AVR单片机（学习ing）—（四）、ATMEGA16的定时/计数器—01

四、ATMEGA16的定时/计数器

四—（01）、四位显示秒表试验

首先怀念一下咱们的体育课，再体育课或者田径比赛的时候，老师会经常使用秒表来记录同学们的成绩。在此，来进行一个秒表的设计。（说实话，这个秒表真的太贵了，不过只是实验，纯属娱乐）

使用INT0键进行计时的开始/停止，使用S1键作为计时值得清楚，并且采用6位数码管的右四位进行显示。

定时器T0被用作扫描4位数码管（采用溢出中断，每1ms中断一次），而定时器T1则用来计时（咱们用的秒表用来显示四位，两位小数，也就是每计时10ms中断溢出一次）。

1、预分频器和多路选择器

ATMEGA16有两个8位定时/计数器（T/C0、T/C2)和一个16位定时/计数器（T/C1)。

ATMEGA16的定时器/计数器时钟是可选择的。其时钟部分包括预分频器和一个多路选择器。预分频器课被认为是一个有多级输出的分频器。ATMEGA16用一个10位的计数器把输入的时钟分为4种可选择的分频输出。多路选择器可设置使用其中一个分频输出，或者不适用分频输出和使用外部引脚输入时钟。

看图看真相：（其中只有0和1的，2的同理啊~好像那个0和1共用一个，具体我给忘记了，自己看datasheet~）

2、8 位定时器/ 计时器0

T/C0 是一个通用的单通道8 位定时器/ 计数器模块。其主要特点如下：
? 单通道计数器
? 比较匹配发生时清除定时器( 自动加载)
? 无干扰脉冲，相位正确的PWM
? 频率发生器
? 外部事件计数器
? 10 位的时钟预分频器
? 溢出和比较匹配中断源 (TOV0 和 OCF0)

Figure 27为8位定时器/计数器的简化框图（说实话，我也看不懂啊~~）

寄存器：

T/C(TCNT0)和输出比较寄存器(OCR0)为8位寄存器。中断请求(图中简写为Int.Req. ) 信
号在定时器中断标志寄存器TIFR 都有反映。 所有中断都可以通过定时器中断屏蔽寄存器
TIMSK 单独进行屏蔽。图中没有给出TIFR 和TIMSK。
T/C可以通过预分频器由内部时钟源驱动，或者是通过T0 引脚的外部时钟源来驱动。时钟
选择逻辑模块控制使用哪一个时钟源与什么边沿来增加( 或降低)T/C 的数值。如果没有
选择时钟源T/C 就不工作。时钟选择模块的输出定义为定时器时钟clkT0。
双缓冲的输出比较寄存器OCR0 一直与T/C 的数值进行比较。比较的结果可用来产生
PWM波，或在输出比较引脚OC0上产生变化频率的输出。比较匹配事件还将置位比较标志OCF0。此标志可以用来产生输出比较中断请求。

定义：

本文的许多寄存器及其各个位以通用的格式表示。小写的“n” 取代了T/C 的序号，在此即
为0。小写的“x” 取代了输出比较单元通道，在此即为通道A。但是在写程序时要使用精
确的格式，例如使用TCNT0 来访问T/C0 计数器值，等等。

T/C 时钟源：

T/C 可以由内部同步时钟或外部异步时钟驱动。时钟源是由时钟选择逻辑决定的，而时钟
选择逻辑是由位于T/C 控制寄存器TCCR0 的时钟选择位CS02:0 控制的。

计数器单元：

8位T/C的主要部分为可编程的双向计数单元。 Figure 28 即为计数器和周边电路的框图。

根据不同的工作模式，计数器针对每一个clkT0 实现清零、加一或减一操作。clkT0 可以由
内部时钟源或外部时钟源产生，具体由时钟选择位CS02:0 确定。没有选择时钟源时
(CS02:0 = 0) 定时器即停止。但是不管有没有clkT0，CPU 都可以访问TCNT0。CPU 写操
作比计数器其他操作( 如清零、加减操作) 的优先级高。
计数序列由T/C 控制寄存器 (TCCR0) 的WGM01 和WGM00 决定。计数器计数行为与输
出比较OC0 的波形有紧密的关系。有关计数序列和波形产生的详细信息请参考P72“ 工作
模式” 。
T/C溢出中断标志TOV0根据WGM01:0 设定的工作模式来设置。TOV0可以用于产生CPU
中断。

