AVR单片机ATMEAG16L定时和计数器的应用方法解析

ATMEAG16L有两个8位定时/计数器（T/CO、T/C2）和一个16位定时/计数器（T/C1）。每一个计数器都支持PWM（脉冲宽度调制）输出功能。PWM输出在电机控制、开关电源、信号发生等领域有着广泛的应用。

ATMEAG16L的定时/计数器时钟是可以选择的。它的时钟部分包括预分频器和一个多路选择器。预分频器可被认为是一个有多级输出的分频器。ATMEAG16L用一个10位的计数器把输入时钟分为4种可选择的分频输出。多路选择器可设置使用某一个分频输出，或者不使用分频输出和使用外部引脚输入时钟，下图为预分频器的基本结构。

ATMEAG16L定时/计数器的时钟选择

1.使用系统时钟这种情况下使用系统时钟作为预分频器的输入，不过系统时钟的频率一般比较高，所以一般只能实现比较短的定时。预分频比可通过设置TCCRx的CSx2、CSx1和CSxO来选定下。表给出一个预分频设置值和分频比关系。

2.使用异步时钟ATMEAG16L的T/C2可以使用外部的异步时钟作为时钟源，这时可以在单片机的TOSC1和TOSC2两个引脚之间接一个石英晶体或者陶瓷振荡器，和内部的振荡器连接起来。这个振荡器专门为32.768kHz的钟表时钟做了优化，这个频率非常适合于实时时钟（RTC）。

这种做法的优点是，在使用高速的系统时钟作处理的同时）可以独立使用另外一个合适的时钟频率来进行精确的定时。由于T/C2使用的是异步时钟，所以时钟的事件需要被时钟同步。这就需要异步时钟的频率至少比系统时钟低4倍。

3.使用外部时钟T/CO、T/C1可以便用外部时钟。这样就可以在一个很大的范围内选择外部时钟信号作为计数时钟。这种方式也是同步的，也就是说CPU会检查外部输入引脚的状态给计数器同步提供时钟。CPU的每一个时钟周期的上升沿都会取样外部时钟。CPU至少需要2个时钟才能检测引脚的变化，所以外部时钟的最大频率是CPU时钟的一半。外部时钟的上升沿和下降沿都能作为触发事件，可以通过设置控制寄存器TCCRx来确定。

如果需要关掉定时/计数器，则向控制寄存器的设置预分频比的位写0即可。如TCCR1B=OxOO。计数器的事件ATMEAG16L单片机的定时/计数器能够检测最多3种事件的发生。

1.时钟溢出事件定时/计数器溢出是指计数值达到最大值后会复位为0，并且重新开始计数。计数的最大值与计数的分辨率（位数是8位还是16位）有关。计数溢出事件会导致定时/计数器中断标志寄存器TIFR的溢出标忘位（TOVx）置1。

2.比较匹配事件如果仅仅检测计数的；益出中断还不够，则可以使用计数比较中断。输出比较寄存器（OCRx）可以填放一个从O~最大值之间的数值，计数时在每一个定时/计数器时钟周期都会检杏这个数值。当计数值达到了比较数值时，相应TIFR中的计数器比较标志位（OCFx）就会置1。计数器可以设置成在比较匹配时清0，相关的输出引脚可以设置为在比较匹配时自动清0、置1，或者取反。这个特性很适合于产生不同频率的方波信号。计数器的这种功能使得输出的形式可以有很多种可能（比如占空比可变的方波PWM，频率可改变的方波），这样就可以把定时/计数器当作数！模转换器（DAC）来使用。

3.输入捕捉事件我们还可以把一个输入当作触发输入捕捉事件来使用。这个引脚上的信号变化引起当时的计数值被读取，同时存入输入捕捉寄存器（ICRx）。这时TIFR寄存器的输入捕捉标志位（ICFx）会置1。这个功能对测量外部输入脉冲的宽度很有用处。同时也可以把比较器的输出作为触发事件。

定时/计数器事件的处理

定时/计数器的运行是独立于程序的执行的。每一个事件都会在TIFR寄存器产生一个相应标志位。事件发生以后需要通知CPU处理并执行相应操作。有3种处理事件的方法。

1.查询方式CPU不停地查询状态标志、中断标志，然后执行相应代码。这种模式下，主程序不断地检查这些事件是否发生，CPU不能做其它事情，效率很低。

2.中断方式CPU可以配置为在事件发生时就进入中断处理程序，这是普遍使用的方法。与查询方式相比，这种方法的优点是，CPU在平时可以处理其它的事情，而中断发生时才处理中断程序，效率大大提高了。

3.比较匹配输出ATMEAGl6L单片机有完全不需要程序纯粹用硬件完成计数事件处理的能力。实现这种处理需要设置TCCRx中的COMxO和COMx1两位，当比较匹配时，相关的输出可设置为1、清0或者取反。与前面两种处理方法相比，这种方法并行于一般程序执行，不需要处理时间。

