Реализация программных таймеров avr си. AVR. Учебный курс. Таймеры. Генерация временных интервалов с помощью таймера
Рассмотрим, как сделать таймер своими руками на микроконтроллере ATmega8, хотя код довольно просто адаптировать и для МК AVR других серий. Электронный таймер нужное устройство во всех областях, где требуется выполнение определенных действий через конкретный промежуток времени.
Управление таймера состоит всего из четырех кнопок:
— увеличение значения числа;
— уменьшение значения числа;
— старт таймера;
— сброс таймера.
В качестве индикатора срабатывания таймера применяется генератор звуковой частоты с динамиком. Генератор будет запускаться с помощью транзисторного ключа Q5, который в свою очередь открывается положительным потенциалом, поступающим из порта PC2 микроконтроллера.
Упрощенно таймер работает следующим образом. Кнопками «+» и «-» устанавливается требуемое количество секунд; кнопкой «старт» запускается таймер. Когда таймер отсчитает до нуля, на выводе PC2 микроконтроллера ATmega8 появится высокий потенциал, который откроет Q5. Далее транзисторный ключ запустит генератор и раздастся звук в динамике. Сброс таймера осуществляется при нажатии кнопки «сброс». Генератор звуковой частоты собран на двух транзисторах Q6 и Q7 разный полупроводниковых структур. С принципом работы и описанием схемы подобных генераторов можно ознакомиться, перейдя по .
Алгоритм работы таймера на микроконтроллере
Наш таймер будет отсчитывать обратное время ровно по одной секунде, хотя можно задать и любое другое время, например минуты, часы, сотые секунды и т.п.
Для формирования интервала времени в одну секунду мы воспользуемся первым таймер-счетчиком микроконтроллера ATmega8. Все его настройки мы определим в функцию start . Сначала разделим рабочую частоту микроконтроллера 1000000 Гц на 64 и получим новую частоту 15625 Гц. За это отвечают бит CS10, CS11 и CS12 регистра TCCR1B. Далее разрешаем прерывание по совпадению и в регистр сравнения (старший и младший) записываем двоичное число равное десятичному 15625. Затем обнуляем счетный регистр TCNT1 и устанавливаем в единицу бит WGM12 регистра TCCR1B, что вызывает сброс счетного регистра при совпадении текущего его значения с числом, записанным в регистры сравнения.
void start (void)
TCCR1B &= ~(1< TCCR1B |= (1< TIMSK |= (1< OCR1AH = 0b00111101;
OCR1AL = 0b000001001; // регистр сравнения 15625
TCNT1 = 0;
TCCR1B |= (1< Когда таймер отсчитает ровно одну секунду – вызовется прерывание. В теле функции прерывания мы будем снижать значение переменной на единицу. При достижении нуля на второй выход порта C микроконтроллера появится высокий потенциал, который откроет транзисторный ключ и запустит генератор, в результате чего мы услышим звук в динамике.
ISR (TIMER1_COMPA_vect)
Z—;
С счетчиком итераций главного цикла мы разобрались и выяснили, что для точных временных отсчетов он не годится совершенно — выдержка плавает, да и считать ее сложно. Что делать? Очевидно, что нужен какой то внешний счетчик, который тикал бы независимо от работы процессора, а процессор мог в любой момент посмотреть что в нем такое натикало. Либо чтобы счетчик выдавал события по переполнению или опустошению — флажок поднимал или прерывание генерил. А проц это прочухает и обработает. И такой счетчик есть, даже не один — это периферийные таймеры. В AVR их может быть несколько штук да еще с разной разрядностью. В ATmega16 три, в ATmega128 четыре. А в новых МК серии AVR может даже еще больше, не узнавал. Причем таймер может быть не просто тупым счетчиком, таймер является одним из самых навороченных (в плане альтернативных функций) периферийных девайсов. Что умееют таймеры
Разные таймеры имеют разную функциональность и разную разрядность. Это подробней смотреть в даташите. Погляди внимательно на распиновку ног ATmega16, видишь там ножки T1 и T0? Так вот это и есть счетные входы Timer 0 и Timer 1. При соответствующей настройке Т/С будет считать либо передний (перепад с 0-1), либо задний (перепад 1-0) фронт импульсов, пришедших на эти входы. Главное, чтобы частота входящих импульсов не превышала тактовую частоту процессора, иначе он не успеет обработать импульсы. Кроме того, Т/С2 способен работать в асинхронном режиме. То есть Т/С считает не тактовые импульсы процессора, не входящие импульсы на ножки, а импульсы своего собственного собственного генератора, работающего от отдельного кварца. Для этого у Т/С2 есть входы TOSC1 и TOSC2, на которые можно повесить кварцевый резонатор. Зачем это вообще надо? Да хотя бы организовать часы реального времени. Повесил на них часовой кварц на 32768 Гц да считай время — за секунду произойдет 128 переполнений (т.к. Т/С2 восьми разрядный). Так что одно переполнение это 1/128 секунды. Причем на время обработки прерывания по переполнению таймер не останавливается, он также продолжает считать. Так что часы сделать плевое дело! Предделитель
