會計學(xué)1AVR單片機定時計數(shù)器的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用3.計數(shù)器類型計數(shù)器類型是指計數(shù)器的計數(shù)運行方式，可分為加一（減一）計數(shù)器，單程計數(shù)或雙向計數(shù)等。4.計數(shù)器的上下限計數(shù)器的上下限指計數(shù)單元的最小值和最大值。一般情況下，計數(shù)器的下限值為零，上限值為計數(shù)單元的最大計數(shù)值，即255（8位）或65535（16位）。需要注意的是，當(dāng)計數(shù)器工作在不同模式下時，計數(shù)器的上限值并不都是計數(shù)單元的最大計數(shù)值255或65535，它將取決于用戶的配置和設(shè)定。5.計數(shù)器的事件計數(shù)器的事件指計數(shù)器處于某種狀態(tài)時的輸出信號，該信號通?？梢韵騇CU申請中斷。如當(dāng)計數(shù)器計數(shù)到達計數(shù)上限值255時，產(chǎn)生“溢出”信號，向MCU申請中斷。第1頁/共29頁兩個8位的定時計數(shù)器：T/C0、T/C2主要特點是：1.單通道計數(shù)器。2.比較匹配時清零計數(shù)器（自動重裝特性，AutoReload）。3.可產(chǎn)生無輸出抖動（glitch-free）的，相位可調(diào)的脈寬調(diào)制（PWM）信號輸出。4.頻率發(fā)生器。5.外部事件計數(shù)器（僅T/C0）。6.帶10位的時鐘預(yù)分頻器。7.溢出和比較匹配中斷源（TOV0、OCF0和TOV2、OCF2）。允許使用外部引腳的32kHz手表晶振作為獨立的計數(shù)時鐘源（僅T/C2）T/C0、T/C2的主要結(jié)構(gòu)和大部分的功能是相同或類似的第2頁/共29頁1.T/C0的組成結(jié)構(gòu)第3頁/共29頁圖中給出了MCU可以操作的寄存器以及相關(guān)的標(biāo)志位。

在T/C0中，有1.兩個8位的寄存器;2.計數(shù)寄存器TCNT03.輸出比較寄存器OCR0。4.T/C0的控制寄存器TCCR05.中斷標(biāo)志寄存器TIFR6.定時器中斷屏蔽寄存器TIMSK。

T/C0的計數(shù)器事件輸出信號有兩個

1.計數(shù)器計數(shù)溢出TOV02.比較匹配相等OCF0。

這兩個事件的輸出信號都可以申請中斷，中斷請求信號TOV0、OCF0可以在定時器中斷標(biāo)志寄存器TIFR中找到，同時在定時器中斷屏蔽寄存器TIMSK中，可以找到與TOV0、OCF0對應(yīng)的兩個相互獨立的中斷屏蔽控制位TOIE0、OCIE0。第4頁/共29頁（1）T/C0的時鐘源來自外部引腳T0的信號提供，來自芯片的內(nèi)部。

①T/C0計數(shù)時鐘源的選擇

T/C0的時鐘源的選擇由T/C0的控制寄存器TCCR0中的3個標(biāo)志位CS0[2:0]確定，共有8種選擇。無時鐘源（停止計數(shù)），外部引腳T0的上升沿或下降沿，以及內(nèi)部系統(tǒng)時鐘經(jīng)過一個10位預(yù)定比例分頻器分頻的5種頻率的時鐘信號（1/1、1/8、1/64、1/256、1/1024）。

②

使用系統(tǒng)內(nèi)部時鐘源

當(dāng)定時計數(shù)器使用系統(tǒng)內(nèi)部時鐘作為計數(shù)源時，通常作為定時器和波形發(fā)生器使用。AVR在定時計數(shù)器和內(nèi)部系統(tǒng)時鐘之間增加了一個預(yù)定比例分頻器，分頻器對系統(tǒng)時鐘信號進行不同比例的分頻，分頻后的時鐘信號提供定時計數(shù)器使用。利用預(yù)定比例分頻器，定時計數(shù)器可以從內(nèi)部系統(tǒng)時鐘獲得幾種不同頻率的計數(shù)脈沖信號。第5頁/共29頁T/C0的時鐘源與10位預(yù)定比例分頻器

