四、ATMEGA16的定時/計數(shù)器

四—（01）、四位顯示秒表試驗(yàn)

首先懷念一下咱們的體育課，再體育課或者田徑比賽的時候，老師會經(jīng)常使用秒表來記錄同學(xué)們的成績。在此，來進(jìn)行一個秒表的設(shè)計。（說實(shí)話，這個秒表真的太貴了，不過只是實(shí)驗(yàn)，純屬娛樂）

使用INT0鍵進(jìn)行計時的開始/停止，使用S1鍵作為計時值得清楚，并且采用6位數(shù)碼管的右四位進(jìn)行顯示。

定時器T0被用作掃描4位數(shù)碼管（采用溢出中斷，每1ms中斷一次），而定時器T1則用來計時（咱們用的秒表用來顯示四位，兩位小數(shù)，也就是每計時10ms中斷溢出一次）。

1、預(yù)分頻器和多路選擇器

ATMEGA16有兩個8位定時/計數(shù)器（T/C0、T/C2)和一個16位定時/計數(shù)器（T/C1)。

ATMEGA16的定時器/計數(shù)器時鐘是可選擇的。其時鐘部分包括預(yù)分頻器和一個多路選擇器。預(yù)分頻器課被認(rèn)為是一個有多級輸出的分頻器。ATMEGA16用一個10位的計數(shù)器把輸入的時鐘分為4種可選擇的分頻輸出。多路選擇器可設(shè)置使用其中一個分頻輸出，或者不適用分頻輸出和使用外部引腳輸入時鐘。

看圖看真相：（其中只有0和1的，2的同理啊~好像那個0和1共用一個，具體我給忘記了，自己看datasheet~）

2、8 位定時器/ 計時器0

T/C0 是一個通用的單通道8 位定時器/ 計數(shù)器模塊。其主要特點(diǎn)如下：
? 單通道計數(shù)器
? 比較匹配發(fā)生時清除定時器( 自動加載)
? 無干擾脈沖，相位正確的PWM
? 頻率發(fā)生器
? 外部事件計數(shù)器
? 10 位的時鐘預(yù)分頻器
? 溢出和比較匹配中斷源 (TOV0 和 OCF0)

Figure 27為8位定時器/計數(shù)器的簡化框圖（說實(shí)話，我也看不懂啊~~）

寄存器：

T/C(TCNT0)和輸出比較寄存器(OCR0)為8位寄存器。中斷請求(圖中簡寫為Int.Req. ) 信
號在定時器中斷標(biāo)志寄存器TIFR 都有反映。 所有中斷都可以通過定時器中斷屏蔽寄存器
TIMSK 單獨(dú)進(jìn)行屏蔽。圖中沒有給出TIFR 和TIMSK。
T/C可以通過預(yù)分頻器由內(nèi)部時鐘源驅(qū)動，或者是通過T0 引腳的外部時鐘源來驅(qū)動。時鐘
選擇邏輯模塊控制使用哪一個時鐘源與什么邊沿來增加( 或降低)T/C 的數(shù)值。如果沒有
選擇時鐘源T/C 就不工作。時鐘選擇模塊的輸出定義為定時器時鐘clkT0。
雙緩沖的輸出比較寄存器OCR0 一直與T/C 的數(shù)值進(jìn)行比較。比較的結(jié)果可用來產(chǎn)生
PWM波，或在輸出比較引腳OC0上產(chǎn)生變化頻率的輸出。比較匹配事件還將置位比較標(biāo)志OCF0。此標(biāo)志可以用來產(chǎn)生輸出比較中斷請求。

定義：

本文的許多寄存器及其各個位以通用的格式表示。小寫的“n” 取代了T/C 的序號，在此即
為0。小寫的“x” 取代了輸出比較單元通道，在此即為通道A。但是在寫程序時要使用精
確的格式，例如使用TCNT0 來訪問T/C0 計數(shù)器值，等等。

T/C 時鐘源：

T/C 可以由內(nèi)部同步時鐘或外部異步時鐘驅(qū)動。時鐘源是由時鐘選擇邏輯決定的，而時鐘
選擇邏輯是由位于T/C 控制寄存器TCCR0 的時鐘選擇位CS02:0 控制的。

計數(shù)器單元：

8位T/C的主要部分為可編程的雙向計數(shù)單元。 Figure 28 即為計數(shù)器和周邊電路的框圖。

根據(jù)不同的工作模式，計數(shù)器針對每一個clkT0 實(shí)現(xiàn)清零、加一或減一操作。clkT0 可以由
內(nèi)部時鐘源或外部時鐘源產(chǎn)生，具體由時鐘選擇位CS02:0 確定。沒有選擇時鐘源時
(CS02:0 = 0) 定時器即停止。但是不管有沒有clkT0，CPU 都可以訪問TCNT0。CPU 寫操
作比計數(shù)器其他操作( 如清零、加減操作) 的優(yōu)先級高。
計數(shù)序列由T/C 控制寄存器 (TCCR0) 的WGM01 和WGM00 決定。計數(shù)器計數(shù)行為與輸
出比較OC0 的波形有緊密的關(guān)系。有關(guān)計數(shù)序列和波形產(chǎn)生的詳細(xì)信息請參考P72“ 工作
模式” 。
T/C溢出中斷標(biāo)志TOV0根據(jù)WGM01:0 設(shè)定的工作模式來設(shè)置。TOV0可以用于產(chǎn)生CPU
中斷。

