP”及“LEDMOD-COM”的雙排針應(yīng)插上短路塊。我們可看到，8個數(shù)碼管從低位(右)至高位(左)穩(wěn)定地顯示O~9這8個數(shù)。

　　3.4位顯示秒表實(shí)驗 在體育課或田徑比賽時，老師經(jīng)常會使用秒表來記錄同學(xué)們的成績。這里，我們也來做一個秒表的設(shè)計實(shí)驗。我們使用INTO鍵進(jìn)行計時的開始#停止。使用S1鍵作計時值的清除。

　　在我的文檔中新建一個ac11的文件夾。建立一個ac11.prj的工程項目，最后建立源程序文件ac11.c。輸入下面的程序(程序3)。

　　編譯通過后，將ac11.hex文件下載到AVR單片機(jī)綜合試驗板上進(jìn)行實(shí)際的操作演示。注意，標(biāo)示“KEY”、“LEDMOD_DISP”、“LEDMOD_COM”及“INTO”的雙排針應(yīng)插上短路塊。接通5V電源后，右邊4個數(shù)碼管顯示0000，按動“INTO”鍵，數(shù)碼管開始顯示增加的計時值。再按一下“INTO”鍵，數(shù)碼管顯示停止的計時值。此時按下S1鍵，可清除計時值。

　　DDRA = OxFF；//將 PA端口設(shè)為輸出

　　PORTC = OxFF；//PC端口初始化輸出 1 1 1 1 1 1 1 1DDRC = OxFF；//將 PC端口設(shè)為輸出

　　PORTD = OxFF；//PD 端口初始化輸出 1 1 1 1 1 1 1 1DDRD = OxOO；//將 PD 端口設(shè)為輸入

　　}

　　void timerO_init(void)//定時器0初始化子函數(shù){

　　TCNTO = Ox83；//1 mS 的定時初值

　　TCCRO = OxO3；//定時器 0的計數(shù)預(yù)分頻取64

　　}

　　#pragma interrupt_handler timerO_ovf_isr：1 0//定時器0中斷服務(wù)子函數(shù)

　　void timer0_ovf_isr(void)

　　{

　　SREG=Ox80；//重新開放總中斷，確保計時準(zhǔn)確TCNTO = Ox83；//重裝 1mS 的定時初值

　　if(++i>3)i=0；//變量 i的計數(shù)范圍 O~3

　　switch(i)//根據(jù) i的值，點(diǎn)亮4個數(shù)碼管

　　{

　　case 0: PORTA= SEG 7 [cnt% 1O]; PORTC= ACT [i];brea k;

　　case 1 : PORTA= SEG 7 [(cnt/ 10)% 1O]; PORTC= ACT[i]; break;

　　case 2: PORTA= SEG 7 [(cnt/ 100)% 10];0x80;PORTC= ACT [i]; break:;

　　case 3: PORTA= SEG 7 [cnt/ 1000]; PORTC= ACT [i];break；

　　default: break;

　　}

　　}

　　void timer1_init(void)//定時器 1 初始化子函數(shù){

　　TCNT1H = OxD8；//1OmS 的定時初值

　　TCNT1L = Ox F0;

　　#pragma interrupt_handlef timerl_ovf_isr：9//定時器1 中斷服務(wù)子函數(shù)

　　void timer 1_ovF-isr(void)

　　{

　　TCNT川= OxD8；//重裝 1OmS 的定時初值

　　TCNT1L = Ox F0;

　　if (++cnt>9999)cnt=0；//計時范圍 O~9999 ( 即0-99.99S)

　　}

　　#pragma interrupLhandlerintO_isr：2//INTO 中斷服務(wù)子函數(shù)

　　void into-isr(void)

　　{

　　if(cnt<1 0)start_flag=Oxff；// 如果計時末開始，則置啟動標(biāo)志為 0xff

　　else start_flag=OxOO；//如果已經(jīng)計時，則置啟動標(biāo)志為 OxOO

　　void init_devices(void)//芯片的初始化子函數(shù){

　　Port_init()；//端口初始化

　　timerO_init()；//定時器0初始化

　　timer1_init()；//定時器 1 初始化

　　MCUCR = OxO2；//INTO為下降沿觸發(fā)

　　GICR = Ox40；//使能 INTO 中斷

　　TIMSK = OxO5；//使能TO、T1 中斷

　　SREG=Ox80；//使能總中斷

　　}

　　void sCAN_sl(void)//掃描按鍵S1 子函數(shù)

　　{

　　if(S1 ==0)cnt=0；//如果S1 鍵按下，則清除計時值}

　　void main(void)//定義主函數(shù)

　　{

　　init_devices()；//芯片的初始化

　　while(11 //無限循環(huán)

　　{

　　if(sta rt_flag==0xff)TCCR1 B = OxO2；//如果啟動標(biāo)志為 Oxff，啟動定時器 1

　　if(start_flag== Ox O0){TCCR 1 B = Ox O0; scan_s1 ();}//如果啟動標(biāo)志為 0xOO，

　　//則關(guān)閉定時器 1 再調(diào)用

　　掃描按鍵S1 的子函數(shù)

　　//無限循環(huán)結(jié)束

　　//主函數(shù)結(jié)束