ATmega單片機(jī)定時(shí)器講解資料PPT教學(xué)課件

1、Page 11、單片機(jī)定時(shí)器的基本應(yīng)用、原理及要素第3篇 定時(shí)器的設(shè)計(jì)應(yīng)用 2、ATmega16單片機(jī)定時(shí)器T/C0的組成原理 3、ATmega16單片機(jī)定時(shí)器T/C0的工作模式 4、ATmega16單片機(jī)定時(shí)器T/C0的計(jì)數(shù)工作時(shí)序5、ATmega16單片機(jī)定時(shí)器的設(shè)計(jì)應(yīng)用 第1頁/共37頁P(yáng)age 21、單片機(jī)定時(shí)器的基本應(yīng)用3.1、單片機(jī)定時(shí)器的基本應(yīng)用、原理及要素 2、單片機(jī)定時(shí)器的基本原理圖3、單片機(jī)定時(shí)器的基本要素第2頁/共37頁P(yáng)age 33.1.1、單片機(jī)定時(shí)器的基本應(yīng)用 定時(shí)計(jì)數(shù)器是單片機(jī)中最基本的接口之一，它的用途非常廣泛，常用于計(jì)數(shù)、延時(shí)、測量周期、頻率、脈寬、提供定時(shí)脈

2、沖信號(hào)等。在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于轉(zhuǎn)速，位移、速度、流量等物理量的測量，通常也是由傳感器轉(zhuǎn)換成脈沖電信號(hào)，通過使用定時(shí)計(jì)數(shù)器來測量其周期或頻率，再經(jīng)過計(jì)算處理獲得 基本應(yīng)用：第3頁/共37頁P(yáng)age 43.1.2、單片機(jī)定時(shí)器的基本原理 一般的單片機(jī)定時(shí)器其核心部分就是一個(gè)可預(yù)置數(shù)的計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器以16位計(jì)數(shù)器居多，而計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)方式可以是加法方式也可以是減法方式。 基本原理：第4頁/共37頁P(yáng)age 53.1.3、單片機(jī)定時(shí)器的基本要素 n 定時(shí)計(jì)數(shù)器的長度。n 脈沖信號(hào)源。n 計(jì)數(shù)器類型。n 計(jì)數(shù)器的上下限。n 計(jì)數(shù)器的事件?；疽兀旱?頁/共37頁P(yáng)age 63.2、ATmega16單片機(jī)定

3、時(shí)器T/C0的組成原理及特殊功能寄存器 ATmega16單片機(jī)配置了3個(gè)定時(shí)器，它們是8位的定時(shí)器T/C0、8位的定時(shí)器T/C2和16位的定時(shí)器T/C1，這些定時(shí)器的工作原理基本相同，我們主要以8位定時(shí)器T/C0為例說ATmega16單片機(jī)定時(shí)器使用方法。第6頁/共37頁P(yáng)age 73.2.1、ATmega16單片機(jī)定時(shí)器T/C0的組成原理定時(shí)器TC0結(jié)構(gòu)框圖：第7頁/共37頁P(yáng)age 8定時(shí)器T/C0的組成單元：計(jì)數(shù)單元 輸出比較單元 比較匹配單元 定時(shí)/計(jì)數(shù)器3.2.1、ATmega16單片機(jī)定時(shí)器T/C0的組成原理第8頁/共37頁P(yáng)age 9TC0的計(jì)數(shù)單元： 計(jì)數(shù)單元是一個(gè)可編程的雙向

4、計(jì)數(shù)器，在每一個(gè)計(jì)數(shù)時(shí)鐘clkT0到來時(shí)，通過邏輯控制產(chǎn)生的計(jì)數(shù)、清零及方向控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器的加1、減1或清零操作。3.2.1、ATmega16單片機(jī)定時(shí)器T/C0的組成原理第9頁/共37頁P(yáng)age 10TC0的輸出比較單元： T/C0運(yùn)行期間，輸出比較單元持續(xù)將計(jì)數(shù)寄存器TCNT0的計(jì)數(shù)值同輸出比較寄存器OCR0的內(nèi)容進(jìn)行比較，一旦TCNT0的值等于OCR0的值，在下一個(gè)計(jì)數(shù)時(shí)鐘脈沖到達(dá)時(shí)就置位TIFR寄存器中OCF0標(biāo)志位，用來產(chǎn)生中斷申請(qǐng)或供程序查詢。：3.2.1、ATmega16單片機(jī)定時(shí)器T/C0的組成原理第10頁/共37頁P(yáng)age 11TC0的比較匹配單元： 在引腳的方向寄存器D