輸出比較單元：

8位比較器持續(xù)對TCNT0和輸出比較寄存器OCR0進(jìn)行比較。一旦TCNT0等于OCR0，比
較器就給出匹配信號。在匹配發(fā)生的下一個定時器時鐘周期輸出比較標(biāo)志OCF0 置位。若
此時OCIE0 = 1 且SREG 的全局中斷標(biāo)志I 置位，CPU 將產(chǎn)生輸出比較中斷。執(zhí)行中斷
服務(wù)程序時OCF0 自動清零，或者通過軟件寫”1” 的方式來清零。根據(jù)由WGM21:0 和COM01:0 設(shè)定的不同的工作模式，波形發(fā)生器利用匹配信號產(chǎn)生不同的波形。同時，波
形發(fā)生器還利用max 和bottom 信號來處理極值條件下的特殊情況
Figure 29 為輸出比較單元的方框圖。


使用PWM 模式時OCR0 寄存器為雙緩沖寄存器；而在正常工作模式和匹配時清零模式
雙緩沖功能是禁止的。雙緩沖可以將更新OCR0 寄存器與top 或bottom 時刻同步起來，
從而防止產(chǎn)生不對稱的PWM 脈沖，消除了干擾脈沖。
訪問OCR0 寄存器看起來很復(fù)雜，其實(shí)不然。使能雙緩沖功能時，CPU 訪問的是OCR0
緩沖寄存器；禁止雙緩沖功能時CPU 訪問的則是OCR0 本身。（好了，你笨上就這么多吧，我還是看書上的排版比較好啊~~datasheet真的好大啊~``)

3、8位定時/計數(shù)器0的寄存器

1）T/C 控制寄存器－ TCCR0

? Bit 7 – FOC0: 強(qiáng)制輸出比較
FOC0僅在WGM00指明非PWM模式時才有效。但是，為了保證與未來器件的兼容性，在
使用PWM 時，寫TCCR0 要對其清零。對其寫1 后，波形發(fā)生器將立即進(jìn)行比較操作。
比較匹配輸出引腳 OC0 將按照COM01:0 的設(shè)置輸出相應(yīng)的電平。要注意FOC0 類似一
個鎖存信號，真正對強(qiáng)制輸出比較起作用的是COM01:0 的設(shè)置。
FOC0不會引發(fā)任何中斷，也不會在利用OCR0作為TOP的CTC模式下對定時器進(jìn)行清零
的操作。
讀FOC0 的返回值永遠(yuǎn)為0。

? Bit 6, 3 – WGM01:0: 波形產(chǎn)生模式
這幾位控制計數(shù)器的計數(shù)序列，計數(shù)器的最大值TOP，以及產(chǎn)生何種波形。T/C 支持的
模式有：普通模式，比較匹配發(fā)生時清除計數(shù)器模式(CTC)，以及兩種PWM 模式，詳見
Table 38 與P72“ 工作模式” 。

? Bit 5:4 – COM01:0: 比較匹配輸出模式
這些位決定了比較匹配發(fā)生時輸出引腳OC0 的電平。如果COM01:0 中的一位或全部都
置位， OC0 以比較匹配輸出的方式進(jìn)行工作。同時其方向控制位要設(shè)置為1 以使能輸出
驅(qū)動器。
當(dāng)OC0 連接到物理引腳上時， COM01:0 的功能依賴于WGM01:0 的設(shè)置。Table 39 給
出了當(dāng)WGM01:0 設(shè)置為普通模式或CTC 模式時COM01:0 的功能。

? Bit 2:0 – CS02:0: 時鐘選擇
用于選擇T/C 的時鐘源。

如果T/C0 使用外部時鐘，即使T0 被配置為輸出，其上的電平變化仍然會驅(qū)動記數(shù)器。
利用這一特性可通過軟件控制記數(shù)（這里應(yīng)該注意一下下~~~）。

2）T/C0計數(shù)寄存器—TCNT0



通過T/C 寄存器可以直接對計數(shù)器的8 位數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫訪問。對TCNT0 寄存器的寫訪問
將在下一個時鐘阻止比較匹配。在計數(shù)器運(yùn)行的過程中修改TCNT0 的數(shù)值有可能丟失一
次TCNT0 和OCR0 的比較匹配。

3）輸出比較寄存器—OCR0

輸出比較寄存器包含一個8 位的數(shù)據(jù)，不間斷地與計數(shù)器數(shù)值TCNT0 進(jìn)行比較。匹配事
件可以用來產(chǎn)生輸出比較中斷，或者用來在OC0 引腳上產(chǎn)生波形。

