,定時/計數(shù)器資源介紹與應(yīng)用,0 xF5,計數(shù)原理（1）,計數(shù)對外部事件進行統(tǒng)計，外部事件以輸入有效脈沖來表示。,計數(shù)器,溢出標志TF,初值,中斷請求,外部脈沖,0 xF5,0 xF5,1,S1,S2,0 xF6,0 xF7,0 xF8,0 xF9,0 xFA,0 xFB,0 xFC,0 xFD,0 xFE,0 xFF,0,中斷開放,中斷響應(yīng)后溢出標志清“0”,當檢測到有有效脈沖輸入時，計數(shù)寄存器加1,啟動計數(shù)器工作,當計數(shù)器計數(shù)溢出時的標志,初值寄存器作為計數(shù)器回0時的初始值,單片機的計數(shù)器用戶是可以控制的（可編程的），包括計數(shù)器的啟動、計數(shù)脈沖的有效方式、計數(shù)器的初值、計數(shù)溢出中斷請求開放或禁止等。,0 xFD,0 xFF,0 xFE,計數(shù)器,0 xFA,0 xF8,0 xF9,0 xFB,0 xFC,初值,計數(shù)原理（2）,比值寄存器,比較器,S1,S2,溢出標志TF,外部脈沖,比較匹配標志,S3,0 xF8,計數(shù)器輸出OC觸發(fā),0 xFC,0 xF8,1,0 xF9,1,0 xFA,0 xFB,中斷請求2,中斷請求1,0,定時原理,定時當計數(shù)器的計數(shù)脈沖頻率恒定時，計數(shù)器所記錄的數(shù)值及代表了時間的概念。定時功能是通過計數(shù)器的計數(shù)來實現(xiàn)的。,計數(shù)器,溢出標志TF,初值,中斷請求,外部時鐘源,S1,S2,S0用于選擇內(nèi)部/外部時鐘源,S0,內(nèi)部時鐘源,定時器的工作原理與計數(shù)器相同，只是要求用于計數(shù)的脈沖，其頻率恒定。單片機的定時器用戶是可以控制（可編程）的。,ATmega16定時/計數(shù)器資源,T/C的預(yù)分頻器8位定時/計數(shù)器T/C0、T/C2T/C2的異步操作PWM模式下的T/C0、T/C216位定時/計數(shù)器T/C1PWM模式下的T/C1,T/C1、0的預(yù)分頻器,預(yù)分頻器的作用是將系統(tǒng)時鐘（如系統(tǒng)時鐘為4.000MHz）按設(shè)定的比例進行分頻，以產(chǎn)生不同周期的時鐘clkT0、clkT1，分別作為時鐘源提供給T/C0和T/C1使用。,8位定時/計數(shù)器T/C0、T/C2（1）,ATmega16的定時/計數(shù)器共有3個：1個16位的定時/計數(shù)器定時/計數(shù)器1（簡稱T/C1）2個8位定時/計數(shù)器定時/計數(shù)器0（簡稱T/C0）、定時/計數(shù)器2（簡稱T/C2）,這3個定時/計數(shù)器各具特點：T/C0功能普通（8位二進制）計數(shù)、定時、PWMT/C1功能多（16位二進制）計數(shù)、定時、PWM、輸入捕獲T/C2功能少且特殊（8位）定時（有異步定時功能，可作為實時時鐘RTC）、PWM,8位定時/計數(shù)器T/C0、T/C2（2）,ATmega16的8位定時/計數(shù)器用戶可以控制：,TCCR0T/C0控制寄存器TCCR2T/C2控制寄存器TIMSKT/C中斷屏蔽寄存器TIFRT/C中斷標志寄存器TCNT0T/C0計數(shù)寄存器TCNT2T/C2計數(shù)寄存器OCR0T/C0輸出比較寄存器OCR2T/C2輸出比較寄存器ASSR異步模式狀態(tài)寄存器,位6、位3：計數(shù)器計數(shù)模式，用于控制T/C0的計數(shù)和工作方式。,位7：強制輸出比較，該位只在WGM位被置為非PWM模式下有效。,T/C0控制寄存器TCCR0,WGM00,COM01,COM00,WGM01,CS02,CS01,CS00,FOC0,位54：比較匹配輸出模式，決定T/C0比較匹配發(fā)生時，輸出引腳OC0（PB3）的行為方式。