То есть еще до попадания в счетный регистр частота импульсов будет делиться. Делить можно на 8, 32, 64, 128, 256, 1024. Так что если повесишь на Т/С2 часовой кварц, да пропустишь через предделитель на 128, то таймер у тебя будет тикать со скоростью один тик в секунду. Удобно! Также удобно юзать предделитель когда надо просто получить большой интервал, а единственный источник тиков это тактовый генератор процессора на 8Мгц, считать эти мегагерцы задолбаешься, а вот если пропустить через предделитель, на 1024 то все уже куда радужней. Но тут есть одна особенность, дело в том, что если мы запустим Т/С с каким нибудь зверским предделителем, например на 1024, то первый тик на счетный регистр придет не обязательно через 1024 импульса. Это зависит от того в каком состоянии находился предделитель, а вдруг он к моменту нашего включения уже досчитал почти до 1024? Значит тик будет сразу же. Предделитель работает все время, вне зависимости от того включен таймер или нет. Поэтому предделители можно и нужно сбрасывать. Также надо учитывать и то, что предделитель един для всех счетчиков, поэтому сбрасывая его надо учитывать то, что у другого таймера собьется выдержка до следующего тика, причем может сбиться конкретно так. Например первый таймер работает на выводе 1:64, а второй на выводе 1:1024 предделителя. У второго почти дотикало в предделителе до 1024 и вот вот должен быть тик таймера, но тут ты взял и сбросил предделитель, чтобы запустить первый таймер точно с нуля. Что произойдет? Правильно, у второго делилка тут же скинется в 0 (предделитель то единый, регистр у него один) и второму таймеру придется ждать еще 1024 такта, чтобы получить таки вожделенный импульс! А если ты будешь сбрасывать предделитель в цикле, во благо первого таймера, чаще чем раз в 1024 такта, то второй таймер так никогда и не тикнет, а ты будешь убиваться головой об стол, пытаясь понять чего это у тебя второй таймер не работает, хотя должен. Для сброса предделителей достаточно записать бит PSR10 в регистре SFIOR. Бит PSR10 будет сброшен автоматически на следующем такте. Счетный регистр
Причем тут есть подвох, если в восьмиразрядный регистр надо положить число, то нет проблем OUT TCNT0,Rx и никаких гвоздей, то с двухбайтными придется поизвращаться. А дело все в чем - таймер считает независимо от процессора, поэтому мы можем положить вначале один байт, он начнет считаться, потом второй, и начнется пересчет уже с учетом второго байта. Чувствуете лажу? Вот! Таймер точное устройство, поэтому грузить его счетные регистры надо одновременно! Но как? А инженеры из Atmel решили проблему просто: Что в итоге получается: Записываем старший байт в регистр TEMP (для нас это один хрен TCNTxH), а затем записываем младший байт. В этот момент, в реальный TCNTxH, заносится ранее записанное нами значение. То есть два байта, старший и младший, записываются одновременно! Менять порядок нельзя! Только так Выглядит это так: CLI ; Запрещаем прерывания, в обязательном порядке!
OUT TCNT1H,R16 ; Старшей байт записался вначале в TEMP
OUT TCNT1L,R17 ; А теперь записалось и в старший и младший!
SEI ; Разрешаем прерывания Зачем запрещать прерывания? Да чтобы после записи первого байта, прога случайно не умчалась не прерывание, а там кто нибудь наш таймер не изнасиловал. Тогда в его регистрах будет не то что мы послали тут (или в прерывании), а черти что. Вот и попробуй потом такую багу отловить! А ведь она может вылезти в самый неподходящий момент, да хрен поймаешь, ведь прерывание это почти случайная величина. Так что такие моменты надо просекать сразу же. Читается все также, только в обратном порядке. Сначала младший байт (при этом старший пихается в TEMP), потом старший. Это гарантирует то, что мы считаем именно тот байт который был на данный момент в счетном регистре, а не тот который у нас натикал пока мы выковыривали его побайтно из счетного регистра. Контрольные регистры
Итак, главным регистром является TCCRx Нас пока интересуют только первые три бита этого регистра: У разных таймеров немного по разному, поэтому опишу биты CS02..CS00 только для таймера 0 Прерывания
За прерывания от таймеров отвечают регистры TIMSК, TIFR. А у более крутых AVR, таких как ATMega128, есть еще ETIFR и ETIMSK — своего рода продолжение, так как таймеров там поболее будет. TIMSK это регистр масок. То есть биты, находящиеся в нем, локально разрешают прерывания. Если бит установлен, значит конкретное прерывание разрешено. Если бит в нуле, значит данное прерывание накрывается тазиком. По дефолту все биты в нуле. На данный момент нас тут интересуют только прерывания по переполнению. За них отвечают биты О остальных фичах и прерываниях таймера мы поговорим попозжа, когда будем разбирать ШИМ. Регистр TIFR это непосредственно флаговый регистр. Когда какое то прерывание срабатывает, то выскакивает там флаг, что у нас есть прерывание. Этот флаг сбрасывается аппаратно когда программа уходит по вектору. Если прерывания запрещены, то флаг так и будет стоять до тех пор пока прерывания не разрешат и программа не уйдет на прерывание. Чтобы этого не произошло флаг можно сбросить вручную. Для этого в регистре TIFR в него нужно записать 1! А теперь похимичим
