Atmega16-定时器2-(ques=2)

Atmega16-定时器2的使用 step by step。

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待解决问题数量 = 2

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第零步： 阅读手册

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第一步： 普通模式

1、这一步使用普通模式输出脉冲，顺便测量一下自己设置的溢出时间是否OK。

测试代码：

Drv_Timer.c

// ==========================================================================================================
// 定时器0/1/2 驱动模块
// ==========================================================================================================
#include "Drv_Timer.h"
#include <avr/interrupt.h>

// ==========================================================================================================
// TIMER2 初始化
//
// 参数：wave_mode       工作模式/波形产生模式选择
//       OC_mode         比较匹配/PWM输出模式选择
//       clk_source      时钟源和预分频选择
//
// 写TCCR2时需要清除bit7=FOC2
//
// 定时器溢出周期 T = ((1.0 / 8000000) * 1000000) * clk_source * 256 ( @ 8MHz )
// ==========================================================================================================
void Drv_Timer2_init(const uint8_t wave_mode, const uint8_t com_mode, const uint8_t clk_source)
{
uint8_t wgm20,wgm21;

wgm20 =  wave_mode & 0x01;
wgm21 = (wave_mode & 0x02) >> 1;

// 写TCCR2时需要将bit7=FOC2清0
TCCR2 = (wgm20 << 6)|               // 工作模式/波形产生模式选择
(wgm21 << 3)|
((com_mode & 0x03)   << 4)| // 比较匹配/PWM输出模式选择
((clk_source & 0x07) << 0); // 时钟源和预分频选择
}

// ==========================================================================================================
// TIMER2 中断使能
//
// 参数：mode   = INT_MODE_TOV 或 INT_MODE_OCF 或 INT_MODE_ICF
//       enable = ENABLE 或 DISABLE
//
// 可以单独使能/禁止一种模式的中断
//
// ==========================================================================================================
void Drv_Timer2_INT_Enable(const uint8_t mode, const uint8_t enable)
{
if(INT_MODE_TOV == mode)
{
if(DISABLE == enable)
{
TIMSK &= ~(1 << TOIE2);
}
else
{
TIMSK |=  (1 << TOIE2);
}
TIFR |= (1 << TOV2);
}
if(INT_MODE_OCF == mode)
{
if(DISABLE == enable)
{
TIMSK &= ~(1 << OCIE2);
}
else
{
TIMSK |=  (1 << OCIE2);
}
TIFR |= (1 << OCF2);
}
}

// ==========================================================================================================
//  TIMER2 溢出中断服务程序
// ==========================================================================================================
ISR(TIMER2_OVF_vect)
{
    PORTA ^= (1 << PA0);
}

main.c

// ==========================================================================================================
// 主函数
// ==========================================================================================================
#include <avr/io.h>
#include <avr/interrupt.h>
#include "Drv_Timer.h"
#include "config.h"

// ==========================================================================================================
// main函数
// ==========================================================================================================
int main(void)
{
// 关全局中断
cli();

// PA0初始化为：输出0
DDRA  |=  (IO_OUTPUT << DDA0);
PORTA &= ~(1 << PA0);

// 定时器2初始化、使能溢出中断
Drv_Timer2_init(T2_WGM_NOMAL, T2_COM_MODE_NONE, T2_CLK_SOURCE_CLK_1024);
Drv_Timer2_INT_Enable(INT_MODE_TOV, ENABLE);

// 开全局中断
sei();

while(1)
{
}
return 0;
}

// ==========================================================================================================
//  伪中断BADISR_vect
// .用于捕获未定义中断函数的中断
//  没有包含interrupt.h的文件中的ISR()都被视为未定义的ISR(),这种ISR()可以被BADISR_vect这个伪中断捕获
//
// .没有这个函数的话,当没有定义中断函数的中断到来时,系统会执行到错误的程序 |<-------------- 需要测试这个东西
//
// ==========================================================================================================
ISR(BADISR_vect)
{
DDRA  |= (IO_OUTPUT << DDA1);
PORTA ^= (1 << PA1);
}

测试结果：

1、示波器查看PA0引脚输出的脉冲的宽度为32.2ms

而计算出的溢出周期为 T = ((1.0 / 8000000) * 1000000) * 1024* 256 = 32.768ms

考虑示波器的误差，可以认为这两个结果一致。

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第二步： CTC模式

比较匹配如何产生：

而比较匹配的周期就是OCR2的数值决定的。

也就是说，如果我们设置的OCR2的值小于255，那么TCNT2就不能计数到最大值，也就不会发生计数溢出，没有TOV2中断。

CTC模式下，当TCNT2计数到TCNT2= OCR2时，就发生比较匹配，此时TCNT2会自动清0。

1、比较匹配发生时OC2取反，用于产生方波

测试代码：

Drv_Timer2.c在第一步的基础上增加了2个函数(仍然使用PA0观察T2计数溢出的周期)：

// ==========================================================================================================
//      设置TCNT2和OCR2的值
//
// (1). 在比较匹配下、OCR2需要在TCNT2被设置之后设置
// ==========================================================================================================
void Drv_Timer2_set_TCNT2_OCR2(const uint8_t tcnt2, const uint8_t ocr2)
{
TCNT2 = tcnt2;
OCR2  = ocr2;
}