這是I/O的第二功能，相應(yīng)的方向控制位要置“1”，以便將其配置為輸出。,位20：T/C0的時鐘選擇位，用于定義T/C0的時鐘源。,T/C2控制寄存器TCCR2,WGM20,COM21,COM20,WGM21,CS22,CS21,CS20,FOC2,TCCR2的位73與TCCR0位73的作用完全相同。,位20：T/C2的時鐘選擇位，用于定義T/C2的時鐘源。其功能與T/C0有不同點，無外部計數(shù)功能的選項。,T/C中斷屏蔽寄存器TIMSK,TOIE2,TICIE1,OCIE1A,OCIE1B,TOIE1,OCIE0,TOIE0,OCIE2,位7：T/C2輸出比較匹配中斷使能，為“1”時允許中斷，為“0”時禁止中斷。,位6：T/C2溢出中斷使能，為“1”時允許中斷，為“0”時禁止中斷。,位5：T/C1輸入捕獲中斷使能，為“1”時允許中斷，為“0”時禁止中斷。,位4：T/C1輸出比較A匹配中斷使能，為“1”時允許中斷，為“0”時禁止中斷。,位3：T/C1輸出比較B匹配中斷使能，為“1”時允許中斷，為“0”時禁止中斷。,位2：T/C1溢出中斷使能，為“1”時允許中斷，為“0”時禁止中斷。,位1：T/C0輸出匹配中斷使能，為“1”時允許中斷，為“0”時禁止中斷。,位0：T/C0溢出中斷使能，為“1”時允許中斷，為“0”時禁止中斷。,T/C中斷標志寄存器TIFR,TOV2,ICF1,OCF1A,OCF1B,TOV1,OCF0,TOV0,OCF2,位7：T/C2輸出比較匹配標志。當T/C2計數(shù)器TCNT2與OCR2的值匹配時，該位由硬件置“1”。中斷響應(yīng)后，由硬件清“0”，或通過對該位寫“1”來清“0”。,位6：T/C2溢出中斷標志。當T/C2計數(shù)器TCNT2溢出時，該位由硬件置“1”。中斷響應(yīng)后，由硬件清“0”，或通過對該位寫“1”來清“0”。,位5：T/C1輸入捕獲中斷標志。當T/C1輸入捕獲事件發(fā)生時，該位置“1”。,位4：T/C1輸出比較A匹配中斷標志。,位3：T/C1輸出比較B匹配中斷標志。,位2：T/C1溢出中斷標志。,位1：T/C0輸出比較匹配中斷標志。,位0：T/C0溢出中斷標志。,ATmega16的定時/計數(shù)器共有8個中斷源對應(yīng)8個中斷標志位，這些標志位當條件滿足后，由硬件置“1”，中斷響應(yīng)后由硬件清“0”，也可以對這些位通過軟件寫“1”清“0”。,T/C0計數(shù)寄存器TCNT0,LSB,MSB,T/C2計數(shù)寄存器TCNT2,LSB,MSB,T/C0、T/C2是可以進行讀/寫訪問的向上計數(shù)（加法計數(shù)）的計數(shù)器。只要有有效脈沖輸入，TCNT0、TCNT2就會在寫入值（初值）的基礎(chǔ)上開始計數(shù)。一旦TCNT達到0 xFF，下一個計數(shù)脈沖到來時便回到0 x00，并繼續(xù)向上開始計數(shù)。在TCNT0、2回“0”的同時，溢出標志TOV0、2置“1”。TOV0、2標志置“1”可以用于申請中斷，也可以作為計數(shù)器的第“9”位使用。,T/C0輸出比較寄存器OCR0,LSB,MSB,T/C2輸出比較寄存器OCR2,LSB,MSB,OCR0、OCR2中的8位數(shù)據(jù)用于同TCNT0、TCNT2寄存器中的計數(shù)值進行連續(xù)的匹配比較。如果TCNT0、TCNT2的值與OCR0、OCR2相等，則比較匹配發(fā)生（比較匹配發(fā)生時，對應(yīng)的定時/計數(shù)器輸出引腳OC0、OC2會產(chǎn)生觸發(fā)事件）。比較匹配發(fā)生后，置“1”相應(yīng)的中斷標志OCF0、OCF2。,異步模式狀態(tài)寄存器ASSR,AS2,TCN2UB,OCR2UB,TCR2UB,位3：T/C2異步設(shè)定位。