5、DRB.3定義為輸出時(shí)，當(dāng)寄存器TCCR0中的標(biāo)志位COM01:0中任何一位為1時(shí)，或門M1輸出為1，多路數(shù)據(jù)選擇器S3的通道1被選中，如果端口PB.3定義為輸出時(shí)，三態(tài)門F2被打開，OC0將替代引腳PB3原來的I/O功能，端口PB.3上輸出的就是波形發(fā)生器產(chǎn)生的波形。當(dāng)COM01:0都為0時(shí)，選擇器S3的通道0被選中，PB.3口輸出的則是端口PORT之值。3.2.1、ATmega16單片機(jī)定時(shí)器T/C0的組成原理第11頁/共37頁P(yáng)age 123.2.2、ATmega16單片機(jī)定時(shí)器的特殊功能寄存器控制寄存器-TCCR0：位 7： FOC0：強(qiáng)制輸出比較位。 非PWM模式下，寫1后，波形發(fā)生

6、器將立即進(jìn)行比較操作，比較匹 配輸出引腳OC0將被更新。 PWM模式下，強(qiáng)制輸出比較無效，該位須寫為0。位 6/3： WGM01:0：波形產(chǎn)生模式位位5:4：COM01:0：比較匹配輸出模式位。 COM01:0的功能依賴于WGM01:0的設(shè)置。位2:0： CS02:0：時(shí)鐘選擇位第12頁/共37頁P(yáng)age 13計(jì)數(shù)寄存器-TCNT0：位7:0： T/C0計(jì)數(shù)器的值。 根據(jù)計(jì)數(shù)器的工作模式，在每一個(gè)clkT0時(shí)鐘到來時(shí)，計(jì)數(shù)器進(jìn)行加1、減1或清零操作。MCU 可以對(duì)這8位數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫訪問。3.2.2、ATmega16單片機(jī)定時(shí)器的特殊功能寄存器第13頁/共37頁P(yáng)age 14輸出比較寄存器-OC

7、R0：位7:0： T/C0輸出比較寄存器的值。3.2.2、ATmega16單片機(jī)定時(shí)器的特殊功能寄存器第14頁/共37頁P(yáng)age 15中斷屏蔽寄存器-TIMSK：位7： OCIE2：T/C2輸出比較匹配中斷使能位。 0：輸出比較匹配中斷禁止； 1：輸出比較匹配中斷使能。位6： TOIE2：T/C2溢出中斷使能位。 0：溢出中斷禁止； 1：溢出中斷使能。位5： TICIE1：T/C1輸入捕捉中斷使能位。 0：輸入捕捉中斷禁止； 1：輸入捕捉中斷使能。3.2.2、ATmega16單片機(jī)定時(shí)器的特殊功能寄存器第15頁/共37頁P(yáng)age 16中斷屏蔽寄存器-TIMSK：位4： OCIE1A：T/C1輸

8、出比較A匹配中斷使能位。 0：輸出比較A匹配中斷中斷禁止； 1：輸出比較A匹配中斷中斷使能。位3： OCIE1B：T/C1輸出比較B匹配中斷使能位。 0：輸出比較B匹配中斷中斷禁止； 1：輸出比較B匹配中斷中斷使能。位2： TOIE1：T/C1溢出中斷使能位。 0：溢出中斷禁止；1：溢出中斷使能位1： OCIE0：T/C0輸出比較匹配中斷使能位。 0：輸出比較匹配中斷禁止； 1：輸出比較匹配中斷使能。位0： TOIE0：T/C0溢出中斷使能位。 0：溢出中斷禁止；1：溢出中斷使能 3.2.2、ATmega16單片機(jī)定時(shí)器的特殊功能寄存器第16頁/共37頁P(yáng)age 17中斷標(biāo)志寄存器-TIFR：