4）中斷屏蔽寄存器—TIMSK

? Bit 1 – OCIE0: T/C0 輸出比較匹配中斷使能
當(dāng)OCIE0 和狀態(tài)寄存器的全局中斷使能位I 都為”1” 時，T/C0 的輸出比較匹配中斷使能。
當(dāng)T/C0 的比較匹配發(fā)生，即TIFR 中的OCF0 置位時，中斷服務(wù)程序得以執(zhí)行。
? Bit 0 – TOIE0: T/C0 溢出中斷使能
當(dāng)TOIE0 和狀態(tài)寄存器的全局中斷使能位I 都為”1” 時，T/C0 的溢出中斷使能。當(dāng)T/C0
發(fā)生溢出，即TIFR 中的TOV0 位置位時，中斷服務(wù)程序得以執(zhí)行。

5）定時/計數(shù)器中斷標(biāo)志寄存器—TIFR

? Bit 1 – OCF0: 輸出比較標(biāo)志0
當(dāng)T/C0 與OCR0( 輸出比較寄存器0) 的值匹配時，OCF0 置位。此位在中斷服務(wù)程序里
硬件清零，也可以對其寫1 來清零。當(dāng)SREG 中的位I、OCIE0(T/C0 比較匹配中斷使能
) 和OCF0 都置位時，中斷服務(wù)程序得到執(zhí)行。
? Bit 0 – TOV0: T/C0 溢出標(biāo)志
當(dāng)T/C0 溢出時， TOV0 置位。執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)程序時此位硬件清零。此外， TOV0
也可以通過寫1 來清零。當(dāng)SREG 中的位I、TOIE0(T/C0 溢出中斷使能) 和TOV0 都置
位時，中斷服務(wù)程序得到執(zhí)行。在相位修正PWM 模式中，當(dāng)T/C0 在0x00 改變記數(shù)方
向時， TOV0 置位（這里我還真的不會~~）。

下面的是個補(bǔ)充：具體我也不知道~因?yàn)槲乙矝]有用過，回頭用了再來更新，哈。

4、16位定時/計數(shù)器T/C1

16位的T/C 可以實(shí)現(xiàn)精確的程序定時( 事件管理)、波形產(chǎn)生和信號測量。其主要特點(diǎn)如下
? 真正的16 位設(shè)計( 即允許16 位的PWM)
? 2 個獨(dú)立的輸出比較單元
? 雙緩沖的輸出比較寄存器
? 一個輸入捕捉單元
? 輸入捕捉噪聲抑制器
? 比較匹配發(fā)生時清除寄存器( 自動重載)
? 無干擾脈沖，相位正確的PWM
? 可變的PWM 周期
? 頻率發(fā)生器
? 外部事件計數(shù)器
? 4 個獨(dú)立的中斷源(TOV1、 OCF1A、OCF1B 與ICF1)

先看看圖吧：

寄存器：

定時器/ 計數(shù)器TCNT1、輸出比較寄存器OCR1A/B 與輸入捕捉寄存器ICR1 均為16 位
寄存器。訪問16 位寄存器必須通過特殊的步驟，詳見P85“ 訪問16 位寄存器” 。T/C 控
制寄存器TCCR1A/B 為8 位寄存器，沒有CPU 訪問的限制。中斷請求( 圖中簡寫為
Int.Req.) 信號在中斷標(biāo)志寄存器TIFR1 都有反映。所有中斷都可以由中斷屏蔽寄存器
TIMSK1 單獨(dú)控制。圖中未給出TIFR1 與TIMSK1。
T/C可由內(nèi)部時鐘通過預(yù)分頻器或通過由T1引腳輸入的外部時鐘驅(qū)動。引發(fā)T/C數(shù)值增加(
或減少) 的時鐘源及其有效沿由時鐘選擇邏輯模塊控制。沒有選擇時鐘源時T/C 處于停止
狀態(tài)。時鐘選擇邏輯模塊的輸出稱為clkT1。
雙緩沖輸出比較寄存器OCR1A/B 一直與T/C 的值做比較。波形發(fā)生器用比較結(jié)果產(chǎn)生
PWM或在輸出比較引腳OC1A/B輸出可變頻率的信號。參見P91 “輸出比較單元” 。比較匹
配結(jié)果還可置位比較匹配標(biāo)志OCF1A/B，用來產(chǎn)生輸出比較中斷請求。
當(dāng)輸入捕捉引腳ICP1 或模擬比較器輸入引腳( 見P189 “ 模擬比較器” ) 有輸入捕捉事件
產(chǎn)生( 邊沿觸發(fā)) 時，當(dāng)時的T/C 值被傳輸?shù)捷斎氩蹲郊拇嫫鞅４嫫饋?。輸入捕捉單元?br/>括一個數(shù)字濾波單元( 噪聲消除器) 以降低噪聲干擾。
在某些操作模式下， TOP 值或T/C 的最大值可由OCR1A 寄存器、ICR1 寄存器，或一
些固定數(shù)據(jù)來定義。在PWM 模式下用OCR1A 作為TOP 值時， OCR1A 寄存器不能用
作PWM 輸出。但此時OCR1A 是雙向緩沖的， TOP 值可在運(yùn)行過程中得到改變。當(dāng)需
要一個固定的TOP 值時可以使用ICR1 寄存器，從而釋放OCR1A 來用作PWM 的輸出。