,當AS2=0時，T/C2使用系統(tǒng)I/O時鐘clkI/O作為時鐘源（同步方式）；當AS2=1時，T/C2使用連接在TOSC1引腳上的晶振作為時鐘源（異步方式）。通常連接在TOSC1引腳上的晶振頻率為32.768KHz。,位2：TCNT2更新忙，TCN2UB=0表明TCNT2可以被更新。,位1：OCR2更新忙，OCR2UB=0表明OCR2可以被更新。,位0：TCCR2更新忙，TCR2UB=0表明TCCR2可以被更新。,位74：保留位。,T/C2的異步操作,T/C2的異步操作當AS2=1時，T/C2的計數(shù)時鐘直接取自于外部引腳TOSC1及TOSC2所接的外部石英晶振，計數(shù)時鐘與系統(tǒng)時鐘不同步。,在使用異步方式時注意以下幾點：,在同步與異步方式之間切換時，TCNT2、OCR2和TCCR2的內(nèi)容會受到破壞；,ATmega16芯片已經(jīng)對32.768kHz的手表晶振進行了優(yōu)化，加一個其它頻率的外部時鐘到TOSC1引腳可能會導(dǎo)致T/C2工作不正常；,在對TCNT2、OCR2和TCNT2寄存器進行寫入時，ASSR寄存器的位2、1和0會自動置“1”。在ASSR寄存器的位2、1和0置“1”期間，不能對相應(yīng)位所指的寄存器進行操作。,3.8位定時/計數(shù)器應(yīng)用舉例,T/C0作定時器,T/C2用作實時時鐘,T/C0作定時器,應(yīng)用課題2：使用定時器T/C0的內(nèi)部時鐘晶振，產(chǎn)生1ms中斷，并擴展成1s定時信號，每秒鐘使PA口的狀態(tài)改變1次。,設(shè)計思想,定時器時間常數(shù)的計算：,系統(tǒng)時鐘4.000MHz，64分頻62.5kHz作為定時器計數(shù)脈沖頻率。,定時計數(shù)器加1的時間為1/62.5=0.016ms，定時1ms，需要計數(shù)1/0.016=62.5。使用定時器CTC工作方式，比較值應(yīng)置為62即0 x3E或63即0 x63。1ms的定時有誤差。,從1ms到1s：,1s=1000ms，在1ms的中斷程序中設(shè)計一計數(shù)器jishu，當jishu=1000時，時間即為1s。,程序設(shè)計與分析,#include#pragmainterrupt_handlerzhixing:20intjishu=0;voidzhixing(void)jishu+;if（jishu=1000）PORTA=PORTA;jishu=0;voidmain(void)PORTA=0 x00;DDRA=0 xFF;TCCR0=0 x0B;TCNT0=0 x00;OCR0=0 x3E;TIMSK=0 x02;#asm（“sei”）while（1）;,/應(yīng)該定義成int，不能定義成char,/計數(shù)器jishu加1,/當jishu=1000，表明1s時間到,/按課題要求輸出,/jishu清“0”，很重要,/定義PA口輸出,/CTC模式，系統(tǒng)頻率64分頻，OC0引腳斷開,/1ms定時的比較值,/T/C0比較匹配中斷開放,/總中斷開放SREG|=0 x80；,T/C2用作實時時鐘,應(yīng)用課題1：利用定時器T/C2的實時時鐘晶振，產(chǎn)生1s中斷，并在PD7引腳輸出0.5Hz的方波。,T/C2的時鐘源PC6（TOSC1）、PC7（TOSC2）的32.768kHz的晶振；32.768kHz的晶振128分頻分頻后的晶振頻率為256Hz，周期為1/256秒，計錄256個脈沖時，所需時間為1秒；32.768kHz的晶振256分頻分頻后的晶振頻率為128Hz，周期為1/128秒，記錄128個脈沖所需時間也正好為1秒。為什么將32.768kHz稱為“手表晶振”或“實時時鐘晶振”，T/C2為什么可用作“實時時鐘RTCRealTimeClock”，其道理就在如此。