输出比较单元：

8位比较器持续对TCNT0和输出比较寄存器OCR0进行比较。一旦TCNT0等于OCR0，比
较器就给出匹配信号。在匹配发生的下一个定时器时钟周期输出比较标志OCF0 置位。若
此时OCIE0 = 1 且SREG 的全局中断标志I 置位，CPU 将产生输出比较中断。执行中断
服务程序时OCF0 自动清零，或者通过软件写”1” 的方式来清零。根据由WGM21:0 和COM01:0 设定的不同的工作模式，波形发生器利用匹配信号产生不同的波形。同时，波
形发生器还利用max 和bottom 信号来处理极值条件下的特殊情况
Figure 29 为输出比较单元的方框图。


使用PWM 模式时OCR0 寄存器为双缓冲寄存器；而在正常工作模式和匹配时清零模式
双缓冲功能是禁止的。双缓冲可以将更新OCR0 寄存器与top 或bottom 时刻同步起来，
从而防止产生不对称的PWM 脉冲，消除了干扰脉冲。
访问OCR0 寄存器看起来很复杂，其实不然。使能双缓冲功能时，CPU 访问的是OCR0
缓冲寄存器；禁止双缓冲功能时CPU 访问的则是OCR0 本身。（好了，你笨上就这么多吧，我还是看书上的排版比较好啊~~datasheet真的好大啊~``)

3、8位定时/计数器0的寄存器

1）T/C 控制寄存器－ TCCR0

? Bit 7 – FOC0: 强制输出比较
FOC0仅在WGM00指明非PWM模式时才有效。但是，为了保证与未来器件的兼容性，在
使用PWM 时，写TCCR0 要对其清零。对其写1 后，波形发生器将立即进行比较操作。
比较匹配输出引脚 OC0 将按照COM01:0 的设置输出相应的电平。要注意FOC0 类似一
个锁存信号，真正对强制输出比较起作用的是COM01:0 的设置。
FOC0不会引发任何中断，也不会在利用OCR0作为TOP的CTC模式下对定时器进行清零
的操作。
读FOC0 的返回值永远为0。

? Bit 6, 3 – WGM01:0: 波形产生模式
这几位控制计数器的计数序列，计数器的最大值TOP，以及产生何种波形。T/C 支持的
模式有：普通模式，比较匹配发生时清除计数器模式(CTC)，以及两种PWM 模式，详见
Table 38 与P72“ 工作模式” 。

? Bit 5:4 – COM01:0: 比较匹配输出模式
这些位决定了比较匹配发生时输出引脚OC0 的电平。如果COM01:0 中的一位或全部都
置位， OC0 以比较匹配输出的方式进行工作。同时其方向控制位要设置为1 以使能输出
驱动器。
当OC0 连接到物理引脚上时， COM01:0 的功能依赖于WGM01:0 的设置。Table 39 给
出了当WGM01:0 设置为普通模式或CTC 模式时COM01:0 的功能。

? Bit 2:0 – CS02:0: 时钟选择
用于选择T/C 的时钟源。

如果T/C0 使用外部时钟，即使T0 被配置为输出，其上的电平变化仍然会驱动记数器。
利用这一特性可通过软件控制记数（这里应该注意一下下~~~）。

2）T/C0计数寄存器—TCNT0



通过T/C 寄存器可以直接对计数器的8 位数据进行读写访问。对TCNT0 寄存器的写访问
将在下一个时钟阻止比较匹配。在计数器运行的过程中修改TCNT0 的数值有可能丢失一
次TCNT0 和OCR0 的比较匹配。