ORG $010
RETI ; (TIMER1 OVF) Timer/Counter1 Overflow
.ORG $012
RJMP Timer0_OV ; (TIMER0 OVF) Timer/Counter0 Overflow
.ORG $014
RETI ; (SPI,STC) Serial Transfer Complete Добавим обработчик прерывания по переполнению таймера 0, в секцию Interrupt. Так как наш тикающий макрос активно работает с регистрами и портит флаги, то надо это дело все сохранить в стеке сначала: Кстати, давайте создадим еще один макрос, пихающий в стек флаговый регистр SREG и второй — достающий его оттуда. MACRO PUSHF
PUSH R16
IN R16,SREG
PUSH R16
.ENDM
.MACRO POPF
POP R16
OUT SREG,R16
POP R16
.ENDM Как побочный эффект он еще сохраняет и R16, помним об этом:) Timer0_OV: PUSHF
PUSH R17
PUSH R18
PUSH R19
INCM TCNT
POP R19
POP R18
POP R17
POPF
RETI Теперь инициализация таймера. Добавь ее в секцию инита локальной периферии (Internal Hardware Init). ; Internal Hardware Init ======================================
SETB DDRD,4,R16 ; DDRD.4 = 1
SETB DDRD,5,R16 ; DDRD.5 = 1
SETB DDRD,7,R16 ; DDRD.7 = 1
SETB PORTD,6,R16 ; Вывод PD6 на вход с подтягом
CLRB DDRD,6,R16 ; Чтобы считать кнопку
SETB TIMSK,TOIE0,R16 ; Разрешаем прерывание таймера
OUTI TCCR0,1< Осталось переписать наш блок сравнения и пересчитать число. Теперь все просто, один тик один такт. Без всяких заморочек с разной длиной кода. Для одной секунды на 8Мгц должно быть сделано 8 миллионов тиков. В хексах это 7A 12 00 с учетом, что младший байт у нас TCNT0, то на наш счетчик остается 7А 12 ну и еще старшие два байта 00 00, их можно не проверять. Маскировать не нужно, таймер мы потом переустановим все равно. Одна только проблема — младший байт, тот что в таймере. Он тикает каждый такт и проверить его на соответствие будет почти невозможно. Т.к. малейшее несовпадение и условие сравнение выпадет в NoMatch, а подгадать так, чтобы проверка его значения совпала именно с этим тактом… Проще иголку из стога сена вытащить с первой попытки наугад. Так что точность и в этом случае ограничена — надо успеть проверить значение до того как оно уйдет из диапазона. В данном случае диапазон будет, для простоты, 255 — величина младшего байта, того, что в таймере. Тогда наша секунда обеспечивается с точностью 8000 000 плюс минус 256 тактов. Не велика погрешность, всего 0,003%. ; Main =========================================================
Main: SBIS PIND,6 ; Если кнопка нажата - переход
RJMP BT_Push
SETB PORTD,5 ; Зажгем LED2
CLRB PORTD,4 ; Погасим LED1
Next: LDS R16,TCNT ; Грузим числа в регистры
LDS R17,TCNT+1
CPI R16,0x12 ; Сравниванем побайтно. Первый байт
BRCS NoMatch ; Если меньше -- значит не натикало.
CPI R17,0x7A ; Второй байт
BRCS NoMatch ; Если меньше -- значит не натикало.
; Если совпало то делаем экшн
Match: INVB PORTD,7,R16,R17 ; Инвертировали LED3
; Теперь надо обнулить счетчик, иначе за эту же итерацию главного цикла; мы сюда попадем еще не один раз -- таймер то не успеет натикать 255 значений,
; чтобы число в первых двух байтах счетчика изменилось и условие сработает.
; Конечно, можно обойти это доп флажком, но проще сбросить счетчик:)
CLR R16 ; Нам нужен ноль
CLI ; Доступ к многобайтной переменной; одновременно из прерывания и фона; нужен атомарный доступ. Запрет прерываний
OUTU TCNT0,R16 ; Ноль в счетный регистр таймера
STS TCNT,R16 ; Ноль в первый байт счетчика в RAM
STS TCNT+1,R16 ; Ноль в второй байт счетчика в RAM
STS TCNT+2,R16 ; Ноль в третий байт счетчика в RAM
STS TCNT+3,R16 ; Ноль в первый байт счетчика в RAM
SEI ; Разрешаем прерывания снова.
; Не совпало - не делаем:)
NoMatch: NOP
INCM CCNT ; Счетчик циклов по тикает; Пускай, хоть и не используется.
JMP Main
BT_Push: SETB PORTD,4 ; Зажгем LED1
CLRB PORTD,5 ; Погасим LED2
RJMP Next
; End Main ===================================================== Вот как это выглядит в работе А если надо будет помигать вторым диодиком с другим периодом, то мы смело можем влепить в программу еще одну переменную, а в обработчике прерывания таймера инкрементировать сразу две пееременных. Проверяя их по очереди в главном цикле программы. Можно еще немного оптимизировать процесс проверки. Сделать его более быстрым. Надо только сделать счет не на повышение, а на понижение. Т.е. загружаем в переменную число и начинаем его декрементировать в прерывании. И там же, в обработчике, проверяем его на ноль. Если ноль, то выставляем в памяти флажок. А наша фоновая программа этот флажок ловит и запускает экшн, попутно переустанавливая выдержку. А что если надо точней? Ну тут вариант только один — заюзать обработку события прям в обработчике прерывания, а значение в TCNT:TCNT0 каждый раз подстраивать так, чтобы прерывание происходило точно в нужное время. Таймер-счетчик является одним из самых ходовых ресурсов AVR микроконтроллера. Его основное назначение - отсчитывать заданные временные интервалы. Кроме того, таймеры-счетчики могут выполнять ряд дополнительных функций, как то - формирование ШИМ сигналов, подсчет длительности и количества входящих импульсов. Для этого существуют специальные режимы работы таймера-счетчика.