,設(shè)計思想,使用定時器的比較匹配工作方式、計數(shù)頻率256分頻，比較匹配值應(yīng)為128即0 x80；,引腳PD7為T/C2輸出OC2，1s反轉(zhuǎn)一次，輸出波形頻率為0.5Hz。OC2設(shè)置為T/C2比較匹配后觸發(fā)。,程序設(shè)計與分析,#include#pragmainterrupt_handlerzhixing:4voidzhixing(void)voidmain(void)PORTD=0 x00;DDRD=0 xFF;TCCR2=0 x1E;ASSR=0 x08;TCNT2=0 x00;OCR2=0 x80;TIMSK=0 x80;SREG|=0 x80；while(1);,/定義PD口為輸出,/定時器2比較匹配中斷服務(wù)程序,/定時器2定時頻率為外部32768HZ,/0 x1E=0b00011110,CTC模式,比較匹配后OC2觸發(fā),計數(shù)頻率256分頻,/比較匹配值為128,/T/C2比較匹配中斷開放,/全局中斷開放,在TCNT0與OCR0匹配的同時，置比較匹配標志位OCF0為“1”。標志位OCF0可以用于申請中斷。一旦MCU響應(yīng)比較匹配中斷，用戶在中斷服務(wù)程序中可以修改OCR0的值。,PWM輸出原理與方法（1）,PWMPulse-WidthModulation脈沖寬度調(diào)制,PWM輸出的一般形式：,t,PWM波形的特點：,波形頻率恒定，其占空比D可以改變。,定義Dt/為占空比,PWM輸出原理與方法（2）,計數(shù)器,比值寄存器,比較器,S1,S2,溢出標志TF,PWM輸出,時鐘源,當定時器處于PWM工作方式時，計數(shù)器以一定的頻率上、下計數(shù)：從0 x000 xFF，然后反向從0 xFF0 x00，如此反復(fù)。,當計數(shù)器中的數(shù)值與比值寄存器中的數(shù)值相等時，比較器按PWM預(yù)定的規(guī)律輸出脈沖波。,計數(shù)器值,比較值,比較值改變,t1,t2,當比較值改變時D1=t1/、D2=t2/隨之改變，周期不變,PWM模式下的T/C0、T/C2,當TCCR0、TCCR2設(shè)置為PWM模式（WGMn1、WGMn0=0、1）后，T/C0、T/C2以及輸出比較寄存器OCR0、OCR2分別組成8位非對稱（Glitch-free）、相位可調(diào)（PhaseCorrect）的脈寬調(diào)制PWM,輸出引腳分別為OC0、OC2。,在PWM模式下，OC0、OC2引腳的觸發(fā)動作由COMn0、COMn1設(shè)定。,16位定時/計數(shù)器T/C1,如同8位的定時/計數(shù)器，ATmega16的16位定時/計數(shù)器T/C1用戶也是可以控制的：,TCCR1AT/C1控制寄存器ATCCR1BT/C1控制寄存器BTCNT1H和TCNT1LT/C1計數(shù)寄存器OCR1AH和OCR1ALT/C1輸出比較寄存器AOCR1BH和OCR1BLT/C1輸出比較寄存器BICR1H和ICR1LT/C1輸入捕獲寄存器,T/C1控制寄存器ATCCR1A,COM1B1,COM1B0,FOC1A,FOC1B,WGM11,WGM10,COM1A1,COM1A0,位76：T/C1比較匹配A輸出模式。這兩位決定了T/C1比較匹配發(fā)生時輸出引腳OC1A的輸出行為。,位54：T/C1比較匹配B輸出模式。這兩位決定了T/C1比較匹配發(fā)生時輸出引腳OC1B的輸出行為。,位3：強制輸出比較A。,位2：強制輸出比較B。,位10：波形發(fā)生模式。該兩位與WGM13、WGM12（位于TCCR1B）相組合，用于控制T/C1的計數(shù)和工作方式。,T/C1控制寄存器BTCCR1B,WGM13,WGM12,CS12,CS11,CS10,ICNC1,ICES1,位7：輸入捕獲噪聲抑制。