3）输出比较寄存器—OCR0

输出比较寄存器包含一个8 位的数据，不间断地与计数器数值TCNT0 进行比较。匹配事
件可以用来产生输出比较中断，或者用来在OC0 引脚上产生波形。

4）中断屏蔽寄存器—TIMSK

? Bit 1 – OCIE0: T/C0 输出比较匹配中断使能
当OCIE0 和状态寄存器的全局中断使能位I 都为”1” 时，T/C0 的输出比较匹配中断使能。
当T/C0 的比较匹配发生，即TIFR 中的OCF0 置位时，中断服务程序得以执行。
? Bit 0 – TOIE0: T/C0 溢出中断使能
当TOIE0 和状态寄存器的全局中断使能位I 都为”1” 时，T/C0 的溢出中断使能。当T/C0
发生溢出，即TIFR 中的TOV0 位置位时，中断服务程序得以执行。

5）定时/计数器中断标志寄存器—TIFR

? Bit 1 – OCF0: 输出比较标志0
当T/C0 与OCR0( 输出比较寄存器0) 的值匹配时，OCF0 置位。此位在中断服务程序里
硬件清零，也可以对其写1 来清零。当SREG 中的位I、OCIE0(T/C0 比较匹配中断使能
) 和OCF0 都置位时，中断服务程序得到执行。
? Bit 0 – TOV0: T/C0 溢出标志
当T/C0 溢出时， TOV0 置位。执行相应的中断服务程序时此位硬件清零。此外， TOV0
也可以通过写1 来清零。当SREG 中的位I、TOIE0(T/C0 溢出中断使能) 和TOV0 都置
位时，中断服务程序得到执行。在相位修正PWM 模式中，当T/C0 在0x00 改变记数方
向时， TOV0 置位（这里我还真的不会~~）。

下面的是个补充：具体我也不知道~因为我也没有用过，回头用了再来更新，哈。

4、16位定时/计数器T/C1

16位的T/C 可以实现精确的程序定时( 事件管理)、波形产生和信号测量。其主要特点如下
? 真正的16 位设计( 即允许16 位的PWM)
? 2 个独立的输出比较单元
? 双缓冲的输出比较寄存器
? 一个输入捕捉单元
? 输入捕捉噪声抑制器
? 比较匹配发生时清除寄存器( 自动重载)
? 无干扰脉冲，相位正确的PWM
? 可变的PWM 周期
? 频率发生器
? 外部事件计数器
? 4 个独立的中断源(TOV1、 OCF1A、OCF1B 与ICF1)

先看看图吧：

寄存器：

定时器/ 计数器TCNT1、输出比较寄存器OCR1A/B 与输入捕捉寄存器ICR1 均为16 位
寄存器。访问16 位寄存器必须通过特殊的步骤，详见P85“ 访问16 位寄存器” 。T/C 控
制寄存器TCCR1A/B 为8 位寄存器，没有CPU 访问的限制。中断请求( 图中简写为
Int.Req.) 信号在中断标志寄存器TIFR1 都有反映。所有中断都可以由中断屏蔽寄存器
TIMSK1 单独控制。图中未给出TIFR1 与TIMSK1。
T/C可由内部时钟通过预分频器或通过由T1引脚输入的外部时钟驱动。引发T/C数值增加(
或减少) 的时钟源及其有效沿由时钟选择逻辑模块控制。没有选择时钟源时T/C 处于停止
状态。时钟选择逻辑模块的输出称为clkT1。
双缓冲输出比较寄存器OCR1A/B 一直与T/C 的值做比较。波形发生器用比较结果产生
PWM或在输出比较引脚OC1A/B输出可变频率的信号。参见P91 “输出比较单元” 。比较匹
配结果还可置位比较匹配标志OCF1A/B，用来产生输出比较中断请求。
当输入捕捉引脚ICP1 或模拟比较器输入引脚( 见P189 “ 模拟比较器” ) 有输入捕捉事件
产生( 边沿触发) 时，当时的T/C 值被传输到输入捕捉寄存器保存起来。输入捕捉单元包
括一个数字滤波单元( 噪声消除器) 以降低噪声干扰。
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
些固定数据来定义。在PWM 模式下用OCR1A 作为TOP 值时， OCR1A 寄存器不能用
作PWM 输出。但此时OCR1A 是双向缓冲的， TOP 值可在运行过程中得到改变。当需
要一个固定的TOP 值时可以使用ICR1 寄存器，从而释放OCR1A 来用作PWM 的输出。