9、位7： OCF2：T/C2輸出比較匹配的中斷標(biāo)志位。 0：匹配未發(fā)生； 1：匹配發(fā)生。位6： TOV2：T/C2溢出中斷標(biāo)志位。 0：溢出未發(fā)生； 1：溢出發(fā)生。位5： ICF1：T/C1輸入捕捉標(biāo)志位。 0：外部引腳ICP1未出現(xiàn)捕捉事件，且當(dāng)ICR1作為計(jì)數(shù)器的TOP值 時(shí)，計(jì)數(shù)值未到達(dá)TOP值； 1：外部引腳ICP1出現(xiàn)捕捉事件，或ICR1作為計(jì)數(shù)器的TOP值時(shí)，計(jì)數(shù)值到達(dá)TOP值。 3.2.2、ATmega16單片機(jī)定時(shí)器的特殊功能寄存器第17頁/共37頁P(yáng)age 18中斷標(biāo)志寄存器-TIFR：位4： OCF1A：T/C1輸出比較A匹配標(biāo)志位。0：輸出比較A匹配未發(fā)生；1：輸出比較A匹

10、配發(fā)生。位3： OCF1B：T/C1輸出比較B匹配標(biāo)志位。0：輸出比較B匹配未發(fā)生；1：輸出比較B匹配發(fā)生。位2： TOV1：T/C1溢出中斷標(biāo)志位。0：溢出未發(fā)生；1：溢出發(fā)生。位1： OCF0：T/C0輸出比較匹配的中斷標(biāo)志位。0：輸出比較匹配未發(fā)生；1：輸出比較匹配發(fā)生。位0： TOV0：T/C0溢出中斷標(biāo)志位。0：溢出未發(fā)生；1：溢出發(fā)生。 3.2.2、ATmega16單片機(jī)定時(shí)器的特殊功能寄存器第18頁/共37頁P(yáng)age 193.3、ATmega16單片機(jī)定時(shí)器T/C0的工作模式 1、普通模式 2、CTC模式 3、快速PWM模式 4、相位修正PWM模式 第19頁/共37頁P(yáng)age 2

11、0普通模式： 普通模式是T/C0最簡單和基本的一種工作方式。T/C0工作在普通模式下時(shí)，計(jì)數(shù)器為單向加1計(jì)數(shù)器，一旦寄存器TCNT0的值到達(dá)0 xFF（上限值），在下一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖到來時(shí)便恢復(fù)為0 x00，并繼續(xù)單向加1計(jì)數(shù)。當(dāng)TCNT0由0 xFF轉(zhuǎn)變?yōu)? x00的同時(shí)，溢出標(biāo)志位TOV0置位為“1”，用于申請(qǐng)T/C0溢出中斷。一旦MCU響應(yīng)T/C0的溢出中斷，硬件則將自動(dòng)把TOV0清零。3.3.1、ATmega16單片機(jī)定時(shí)器T/C0的工作模式 第20頁/共37頁P(yáng)age 21CTC模式： T/C0工作在CTC模式下時(shí)，計(jì)數(shù)器為單向加1計(jì)數(shù)器，一旦寄存器TCNT0的值與OCR0的設(shè)定值相等（

12、此時(shí)寄存器OCR0的值為計(jì)數(shù)上限值），就將計(jì)數(shù)器TCNT0清零為0 x00，然后繼續(xù)向上加1計(jì)數(shù)。通過設(shè)置OCR0的值，可以方便地控制比較匹配輸出的頻率，也方便了外部事件計(jì)數(shù)的應(yīng)用。 3.3.2、ATmega16單片機(jī)定時(shí)器T/C0的工作模式 第21頁/共37頁P(yáng)age 22CTC模式計(jì)數(shù)時(shí)序圖：3.3.2、ATmega16單片機(jī)定時(shí)器T/C0的工作模式 第22頁/共37頁P(yáng)age 23快速PWM模式： 當(dāng)T/C0工作在快速PWM模式模式下時(shí)，計(jì)數(shù)器為單程向上的加1計(jì)數(shù)器，從0 x00一直加到0 xFF（上限值），在下一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖到來時(shí)便恢復(fù)為0 x00，然后再從0 x00開始加1計(jì)數(shù)。在設(shè)置

13、正向比較匹配輸出（COM01:0=2）方式中，當(dāng)TCNT0的計(jì)數(shù)值與OCR0的值相同匹配時(shí)清零OC0，當(dāng)計(jì)數(shù)器的值由0 xFF返回0 x00時(shí)置位OC0。而在設(shè)置反向比較匹配輸出（COM01:0=3）方式中，當(dāng)TCNT0的計(jì)數(shù)值與OCR0的值相同匹配時(shí)置位OC0，當(dāng)計(jì)數(shù)器的值由0 xFF返回0 x00時(shí)清零OC0。 3.3.3、ATmega16單片機(jī)定時(shí)器T/C0的工作模式 第23頁/共37頁P(yáng)age 24快速PWM模式工作時(shí)序圖：3.3.3、ATmega16單片機(jī)定時(shí)器T/C0的工作模式 第24頁/共37頁P(yáng)age 25相位可調(diào)PWM模式： 當(dāng)T/C0工作在相位可調(diào)PWM模式下時(shí)，計(jì)數(shù)器為雙