當該位置“1”時，捕獲信號要進行連續(xù)4次的采樣，只有4次采樣值都有效時，輸入捕獲標志才置位。,位6：輸入捕獲觸發(fā)方式選擇。當該位置“0”時，捕獲信號下降沿有效；當該位置“1”時，捕獲信號上升沿有效。,位43：波形發(fā)生模式。該兩位與WGM11、WGM10（位于TCCR1A）相組合，用于控制T/C1的計數(shù)和工作方式。,位20：T/C1時鐘源選擇。,位5：保留。,T/C1計數(shù)寄存器TCNT1H和TCNT1L,MSB,LSB,TCNT1H和TCNT1L組成T/C1的16位計數(shù)寄存器TCNT1，它是向上計數(shù)的計數(shù)器（加法計數(shù)器）或上/下計數(shù)的計數(shù)器（在PWM模式下）。若T/C1被置初值，則T/C1將在預(yù)置初值的基礎(chǔ)上計數(shù)。,T/C1輸出比較寄存器AOCR1AH和OCR1AL,MSB,LSB,T/C1輸出比較寄存器BOCR1BH和OCR1BL,OCR1AH和OCR1AL（OCR1BH和OCR1BL）組成16位輸出比較寄存器OCR1A（OCR1B）。該寄存器中的16位數(shù)據(jù)用于同TCNT1寄存器中的計數(shù)值進行連續(xù)的匹配比較。一旦TCNT1的計數(shù)值與OCR1A（OCR1B）的數(shù)據(jù)匹配相等，則比較匹配發(fā)生。用軟件的寫操作將TCNT1與OCR1A、OCR1B設(shè)置為相等，不會引發(fā)比較匹配。比較匹配發(fā)生后，將置位相應(yīng)的中斷請求標志OCF1A和OCF1B。,T/C1輸入捕獲寄存器ICR1H和ICR1L,MSB,LSB,ICR1H和ICR1L組成16位的輸入捕獲寄存器ICR1。按照ICES1的設(shè)定，外部輸入捕獲引腳ICP發(fā)生上跳變或下跳變時，計數(shù)器TCNT1中的值寫入寄存器ICR1中，同時輸入捕獲中斷標志ICF1將置“1”。,PWM模式下的T/C1,如同T/C0、2，當T/C1選擇PWM模式后，T/C1和OCR1A/OCR1B共同組成兩個8、9或10位相位可調(diào)的PWM，兩個8、9或10位的快速PWM，兩個相位頻率可調(diào)的PWM。此時，T/C1作為上/下計數(shù)器（或向上計數(shù)的計數(shù)器快速PWM），從0計數(shù)到TOP，然后反向計數(shù)到0（或從0計數(shù)到TOP，然后再從0計數(shù)到TOP）。當計數(shù)器中的數(shù)值與OCR1A/OCR1B的數(shù)值一致時，OC1A/OC1B按照COM1A0/COM1A1和COM1B0/COM1B1的設(shè)置動作。,4.16位定時/計數(shù)器1應(yīng)用舉例,脈沖頻率測量計數(shù)法,脈沖頻率測量計數(shù)法,應(yīng)用課題：將定時器T/C0作為方波發(fā)生器，產(chǎn)生某一頻率的方波（高頻），并測量其頻率。,設(shè)計思想,脈沖頻率的測量方法,（1）計單位時間內(nèi)脈沖的個數(shù)；,（2）測一個脈沖的周期，周期的倒數(shù)即為其頻率。,本課題測量的實現(xiàn),T0為方波發(fā)生器，輸出引腳OC0；,T1工作于計數(shù)方式，記錄T0輸出的方波數(shù)；,T2為定時器，定時時間1毫秒，并擴展成1秒。顯然，1秒時間內(nèi)，T1的計數(shù)值即為T0輸出方波的頻率。,PORTB=0X00;DDRB=0X08;/PB3（OC0）輸出TCCR0=0X1B;/T/C0方波發(fā)生器,CTC模式，比較匹配后OC0觸發(fā)，方波頻率244.14HzTCNT0=0X00;OCR0=0X80;ASSR=0X00;/T/C2定時1ms,CTC模式、計數(shù)頻率為系統(tǒng)頻率32分頻、比