В зависимости от модели микроконтроллера количество таймеров и набор их функций может отличаться. Например, у микроконтроллера Atmega16 три таймера-счетчика - два 8-ми разрядных таймера-счетчика Т0 и Т2, и один 16-ти разрядный - Т1. В этой статье, на примере ATmega16, мы разберем как использовать таймер-счетчик Т0. Таймер-счетчик Т0 использует два вывода микроконтроллера ATmega16. Вывод T0 (PB0) - это вход внешнего тактового сигнала. Он может применяться, например, для подсчета импульсов. Вывод OC0 (PB3) - это выход схемы сравнения таймера-счетчика. На этом выводе с помощью таймера может формировать меандр или ШИМ сигнал. Также он может просто менять свое состояние при срабатывании схемы сравнения, но об этом поговорим позже. Хоть это и скучно, но регистры - это то, без чего невозможно программировать микроконтроллеры, конечно, если вы не сидите плотно на Arduino. Так вот, таймер Т0 имеет в своем составе три регистра:
Счетный регистр TCNT0, Кроме того, есть еще три регистра, относящиеся ко всем трем таймерам ATmega16: Конфигурационный регистр TIMSK, Начнем с самого простого. Это 8-ми разрядный счетный регистр. Когда таймер работает, по каждому импульсу тактового сигнала значение TCNT0 изменяется на единицу.
В зависимости от режима работы таймера, счетный регистр может или увеличиваться, или уменьшаться. Это 8-ми разрядный регистр сравнения. Его значение постоянно сравнивается со счетным регистром TCNT0,
и в случае совпадения таймер может выполнять какие-то действия - вызывать прерывание, менять состояние вывода OC0 и т.д. в зависимости от режима работы.
TCCR0 (Timer/Counter Control Register) Биты CS02, CS01, CS00 (Clock Select)
- определяют источник тактовой частоты для таймера Т0 и задают коэффициент предделителя. Все возможные состояния описаны в таблице ниже. Биты WGM10, WGM00 (Wave Generator Mode)
- определяют режим работы таймера-счетчика Т0. Всего их может быть четыре - нормальный режим (normal), сброс таймера при совпадении (CTC), и два режима широтно-импульсной модуляции (FastPWM и Phase Correct PWM). Все возможные значения описаны в таблице ниже. Более подробно будем разбирать режимы в коде. Сейчас все нюансы все равно не запомнятся.
Биты COM01, COM00 (Compare Match Output Mode)
- определяют поведение вывода OC0. Если хоть один из этих битов установлен в 1, то вывод OC0 перестает функционировать как обычный вывод общего назначения и подключается к схеме сравнения таймера счетчика Т0. Однако при этом он должен быть еще настроен как выход. И последний бит регистра TCCR0 - это бит FOC0 (Force Output Compare)
.Этот бит предназначен для принудительного изменения состояния вывода OC0. Он работает только для режимов Normal и CTC. При установки бита FOC0 в единицу состояние вывода меняется соответственно значениям битов COM01, COM00. FOC0 бит не вызывает прерывания и не сбрасывает таймер в CTC режиме. TIMSK (Timer/Counter Interrupt Mask Register) TOIE0
- 0-е значение бита запрещает прерывание по событию переполнение, 1 - разрешает. Естественно прерывания будут вызываться, только если установлен бит глобального разрешения прерываний - бит I регистра SREG.
TIFR (Timer/Counter0 Interrupt Flag Register) Если в эти моменты в регистре TIMSK разрешены прерывания и установлен бит I, то микроконтроллер вызовет соответствующий обработчик. TOV0
- устанавливается в 1 при переполнении счетного регистра. SFIOR (Special Function IO Register) Сброс осуществляется при установке бита PSR10 (Prescaler Reset Timer/Counter1 и Timer/Counter0)
в единицу.
