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Arduino Nano上的自定义定时器功能
李伟
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描述
时间敏感的任务
几乎所有使用微控制器的项目都具有某种与时间相关的组件，例如延迟或重复任务。内部定时器电路通过对从预分频器或时钟直接获得的每个脉冲进行计数来启用此功能。
通过获取此计数器的值，您可以确定已经过去了多少时间。例如，如果 MCU 的时钟设置为 125KHz，其中一个定时器设置为使用该时钟，并且其预分频器设置为 1/1024，则其计数器寄存器的每个增量大约等于 1/122 秒，这源自：
t = 1 / (CLK / prescaler)
所以(1/122) = 1 / (125000 / 1024)
如果您好奇，预分频器的工作是将输入的时钟脉冲除以某个值，这会使计数器减慢该因子。因此，预分频值为 4 的定时器会将 8Mhz 的系统时钟视为 2MHz。Arduino 的 millis()、delay() 和 micros() 都依赖这些定时器来操作。但是有一个问题：delay() 是阻塞的，为了使它成为非阻塞，你必须在每个循环中检查 millis() 的值。
改用中断
为了避免这个问题，ATmega328P 的定时器可以设置为在几个不同的触发器上触发中断。其中之一是溢出标志，每当计数器寄存器从其最大值翻转到 0 时都会设置该标志，例如 8 位寄存器从 255 变为 0。触发中断的另一种方法是使用比较寄存器，它存储一个与计数器连续检查的值，并在计数器达到该值时引发中断。ATmega328P 等微控制器使用这种功能来控制引脚上的 PWM，而其他更高级的 MCU 能够直接从定时器切换引脚，而完全不需要 CPU。
设置硬件
对于这个例子，我创建了一个简单的程序，它为 ATmega328P 的 Timer/Counter2 设置一个比较值，在比较匹配 A 上触发一个中断，并切换一个引脚的值。这方面的所有细节都可以在微控制器的数据表中找到。代码首先调用 hardware_setup() 函数，其中设置了几个寄存器来配置系统、定时器和引脚。(1 << DDD2)通过将 的值放入寄存器，将数字引脚 2 设置为输出。DDRD接下来，通过将 1 放入 TCCR2B 寄存器的时钟选择位字段来设置定时器 2 的预分频器，将预分频器设置为 1/1024。
接下来，将 255 的值放入比较寄存器 A ( OCR2A)，这意味着当计数器到达 255 时将发生事件。TIMSK2寄存器得到一个值(1 << OCIE2A)放入其中，这让定时器 2 在比较匹配时输出中断A 被触发。最后，在每次比较匹配时也TCCR2A获得一个(1 << COM2A0)切换的值。D12
程序执行和最终想法
虽然我们设置了TIMSK2寄存器触发中断，但还是需要处理的。这是通过创建将在引发中断时触发的 ISR（中断服务程序）来实现的。在附加的代码中，ISR 增加一个计数器并清除标志。在 main() 的 while 循环中，检查计数器变量以查看它何时达到 100，如果达到了，则通过执行 XOR 操作来切换 D2 的值，如下所示：PORTD ^= (1 << PORTD2);
使count变量 volatile 很重要，因为它告诉编译器它的值可以在程序正常执行路径之外的任何时间更改。该程序应通过编程器刷新到 Nano。不要将 Arduino 函数与自定义定时器一起使用，因为这会弄乱你的定时器和内置函数。
使用此代码，连接到引脚 2 的 LED 应每 2.5 秒闪烁一次。尝试更改不同的值或在各种模式下设置其他计时器。
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