2.定时/计数器0的中断实验之前的数码管扫描都是点亮数码管后再延时一段时间（如1ms）来实现的，如果CPU要处理的事情很多会造成编程困难或显示闪烁。现在使用定时/计数器0的中断处理来实现数码管的扫描，那么编程会轻松许多。

在我的文档中新建一个acl0的文件夹。建立一个Ac1O.prj的工程项目，最后建立源程序文件ac1O.c。输入下面的程序（程序2）。

编译通过后，将ac1O.hex文件下载到AVR单片机综合试验板上进行实际演示。注意，标示“LED-MOD-DISP”及“LEDMOD-COM”的双排针应插上短路块。我们可看到，8个数码管从低位（右）至高位（左）稳定地显示O~9这8个数。

3.4位显示秒表实验 在体育课或田径比赛时，老师经常会使用秒表来记录同学们的成绩。这里，我们也来做一个秒表的设计实验。我们使用INTO键进行计时的开始#停止。使用S1键作计时值的清除。

在我的文档中新建一个ac11的文件夹。建立一个ac11.prj的工程项目，最后建立源程序文件ac11.c。输入下面的程序（程序3）。

编译通过后，将ac11.hex文件下载到AVR单片机综合试验板上进行实际的操作演示。注意，标示“KEY”、“LEDMOD_DISP”、“LEDMOD_COM”及“INTO”的双排针应插上短路块。接通5V电源后，右边4个数码管显示0000，按动“INTO”键，数码管开始显示增加的计时值。再按一下“INTO”键，数码管显示停止的计时值。此时按下S1键，可清除计时值。

DDRA = OxFF；//将 PA端口设为输出

PORTC = OxFF；//PC端口初始化输出 1 1 1 1 1 1 1 1DDRC = OxFF；//将 PC端口设为输出

PORTD = OxFF；//PD 端口初始化输出 1 1 1 1 1 1 1 1DDRD = OxOO；//将 PD 端口设为输入

}

void timerO_init（void）//定时器0初始化子函数{

TCNTO = Ox83；//1 mS 的定时初值

TCCRO = OxO3；//定时器 0的计数预分频取64

}

#pragma interrupt_handler timerO_ovf_isr：1 0//定时器0中断服务子函数

void timer0_ovf_isr（void）

{

SREG=Ox80；//重新开放总中断，确保计时准确TCNTO = Ox83；//重装 1mS 的定时初值

if（++i》3）i=0；//变量 i的计数范围 O~3

switch（i）//根据 i的值，点亮4个数码管

{

case 0： PORTA= SEG 7 ［cnt% 1O］; PORTC= ACT ［i］;brea k;

case 1 ： PORTA= SEG 7 ［（cnt/ 10）% 1O］; PORTC= ACT［i］; break;

case 2： PORTA= SEG 7 ［（cnt/ 100）% 10］;0x80;PORTC= ACT ［i］; break：;

case 3： PORTA= SEG 7 ［cnt/ 1000］; PORTC= ACT ［i］;break；

default： break;

}

}

void timer1_init（void）//定时器 1 初始化子函数{

TCNT1H = OxD8；//1OmS 的定时初值

TCNT1L = Ox F0;

#pragma interrupt_handlef timerl_ovf_isr：9//定时器1 中断服务子函数

void timer 1_ovF-isr（void）

{

TCNT川= OxD8；//重装 1OmS 的定时初值

TCNT1L = Ox F0;

if （++cnt》9999）cnt=0；//计时范围 O~9999 （ 即0-99.99S）

}

#pragma interrupLhandlerintO_isr：2//INTO 中断服务子函数

void into-isr（void）

{

if（cnt《1 0）start_flag=Oxff；// 如果计时末开始，则置启动标志为 0xff

else start_flag=OxOO；//如果已经计时，则置启动标志为 OxOO

void init_devices（void）//芯片的初始化子函数{

Port_init（）；//端口初始化

timerO_init（）；//定时器0初始化

timer1_init（）；//定时器 1 初始化

MCUCR = OxO2；//INTO为下降沿触发

GICR = Ox40；//使能 INTO 中断

TIMSK = OxO5；//使能TO、T1 中断

SREG=Ox80；//使能总中断

}

void sCAN_sl（void）//扫描按键S1 子函数

{

if（S1 ==0）cnt=0；//如果S1 键按下，则清除计时值}

void main（void）//定义主函数

{

init_devices（）；//芯片的初始化

while（11 //无限循环

{

if（sta rt_flag==0xff）TCCR1 B = OxO2；//如果启动标志为 Oxff，启动定时器 1

if（start_flag== Ox O0）{TCCR 1 B = Ox O0; scan_s1 （）;}//如果启动标志为 0xOO，

//则关闭定时器 1 再调用

扫描按键S1 的子函数

//无限循环结束

//主函数结束
责任编辑；zl