В МК ATMega16 есть три таймера/счетчика – два 8-битных (Timer/Counter0, Timer/Counter2) и один 16-битный (Timer/Counter1). Каждый из них содержит специальные регистры, одним из которых является счетный регистр TCNTn (n – это число 0, 1 или 2). Каждый раз, когда процессор выполняет одну команду, содержимое этого регистра увеличивается на единицу (либо каждые 8, 64, 256 или 1024 тактов). Потому он и называется счетным. Помимо него, есть еще и регистр сравнения OCRn (Output Compare Register), в который мы можем сами записать какое-либо число. У 8-битного счетчика эти регистры 8-битные. По мере выполнения программы содержимое TCNTn растет и в какой-то момент оно совпадет с содержимым OCRn. Тогда (если заданы специальные параметры) в регистре флагов прерываний TIFR (Timer/Counter Interrupt Flag Register) один из битов становится равен единице и процессор, видя запрос на прерывание, сразу же отрывается от выполнения бесконечного цикла и идет обслуживать прерывание таймера. После этого процесс повторяется. Ниже представлена временная диаграмма режима CTC (Clear Timer on Compare). В этом режиме счетный регистр очищается в момент совпадения содержимого TCNTn и OCRn, соответственно меняется и период вызова прерывания. Это далеко не единственных режим работы таймера/счетчика. Можно не очищать счетный регистр в момент совпадения, тогда это будет режим генерации широтно-импульсной модуляции, который мы рассмотрим в следующей статье. Можно менять направление счета, т. е. содержимое счетного регистра будет уменьшаться по мере выполнения программы. Также возможно производить счет не по количеству выполненных процессором команд, а по количеству изменений уровня напряжения на «ножке» T0 или T1 (режим счетчика), можно автоматически, без участия процессора, менять состояние ножек OCn в зависимости от состояния таймера. Таймер/Счетчик1 умеет производить сравнение сразу по двум каналам – А или В. Для запуска таймера нужно выставить соответствующие биты в регистре управления таймером TCCRn (Timer/Counter Control Register), после чего он сразу же начинает свою работу. Мы рассмотрим лишь некоторые режимы работы таймера. Если вам потребуется работа в другом режиме, то читайте Datasheet к ATMega16 – там все подробнейше по-английски написано, даны даже примеры программ на С и ассемблере (недаром же он занимает 357 страниц печатного текста!). Теперь займемся кнопками. Если мы собираемся использовать небольшое количество кнопок (до 9 штук), то подключать их следует между «землей» и выводами какого-либо порта микроконтроллера. При этом следует сделать эти выводы входами, для чего установить соответствующие биты в регистре DDRx и включить внутренний подтягивающий резистор установкой битов в регистре PORTx. При этом на данных «ножках» окажется напряжение 5 В. При нажатии кнопки вход МК замыкается на GND и напряжение на нем падает до нуля (а может быть и наоборот – вывод МК замкнут на землю в отжатом состоянии). При этом меняется регистр PINx, в котором хранится текущее состояние порта (в отличие от PORTx, в котором установлено состояние порта при отсутствии нагрузки, т. е. до нажатия каких-либо кнопок). Считывая периодически состояние PINx, можно определить, что нажата кнопка. ВНИМАНИЕ!
Если соответствующий бит в регистре DDRx будет установлен в 1 для вашей кнопки, то хорошее нажатие на кнопку может привести к небольшому пиротехническому эффекту – возникновению дыма вокруг МК. Естественно, МК после этого придется отправить в мусорное ведро… Перейдем к практической части. Создайте в IAR новое рабочее пространство и новый проект с именем, например, TimerButton. Установите опции проекта так, как это описано в предыдущей статье.
А теперь наберем следующий небольшой код. Давайте посмотрим, как это работает. В функциях init_timern задаются биты в регистрах TCCRn, OCRn и TIMSK, причем такой способ может кому-нибудь показаться странным или незнакомым. Придется объяснить сначала, что означает запись «(1 где a – это то число, двоичное представление которого нужно сдвинуть, а b показывает, на сколько битов нужно его сдвинуть. При этом возможна потеря значения, хранящегося в a (т.е. не всегда возможно восстановить из С то, что было в а). Рассмотрим пример: Что окажется в С после выполнения строки C = (22 2 в двоичном коде будет выглядеть как 00010110, а после сдвига влево на 3 бита получим С = 10110000. Аналогично существует и сдвиг вправо. Еще пример: Сначала выполнится действие во внутренних скобках (0xFF – это 255 в шестнадцатеричном коде), из 11111111 получится 11111100, потом произойдет сдвиг вправо и получим С = 00111111. Как видим, здесь две взаимно обратные операции привели к другому числу, т. к. мы потеряли два бита. Этого не произошло бы, если бы переменная С была типа int, т. к. int занимает 16 бит. Теперь рассмотрим еще два битовых оператора, широко применяющиеся при программировании МК. Это оператор «побитовое и» (&) и «побитовое или» (|). Как они действуют, думаю, будет понятно из примеров: Действие: Результат (в двоичном коде):
С = 0; // C = 00000000
C = (1 // C = 00100101
C |= (1 // C = 00101101
C &= (0xF0 >> 2); // C = 00101100
C = (C & 4) | 3; // C = 00000111
Чуть не забыл! Есть еще «побитовое исключающее или» (^). Оно сравнивает соответствующие биты в числе, и, если они одинаковые, возвращает 0, иначе единицу. Вернемся к нашей программе. Там написано «(1 При компиляции программы запись WGM01 просто заменяется на число 3, и в результате получается уже корректная запись. WGM01 называется макросом и он, в отличие от переменной, не занимает места в памяти (разве что в памяти программиста:-). Если заглянуть теперь в Datasheet, но нетрудно будет увидеть, что WGM01 – это имя третьего бита в регистре TCCR0. То же самое касается и остальных битов этого регистра. Это совпадение не случайно и относится ко всем регистрам МК (или почти ко всем). Т. е., написав «(1 Итого, строчка означает, что включен режим СТС, при срабатывании таймера0 меняется состояние «ножки» ОС0 (Она же PB3), содержимое счетчика увеличивается каждые 1024 такта. Аналогично для таймера2: TCCR2 = (1 В регистре TIMSK (Timer/counter Interrupt MaSK register) задается режим прерываний. Мы написали что означает прерывание таймера2 по совпадении TCNT2 и OCR2.