第6頁/共29頁③

使用外部時鐘源

當(dāng)定時計數(shù)器使用外部時鐘作為計數(shù)源時，通常作為計數(shù)器使用，用于記錄外部脈沖的個數(shù)。外部引腳T0（PB0）上的脈沖信號可以作為C/T0的計數(shù)時鐘源。

PB0引腳內(nèi)部有一個同步采樣電路（Synchronization），它在每個系統(tǒng)時鐘周期都對T0引腳上的電平進行同步采樣，然后將同步采樣信號送到邊沿檢測器（EdgeDetector）中。邊沿檢測電路對同步采樣的輸出信號進行邊沿檢測，當(dāng)檢測到一個正跳變（CS0[2:0]=7）或負跳變（CS0[2:0]=8）時產(chǎn)生一個計數(shù)脈沖CLKT0。

第7頁/共29頁（2）T/C0的計數(shù)單元T/C0的計數(shù)單元是一個可編程的8位雙向計數(shù)器，邏輯功能圖計數(shù)（count） TCNT0加1或減1。方向（direction） 加或減的控制。清除（clear） 清零TCNT0。計數(shù)時鐘（clkT0） C/T0時鐘源頂部值（TOP） 表示TCNT0計數(shù)值到達上邊界。底部值（BOTTOM）表示TCNT0計數(shù)值到達下邊界（零）。第8頁/共29頁T/C0根據(jù)計數(shù)器的工作模式,在每一個clkT0時鐘到來時,計數(shù)器進行加1、減1或清零操作。clkT0的來源由標(biāo)志位CS0[2:0]設(shè)定。當(dāng)CS0[2:0]=0時，計數(shù)器停止計數(shù)（無計數(shù)時鐘源）。T/C0的計數(shù)值保存在8位的寄存器TCNT0中，MCU可以在任何時間訪問（讀/寫）TCNT0。MCU寫入TCNT0的值將立即覆蓋其中原有的內(nèi)容，同時也會影響到計數(shù)器的運行。

計數(shù)器的計數(shù)序列取決于寄存器TCCR0中標(biāo)志位WGM0[1:0]的設(shè)置。WGM0[1:0]的設(shè)置直接影響到計數(shù)器的計數(shù)方式和OC0的輸出，同時也影響和涉及T/C0的溢出標(biāo)志位TOV0的置位。標(biāo)志位TOV0可以用于產(chǎn)生中斷申請第9頁/共29頁在T/C0運行期間，比較匹配單元將寄存器TCNT0的計數(shù)值同寄存器OCR0的內(nèi)容進行比較（硬件進行自動比較處理）。兩者相等,在下一個計數(shù)時鐘脈沖到達時置位OCF0標(biāo)志位。標(biāo)志位OCF0也可以用于產(chǎn)生中斷申請。根據(jù)WGM0[1:0]和COM0[1:0]的不同設(shè)置，可控制比較匹配單元產(chǎn)生和輸出不同類型的脈沖波形。（3）比較匹配單元第10頁/共29頁寄存器OCR0實際上配置有一個輔助緩存器。當(dāng)T/C0工作在非PWM模式下時，該輔助緩存器處于被禁止使用狀態(tài)，此時MCU直接訪問和操作寄存器OCR0。當(dāng)T/C0工作在PWM模式時，該輔助緩存器投入使用，這時MCU對OCR0的訪問操作，實際上是對OCR0的輔助緩存器操作。一旦計數(shù)器TCNT0的計數(shù)值達到設(shè)定的最大值（TOP）或最小值（BOTTOM）時，輔助緩存器中的內(nèi)容將同步更新比較寄存器OCR0的值。這將有效防止產(chǎn)生奇邊非對稱的PWM脈沖信號，使輸出的PWM波中沒有雜散脈沖。第11頁/共29頁①強制輸出比較