// ==========================================================================================================
//      强制触发一次比较匹配
//
// (1). FOC2写1后、立即进行比较操作
// ==========================================================================================================
void Drv_Timer2_FOC2_enable(const uint8_t enable)
{
if(DISABLE == enable)
{
TCCR2 |=  (1 << FOC2);
}
else
{
TCCR2 &= ~(1 << FOC2);
}
}

main.c：

// ==========================================================================================================
// main函数
// ==========================================================================================================
int main(void)
{
// ------------------------------------------------------------------------------------------------------
// 关全局中断
cli();

// PA0初始化为：输出0，置于T2溢出中断、用于测试T2的溢出时间
DDRA  |=  (IO_OUTPUT << DDA0);
PORTA &= ~(1 << PA0);

// 定时器2初始化：TCNT2=0、OCR2=0、CTC模式、1分频(@ 8MHz)、使能溢出中断发生比较匹配时OC2取反
Drv_Timer2_set_TCNT2_OCR2(0, 0);
Drv_Timer2_init(T2_WGM_CTC, T2_COM_MODE_TOGGLE, T2_CLK_SOURCE_CLK_1);
Drv_Timer2_INT_Enable(INT_MODE_TOV, ENABLE);

//(OC2的比较状态的配置需要在设置数据方向寄存器之前完成)
// PD7/OC2初始化为：输出0
DDRD  |=  (IO_OUTPUT << DDD7);
PORTD &= ~(1 << PD7);

// 开全局中断
sei();

// ------------------------------------------------------------------------------------------------------
while(1)
{
}
return 0;
}

测试结果：

1、这个代码产生了方波，同时TCNT2没有溢出，所以没有产生溢出中断，PA0引脚就没有方波输出。

2、在8MHz[b]/1预分频[/b]下，TCNT2=OCR2=0，每个定时器时钟周期里都有一次比较匹配发生，此时的比较周期最小，将产生最大的频率。

比较匹配周期 T = ((1.0 / 8000000) * 1000000) * 1* 1 = 0.125us，即每隔0.125us、OC2引脚翻转一次，方波周期是(0.125 * 2) us

对应的频率为 F = 1 / (0.125 * 2) * 1000000 = 4000000 = 4MHz

示波器测试如下：



CH1为OC2引脚输出的波形、结果为4.07MHz，和计算结果基本一致。

CH2为PA0的输出，TCNT2只计数到0，TCNT2没有溢出，没有产生溢出中断，所以PA0引脚就没有方波输出

3、增大OCR2，方波频率降低。

OCR2=255时对应最低频率为 F = 31.25KHz

此时TCNT2可以计数到255并溢出，将产生溢出中断，所以PA0引脚有方波输出，频率也是 F = 31.25KHz

4、使用最大的1024预分频，方波频率最低。

OCR2=255时对应最低频率为 F = 30.5Hz

此时TCNT2可以计数到255并溢出，将产生溢出中断，所以PA0引脚有方波输出，频率也是 F = 30.5Hz

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2、比较匹配时OC2清0

测试代码：

Drv_Timer2.c中增加比较匹配中断，在其中对PA1引脚取反，其他部分不变：

// ==========================================================================================================
//  TIMER2 比较匹配中断服务程序
// ==========================================================================================================
ISR(TIMER2_COMP_vect)
{
PORTA ^= (1 << PA1);
}

在main.c中修改工作CTC模式为：发生比较匹配时OC2清0，并设置PA1引脚初始化为：输出0，用于测试比较匹配周期：

// ==========================================================================================================
// main函数
// ==========================================================================================================
int main(void)
{
// ------------------------------------------------------------------------------------------------------
// 关全局中断
cli();

// PA0初始化为：输出0，置于T2溢出中断函数里面、用于测试T2的溢出时间
DDRA  |=  (IO_OUTPUT << DDA0);
PORTA &= ~(1 << PA0);
// PA1初始化为：输出0，置于T2比较匹配中断函数里面、用于测试T2的比较匹配周期
DDRA  |=  (IO_OUTPUT << DDA1);
PORTA &= ~(1 << PA1);

// 定时器2初始化：TCNT2=0、OCR2=128、CTC模式、32分频(溢出时间=1ms @ 8MHz)、发生比较匹配时OC2清0
Drv_Timer2_set_TCNT2_OCR2(0, 128);
Drv_Timer2_init(T2_WGM_CTC, T2_COM_MODE_CLEAR, T2_CLK_SOURCE_CLK_1024);
// 使能溢出中断，使能比较匹配中断
Drv_Timer2_INT_Enable(INT_MODE_TOV, ENABLE);
Drv_Timer2_INT_Enable(INT_MODE_OCF, ENABLE);