Самая последняя функция – это собственно функция прерывания совпадения таймера2. Прерывания объявляются следующим образом: где ВЕКТОР – это макрос вектора прерывания (по смыслу просто число, характеризующее это прерывание); эти макросы в порядке снижения приоритета перечислены в файле iom16.h. ТИП – тип возвращаемого функцией значения, в нашем случае void (ничего). ИМЯ – произвольное имя для этой функции. С прерываниями мы еще успеем наработаться в будущем. При выполнении нашей функции должны по очереди моргать светодиоды, подключенные к PB0 и PB1. Судя по всему, частота равна 11059200/(256*1024) = 42 Гц. Это быстро, но будет заметно невооруженным глазом. Кстати, применение таймеров дает возможность отсчитывать точные временные интервалы, не зависящие от сложности вашей программы и порядка ее выполнения (но если у Вас не более одного прерывания). Итак, сохраняем файл как «TimerDebug.c», добавляем его в проект, компилируем, прошиваем МК. Что же мы видим?
Светодиод, подключенный к выводу PB3, будет активно моргать, а на PB0 и PB1 нет ни каких изменений. В чем же дело? Неужели что-то неверно? Чтобы это выяснить, придется отладить нашу программу. Поскольку в IAR нет Debuggerа, придется использовать AVR Studio. Эту среду разработки можно скачать с сайта производителя http://atmel.com . Проблем с ее установкой, думаю, не должно быть. Перед запуском AVR Studio выберите в IAR режим Debug и создайте отладочный cof-файл (все опции проекта должны быть выставлены, как описано в предыдущей статье). Открыв AVR Studio, мы увидим окно приветствия, в котором выберем «Open». Теперь лезем в папку с проектом, там в Debug\Exe, выбираем там «TimerDebug.cof», создаем проект там, где предложат, выбираем дивайс ATMega16 и режим отладки Simulator. После этого, если все сделали правильно, сразу же идет процесс отладки Среда отладки здесь очень удобная, т.к. позволяет просматривать содержимое всех регистров МК, а также вручную устанавливать значения для них щелчками мыши. Например, если установить флаг прерывания в регистре TIFR в бите 7 (под черным квадратом в TIMSK), то следующим шагом программы (нажатие F10 или F11) должна быть обработка прерывания (флаг будет установлен автоматически и при совпадении регистров TCNT2 и OCR2). Но, к нашему удивлению, прерывания не будет! Возникает вопрос: почему? Откроем регистр CPU, SREG. Этот регистр определяет работу процессора, а конкретно седьмой его бит (I-бит, Interrupt bit) ответственен за обработку всех прерываний в МК. У нас он не установлен. Стоит его выставить, как сразу же пойдет выполняться прерывание (если одновременно установлен седьмой бит в TIFR). Можно заметить одну интересную особенность: как только процессор уходит в обработку прерывания, этот бит (флаг разрешения обработки прерываний) снимается, а при выходе из функции прерывания вновь автоматически устанавливается. Это не позволяет процессору, не выполнив одного прерывания, схватиться за другое (ведь ориентируется он в программе именно таким образом – по флагам). Значит, нужно добавить строчку кода для установки этого бита в единичное состояние. Добавим мы его в функцию init_timer2. Получится следующее: Теперь, выбрав конфигурацию Release и прошив МК нажатием F7 и запуском AVReal32.exe, с радостью увидим, что все работает как надо. Замечание:
при отладке программы следует уменьшать интервалы таймеров, если они слишком длинные, т. к. в процессе отладки в AVR Studio программа выполняется в тысячи раз медленнее, чем внутри МК и вы не дождетесь срабатывания таймера. В целом отладка полностью аналогична таковой в других системах программирования, таких, как Visual C++. Теперь, научившись отлаживать программы, создадим в IAR новый файл (а старый сохраним и удалим из проекта) и наберем следующий код: Сначала предлагаю взять уже готовый файл прошивки (файлы к статье, папка Release, файл TimerButton.hex или откомпилировать этот текст) и записать его в МК. После чего вынуть кабель прошивки, подключить к PC0 и PC1 кнопки и попробовать их понажимать. Увидим, что при нажатии на одну из кнопок увеличивается регистр PORTB (загораются светодиоды), а при нажатии на другую – уменьшается. Если не работает – попробуйте понажимать одну кнопку, удерживая другую – будет действовать. Дело в том, что я подключал кнопки следующим образом: при нажатии на кнопку вывод МК «болтается» в воздухе, а при отпускании замыкается на землю. Если вы подключили кнопки по-другому, то придется лишь чуть модернизировать программу. Давайте разберемся с кодом. Здесь работа с таймером организована несколько иначе. Он срабатывает каждые 11072 такта (то есть каждые 1,001175 мс) и увеличивает содержимое переменной counter. Есть еще функция delay(long unsigned int Pause_ms), которая берет в качестве параметра количество миллисекунд Pause_ms, сбрасывает counter и ждет, когда counter достигнет значения Pause_ms, после чего продолжает работу МК. Таким образом, написав delay(1500), мы сформируем задержку в программе в 1,5 секунды. Это очень удобно для формирования временных интервалов. С таймером вроде все понятно. Но для чего он используется? Рассмотрим бесконечный цикл while(1) в main(). В этом цикле проверяется состояние кнопок путем анализа содержимого регистра PINB. А зачем там стоит задержка на 50 мс? Это устранение т. н. «дребезга клавиш». Дело