在非PWM波形發(fā)生模式下，寫1到強制輸出比較位（FOC0）時，將強制比較器產(chǎn)生一個比較匹配輸出信號。強制比較輸出信號不會置OCF0標(biāo)志位或重新裝載/清零計數(shù)器，但是會像真的發(fā)生了比較匹配事件一樣更新OC0輸出引腳輸出。②通過寫TCNT0寄存器屏蔽比較匹配事件

任何MCU對TCNT0寄存器的寫操作都會屏蔽在下一個定時器時鐘周期中的發(fā)生的比較匹配事件，即使在定時器暫停時。這一特性使OCR0可以被初始化為與TCNT0相同的值，而不會在定時計數(shù)器被使能時觸發(fā)中斷。

③使用輸出比較單元由于在任何工作模式下，寫TCNT0寄存器都會使得輸出比較匹配事件被屏蔽一個定時器時鐘周期，因此可能會影響比較匹配輸出的正確性。例如，寫入一個與OCR0相同的值到TCNT0時，將丟失一次比較匹配事件，從而引起發(fā)生不正確的波形。同樣，當(dāng)定時器是向下計數(shù)時，不要將下邊界的值寫入TCNT0。第12頁/共29頁（4）比較匹配輸出單元

標(biāo)志位COM0[1:0]有兩個作用：定義OC0的輸出狀態(tài)，以及控制外部引腳OC0是否輸出OC0寄存器的值。當(dāng)標(biāo)志位COM0[1:0]中任何一位為“1”時，波形發(fā)生器的輸出OC0取代引腳PB3原來的I/O功能，但引腳的方向寄存器DDRB3仍然控制OC0引腳的輸入/輸出方向。如果要在外部引腳PB3上輸出OC0的邏輯電平，應(yīng)設(shè)定DDRB3定義該引腳為輸出腳。采用這種結(jié)構(gòu)，用戶可以先初始化OC0的狀態(tài)，然后再允許其由引腳PB3輸出。

第13頁/共29頁（5）比較輸出模式和波形發(fā)生器T/C0有四種工作模式，根據(jù)COM0[1:0]的不同設(shè)定，波形發(fā)生器將產(chǎn)生各種不同的脈沖波形，如PWM波形的產(chǎn)生和輸出。但只要COM0[1:0]=0，波形發(fā)生器對OC0寄存器沒有任何作用。第14頁/共29頁2．與8位T/C0相關(guān)的寄存器（1）T/C0計數(shù)寄存器—TCNT0TCNT0是T/C0的計數(shù)值寄存器，該寄存器可以直接被MCU讀寫訪問。寫TCNT0寄存器將在下一個定時器時鐘周期中阻塞比較匹配。因此，在計數(shù)器運行期間修改TCNT0的內(nèi)容，有可能將丟失一次TCNT0與OCR0的匹配比較操作。第15頁/共29頁（2）輸出比較寄存器—OCR0

8位寄存器OCR0中的數(shù)據(jù)用于同TCNT0寄存器中的計數(shù)值進行匹配比較。在T/C0運行期間，比較匹配單元一直將寄存器TCNT0的計數(shù)值同寄存器OCR0的內(nèi)容進行比較。一旦TCNT0的計數(shù)值與OCR0的數(shù)據(jù)匹配相等，將產(chǎn)生一個輸出比較匹配相等的中斷申請，或改變OC2的輸出邏輯電平。第16頁/共29頁（3）定時計數(shù)器中斷屏蔽寄存器—TIMSK