//(OC2的比较状态的配置需要在设置数据方向寄存器之前完成)
// PD7/OC2初始化为：输出0
DDRD  |=  (IO_OUTPUT << DDD7);
PORTD &= ~(1 << PD7);

// 开全局中断
sei();

// ------------------------------------------------------------------------------------------------------
while(1)
{
}
return 0;
}

测试结果：

1、CH1为OC2引脚输出，CH2为PA1引脚输出

2、OC2引脚一直为低电平，在每次比较匹配时都被清0拉低，而PA1引脚在每次比较匹配时都翻转一次

示波器测试如下：



在8MHz/1024预分频下，TCNT2=0，OCR2=128的配置下、OCR比较匹配的周期为T = ((1.0 / 8000000) * 1000000) * 1024 * 128 = 16384 = 16.384ms

PA1引脚在每次比较匹配时都翻转一次、输出的方波的周期是OCR比较匹配周期的2倍、即32.768ms，对应的频率为30.5Hz

示波器测量结果为16.2ms、和30.7Hz，和计算结果基本一致。

而TCNT2没有溢出，没有发生溢出中断，所以PA0引脚没有波形输出。

3、如果设置成比较匹配发生时OC2引脚置1，结果仅仅是OC2引脚一直拉高，PA1引脚的输出依然是30.5Hz的方波，PA0引脚无波形。

4、OCR2=255时，TCNT2才可以溢出，才会发生溢出中断，PA0引脚才会有波形输出。

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3、在比较匹配时、可以让OC2引脚交替出现清0和置1，以输出方波和PWM波形

方波：

测试代码(方波)：
Drv_Timer2.c中修改比较匹配中断、让OC2清0和置1两种配置交替出现，而main.c不变：

// ==========================================================================================================
//  TIMER2 比较匹配中断服务程序
// ==========================================================================================================
ISR(TIMER2_COMP_vect)
{
volatile static uint8_t temp = 0;

PORTA ^= (1 << PA1);

if(0 == temp)
{
temp = 1;
Drv_Timer2_init(T2_WGM_CTC, T2_COM_MODE_CLEAR, T2_CLK_SOURCE_CLK_1024);
}
else
{
temp = 0;
Drv_Timer2_init(T2_WGM_CTC, T2_COM_MODE_SET, T2_CLK_SOURCE_CLK_1024);
}
}

测试结果(方波)：
1、OC2引脚出现方波，周期和PA1引脚一致，都是比较匹配周期的2倍，即32.768ms。

示波器测试如下：

PWM波形：

在Drv_Timer2.c的比较匹配中断服务程序中，修改OCR2的值，就可以更改OC2引脚的方波的占空比。

使用变量来控制占空比，就可以得到了PWM波形：

测试代码([b]PWM波)：[/b]

// ==========================================================================================================
//  TIMER2 比较匹配中断服务程序
// ==========================================================================================================
ISR(TIMER2_COMP_vect)
{
volatile static uint8_t temp = 0;

PORTA ^= (1 << PA1);

if(0 == temp)
{
temp = 1;
Drv_Timer2_set_TCNT2_OCR2(0, 64);
Drv_Timer2_init(T2_WGM_CTC, T2_COM_MODE_CLEAR, T2_CLK_SOURCE_CLK_1024);
}
else
{
temp = 0;
Drv_Timer2_set_TCNT2_OCR2(0, 255-64);
Drv_Timer2_init(T2_WGM_CTC, T2_COM_MODE_SET, T2_CLK_SOURCE_CLK_1024);
}
}

测试结果([b]PWM波)：[/b]
1、占空比为64 / 256 = 25%。

示波器测试如下：



高电平宽度为8ms，脉冲周期为30.89ms，占空比为25.9%，和计算结果基本一致。

2、中断周期为32.768ms，每次进入中断都需要CPU来重新配置，如果中断频率很高，CPU的任务就会很繁重。

使用第三步和第四步的两种PWM模式，就可以让CPU避开这些工作。

而CTC模式一般就用来产生方波。

CTC模式不要用来做频率高的PWM

比如：8MHz、1预分频下，OCR2=10时，OC2的PWM波形和PA1引脚的输出都不正常。----待解释下面的输出波形-question-001

示波器输出如下：



在中断中不调用Drv_Timer2_init()来修改TCCR2，PA1得到的PWM波形就OK，只是CPU的任务会较重。

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强制比较匹配FOC2：

最后，普通模式下使用FOC2强制比较匹配有什么效果呢，待测试-question-002

要强制匹配有输出，就得设置OC2引脚为比较匹配模式中的一种，如比较匹配时取反。

但是只要设置了OC2引脚，比较匹配立即生效，好像和FOC2是否设置无关。

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第三步： 快速PWM模式

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第四步： 相位修正PWM模式