в том, что при нажатии на кнопку происходит удар одного контакта о другой, и, поскольку контакты металлические, удар этот упругий. Контакты, пружиня, замыкаются и размыкаются несколько раз, несмотря на то, что палец сделал лишь одно нажатие. Это приводит к тому, что МК фиксирует несколько нажатий. Давайте рассмотрим график зависимости напряжения на выходе PC0 от времени. Он может выглядеть так: Точка А – момент нажатия кнопки. Он может быть зафиксирован МК. Затем идут несколько замыканий и размыканий (их может и не быть, а может быть и 12 штук – это явление можно считать случайным). В точке B контакт уже надежно зафиксирован. Между A и B в среднем около 10 мс. Наконец, в точке D происходит размыкание. Как же избавиться от этого неприятного явления? Оказывается, очень просто. Нужно зафиксировать момент нажатия кнопки (точка А), через какое-то время, например, 50 мс (точка С) проверить, что кнопка действительно нажата, сделать действие, соответствующее этой кнопке и ждать момент ее отпускания (точка D). То есть нужно сделать паузу от А до С, такую, чтобы весь «дребезг» оказался внутри этой паузы. А попробуйте теперь убрать строчку, формирующую задержку, откомпилировать программу и зашить ее в МК. Путем простых нажиманий на кнопки сможете легко убедиться, что все эти «мучения» не были напрасными. А что же делать, если к МК нужно подключить, скажем, 40 кнопок? Ведь у него всего лишь 32 вывода. Казалось бы, никак. На самом деле это возможно. В таком случае используют алгоритм, называемый стробированием. Для этого нужно кнопки соединить в виде матрицы, как это показано на рисунке (рисунок взят из книги Мортона «МК AVR, вводный курс», где написано про программирование AVR на ассемблере). При подаче на вывод PB0 лог. 1 (+5В), а на выводы PB1 и PB2 лог. 0 разрешается обработка кнопок 1, 4 и 7. После этого состояние каждой из них можно узнать, проверив напряжение на одном из выводов PB3..PB5. Таким образом, подавая последовательно на выводы PB0..PB2 лог. 1, можно определить состояние всех кнопок. Понятное дело, что выводы PB0..PB2 должны быть выходами, а PB0..PB2 входами. Чтобы определить, какое количество выводов потребуется для массива из Х кнопок, нужно найти пару сомножителей Х, сумма которых наименьшая (для нашего случая с 40 кнопками это будут числа 5 и 8). Это означает, что к одному МК можно подключить до 256 кнопок (а с применение дешифраторов и того больше, но о дешифраторах потом). Лучше сделать меньшее число выводов выходами, а большее – входами. В этом случае опрос всех строк матрицы займет меньше времени. Подобный способ подключения (стробирование) свойственен не только для кнопок. Там можно подключать самые разнообразные устройства, начиная от матриц светодиодов и заканчивая микросхемами flash-памяти. © Киселев Роман Когда я еще начинал изучать микроконтроллеры, мне захотелось сделать , чтобы . Честно признаюсь, я хотел попробовать включать телевизор только с 7 до 8 часов, а все остальное время он должен был быть отключен. Устройство я сделал, но так его и не применил... Во всех микроконтроллерах AVR есть несколько встроенных таймеров. Их еще можно разделить на таймеры общего назначения и сторожевой таймер, который предназначен для перезагрузки МК при зависании. Таймеры общего назначения умеют: Таймеры счетчики могут тактировать от внутреннего генератора тактовой частоты и от счетного входа. Давайте рассмотрим функционал таймера-счетчика 1 в микроконтроллере atmega8 . Запускаем CodeVision AVR, создаем новый проект и соглашаемся на предложение запустить Code WizardAVR Давайте на примере timer2 реализуем часы реального времени с выводом на lcd дисплей, для этого выставляем таймер как показано на скриншоте здесь выставляется внешний источник тактирования таймера, в качестве внешнего источника мы будем использовать часовой кварц на 32768 герц, далее установим предделитель на 128, то есть таймер будет работать на частоте 32768/128=256, а счетный регистр то в нас 8-битный (максимальное число 255), получается, что он будет переполнятся раз в секунду, далее мы выставляем галочку возле Overflow interrupt и кликаем на file->Generate, save and exit.
Code Wizard cгенерировал вот такой код #include #include Программа готова, теперь составим схему в Proteus
Источник тиков таймера
Таймер/Счетчик (далее буду звать его Т/С) считает либо тактовые импульсы от встроенного тактового генератора, либо со счетного входа.
Если таймер считает импульсы от тактового генератора, или от своего внутреннего, то их еще можно пропустить через предделитель.
Весь результат мучений, описанных выше, накапливается в счетном регистре TCNTх, где вместо х номер таймера. он может быть как восьмиразрядным, так и шестнадцати разрядным, в таком случае он состоит из двух регистров TCNTxH и TCNTxL — старший и младший байты соответственно.
Запись в старший регистр (TCNTxH) ведется вначале в регистр TEMP. Этот регистр чисто служебный, и нам никак недоступен.
Всех функций таймеров я расписывать не буду, а то получится неподьемный трактат, лучше расскажу о основной — счетной, а всякие ШИМ и прочие генераторы будут в другой статье. Так что наберитесь терпения, ну или грызите даташит, тоже полезно.
Для Т/С0 и Т/С2 это TCCR0 и TCCR2 соответственно, а для Т/С1 это TCCR1B
CSx2.. CSx0, вместо х подставляется номер таймера.