位7（位1）—OCIE2（OCIE0）：T/C2（T/C0）輸出比較匹配中斷允許標(biāo)志位當(dāng)OCIE2（OCIE0）被設(shè)為“1”，且狀態(tài)寄存器中的I位被設(shè)為“1”時，將使能T/C2（T/C0）的輸出比較匹配中斷。若在T/C2（T/C0）上發(fā)生輸出比較匹配，即OCF2=1（OCF0=1）時，則執(zhí)行T/C2（T/C0）輸出比較匹配中斷服務(wù)程序。位6（位0）—TOIE2（TOIE0）：T/C2（T/C0）溢出中斷允許標(biāo)志位當(dāng)TOIE2（TOIE0）被設(shè)為“1”，且狀態(tài)寄存器中的I位被設(shè)為“1”時，將使能T/C2（T/C0）溢出中斷。若在T/C2（T/C0）上發(fā)生溢出，即TOV2=1（TOV0=1）時，則執(zhí)行T/C2（T/C0）溢出中斷服務(wù)程序。第17頁/共29頁（4）定時計數(shù)器中斷標(biāo)志寄存器—TIFR位7（位1）—OCF2（OCF0）：T/C2（T/C0）比較匹配輸出的中斷標(biāo)志位當(dāng)T/C2（T/C0）輸出比較匹配成功，即TCNT2=OCR2（TCNT0=OCR0）時，OCF2（OCF0）位被設(shè)為“1”。當(dāng)轉(zhuǎn)入T/C2（T/C0）輸出比較匹配中斷向量執(zhí)行中斷處理程序時，OCF2（OCF0）由硬件自動清零。寫入一個邏輯“1”到OCF2（OCF0）標(biāo)志位將清除該標(biāo)志位。當(dāng)寄存器SREG中的I位、OCIE2（OCIE0）以及OCF2（OCF0）均為“1”時，T/C2（T/C0）的輸出比較匹配中斷被執(zhí)行。位6（位0）—TOV2（TOV0）：T/C2（T/C0）溢出中斷標(biāo)志位當(dāng)T/C2（T/C0）產(chǎn)生溢出時，TOV2（TOV0）位被設(shè)為“1”。當(dāng)轉(zhuǎn)入T/C2（T/C0）溢出中斷向量執(zhí)行中斷處理程序時，TOV2（TOV0）由硬件自動清零。寫入一個邏輯“1”到TOV2（TOV0）標(biāo)志位將清除該標(biāo)志位。當(dāng)寄存器SREG中的I位、TOIE2（TOIE0）以及TOV2（TOV0）均為“1”時，T/C2（T/C0）的溢出中斷被執(zhí)行。在PWM模式中，當(dāng)T/C2（T/C0）計數(shù)器的值為0x00并改變計數(shù)方向時，TOV2（TOV0）自動被置為“1”。第18頁/共29頁（5）T/C0控制寄存器—TCCR0

8位寄存器TCCR0是T/C0的控制寄存器，它用于選擇計數(shù)器的計數(shù)源，工作模式和比較輸出的方式等。位7—FOC0：強制輸出比較FOC0位只在T/C0被設(shè)置為非PWM模式下工作時才有效，在PWM模式下寫TCCR0寄存器時，該位必須被寫零。當(dāng)將一個邏輯“1”寫到FOC0位時，會強加在波形發(fā)生器上一個比較匹配成功信號，使波形發(fā)生器依據(jù)COM0[1:0]位的設(shè)置而改變OC0輸出狀態(tài)。注意：FOC0的作用僅如同一個選通脈沖，而OC0的輸出還是取決于COM0[1:0]位的設(shè)置。一個FOC0選通脈沖不會產(chǎn)生任何的中斷申請，也不影響計數(shù)器TCNT0和寄存器OCR0的值。一旦一個真正的比較匹配發(fā)生，OC0的輸出將根據(jù)COM0[1:0]位的設(shè)置而更新。第19頁/共29頁位3，6—WGM0[1:0]：波形發(fā)生模式這兩個標(biāo)志位控制T/C0的計數(shù)和工作方式，計數(shù)器計數(shù)的上限值，以及確定波形發(fā)生器的工作模式（見表8.1）。T/C0支持的工作模式有：普通模式，比較匹配時定時器清零（CTC）模式，以及兩種脈寬調(diào)制（PWM）模式。第20頁/共29頁位5，4—COM0[1:0]：比較匹配輸出方式這兩個位用于控制比較輸出引腳OC0的輸出方式。如果COM0[1:0]中的任何一位或兩位被置“1”，OC0的輸出將覆蓋PB3引腳的通用I/O端口功能，但此時PB3引腳的數(shù)據(jù)方向寄存器DDRB3位必須置為輸出方式。當(dāng)引腳PB3作為OC0輸出引腳時，其輸出方式取決于COM0[1:0