Они отвечают за установку предделителя и источник тактового сигнала.
У каждого аппаратного события есть прерывание, вот и таймер не исключение. Как только происходит переполнение или еще какое любопытное событие, так сразу же вылазит прерывание.
Ну перекроим программу на работу с таймером. Введем программный таймер. Шарманка так и останется, пускай тикает. А мы добавим вторую переменную, тоже на четыре байта: 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
.MACRO PUSHF
PUSH R16
IN R16,SREG
PUSH R16
.ENDM
.MACRO POPF
POP R16
OUT SREG,R16
POP R16
.ENDM
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Timer0_OV: PUSHF
PUSH R17
PUSH R18
PUSH R19
INCM TCNT
POP R19
POP R18
POP R17
POPF
RETI
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
; Main =========================================================
Main: SBIS PIND,6 ; Если кнопка нажата - переход
RJMP BT_Push
SETB PORTD,5 ; Зажгем LED2
CLRB PORTD,4 ; Погасим LED1
Next: LDS R16,TCNT ; Грузим числа в регистры
LDS R17,TCNT+1
CPI R16,0x12 ; Сравниванем побайтно. Первый байт
BRCS NoMatch ; Если меньше -- значит не натикало.
CPI R17,0x7A ; Второй байт
BRCS NoMatch ; Если меньше -- значит не натикало.
; Если совпало то делаем экшн
Match: INVB PORTD,7,R16,R17 ; Инвертировали LED3
; Теперь надо обнулить счетчик, иначе за эту же итерацию главного цикла; мы сюда попадем еще не один раз -- таймер то не успеет натикать 255 значений,
; чтобы число в первых двух байтах счетчика изменилось и условие сработает.
; Конечно, можно обойти это доп флажком, но проще сбросить счетчик:)
CLR R16 ; Нам нужен ноль
CLI ; Доступ к многобайтной переменной; одновременно из прерывания и фона; нужен атомарный доступ. Запрет прерываний
OUTU TCNT0,R16 ; Ноль в счетный регистр таймера
STS TCNT,R16 ; Ноль в первый байт счетчика в RAM
STS TCNT+1,R16 ; Ноль в второй байт счетчика в RAM
STS TCNT+2,R16 ; Ноль в третий байт счетчика в RAM
STS TCNT+3,R16 ; Ноль в первый байт счетчика в RAM
SEI ; Разрешаем прерывания снова.
; Не совпало - не делаем:)
NoMatch: NOP
INCM CCNT ; Счетчик циклов по тикает; Пускай, хоть и не используется.
JMP Main
BT_Push: SETB PORTD,4 ; Зажгем LED1
CLRB PORTD,5 ; Погасим LED2
RJMP Next
; End Main =====================================================
Используемые выводы
Выводы T0 и OC0 задействуются только при соответствующих настройках таймера, в обычном состоянии это выводы общего назначения.
Регистры таймера-счетчика Т0
- регистр сравнения OCR0,
- конфигурационный регистр TCCR0.
- статусный регистр TIFR.
- регистр специальных функций SFIOR
Регистр TCNT0 можно как читать, так и записывать. Последнее используется когда требуется задать его начальное значение. Когда таймер работает, изменять его содержимое TCNT0 не рекомендуется, так как это блокирует схему сравнения на один такт.
Это конфигурационный регистр таймера-счетчика Т0, он определяет источник тактирования таймера, коэффициент предделителя, режим работы таймера-счетчика Т0 и поведение вывода OC0.
По сути, самый важный регистр.
Как видите, таймер-счетчик может быть остановлен, может тактироваться от внутренней частоты и также может тактироваться от сигнала на выводе Т0.
Поведение вывода OC0 зависит от режима работы таймера-счетчика Т0. В режимах normal и СTC вывод OC0 ведет себя одинаково, а вот в режимах широтно-импульсной модуляции его поведение отличается. Не будем сейчас забивать себе голову всеми этими вариантами и разбирать таблицы для каждого режима, оставим это на практическую часть.
Общий регистр для всех трех таймеров ATmega16, он содержит флаги разрешения прерываний. Таймер Т0 может вызывать прерывания при переполнении счетного регистра TCNT0 и при совпадении счетного регистра с регистром сравнения OCR0. Соответственно для таймера Т0 в регистре TIMSK зарезервированы два бита - это TOIE0 и OCIE0. Остальные биты относятся к другим таймерам.
OCIE0
- 0-е значение запрещает прерывания по событию совпадение, а 1 разрешает.
Общий для всех трех таймеров-счетчиков регистр. Содержит статусные флаги, которые устанавливаются при возникновении событий. Для таймера Т0 - это переполнение счетного регистра TCNT0 и совпадение счетного регистра с регистром сравнения OCR0.
Флаги автоматически очищаются при запуске обработчика прерывания. Также это можно сделать программно, записав 1 в соответствующий флаг.
OCF0
- устанавливается в 1 при совпадении счетного регистра с регистром сравнения
Начинающему про этот регистр в принципе можно и не знать, один из его разрядов сбросывает 10-ти разрядный двоичный счетчик, который делит входную частоту для таймера Т0 и таймера Т1. Заключение
Июнь 2007
Таймеры счетчики микроконтроллеров AVR (часы реального времени). Урок AVR 7