14、程計(jì)數(shù)器：從0 x00一直加到0 xFF，在下一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖到達(dá)時(shí)，改變計(jì)數(shù)方向，從0 xFF開始減1計(jì)數(shù)到0 x00。設(shè)置正向比較匹配輸出（COM01:0=2）方式：在正向加1過程中，TCNT0的計(jì)數(shù)值與OCR0的值相同匹配時(shí)清零OC0；在反向減1過程中，當(dāng)計(jì)數(shù)器TCNT0的值與OCR0相同時(shí)置位OC0。設(shè)置反向比較匹配輸出（COM01:0=3）方式：在正向加1過程中，TCNT0的計(jì)數(shù)值與OCR0的值相同匹配時(shí)置位OC0；在反向減1過程中，當(dāng)計(jì)數(shù)器TCNT0的值與OCR0相同時(shí)清零OC0。 3.3.4、ATmega16單片機(jī)定時(shí)器T/C0的工作模式 第25頁/共37頁P(yáng)age 26相位可調(diào)PW

15、M模式工作時(shí)序圖：3.3.4、ATmega16單片機(jī)定時(shí)器T/C0的工作模式 第26頁/共37頁P(yáng)age 273.4、ATmega16單片機(jī)定時(shí)器T/C0的計(jì)數(shù)工作時(shí)序 1、T/C0計(jì)數(shù)工作時(shí)序圖2、T/C0帶1/8預(yù)分頻計(jì)數(shù)工作時(shí)序圖3、T/C0帶1/8預(yù)分頻（除CTC模式）計(jì)數(shù)工 作時(shí)序圖4、T/C0帶1/8預(yù)分頻（CTC模式）計(jì)數(shù)工作時(shí)序圖第27頁/共37頁P(yáng)age 283.4.1、ATmega16單片機(jī)定時(shí)器T/C0的計(jì)數(shù)工作時(shí)序 T/C0計(jì)數(shù)工作時(shí)序圖：第28頁/共37頁P(yáng)age 293.4.2、ATmega16單片機(jī)定時(shí)器T/C0的計(jì)數(shù)工作時(shí)序 T/C0帶1/8預(yù)分頻計(jì)數(shù)工作時(shí)序圖

16、：第29頁/共37頁P(yáng)age 303.4.3、ATmega16單片機(jī)定時(shí)器T/C0的計(jì)數(shù)工作時(shí)序 T/C0帶1/8預(yù)分頻（除CTC模式）計(jì)數(shù)工作時(shí)序圖：第30頁/共37頁P(yáng)age 313.4.4、ATmega16單片機(jī)定時(shí)器T/C0的計(jì)數(shù)工作時(shí)序 T/C0帶1/8預(yù)分頻（CTC模式）計(jì)數(shù)工作時(shí)序圖：第31頁/共37頁P(yáng)age 323.5、ATmega16單片機(jī)定時(shí)器的設(shè)計(jì)應(yīng)用 1、設(shè)計(jì)任務(wù) 2、硬件設(shè)計(jì)3、軟件算法設(shè)計(jì)第32頁/共37頁P(yáng)age 333.5.1、ATmega16單片機(jī)定時(shí)器的設(shè)計(jì)應(yīng)用 設(shè)計(jì)任務(wù)：序號(hào)實(shí)例要求12N分頻設(shè)計(jì)2N分頻設(shè)計(jì)3編寫書上的例5-6 用CTC中斷和溢出中斷4秒表兩個(gè)按鍵一開一關(guān)5表兩個(gè)按鍵第33頁/共37頁P(yáng)age 343.5.2、ATmega16單片機(jī)定時(shí)器的設(shè)計(jì)應(yīng)用 硬件設(shè)計(jì)：12PD.3(/INT1)OSC187XTAL1XTAL227VccATmega164/RET17538Vcc5VC633C733AJ1AVccVccR110KC04.7uGND39GND2818GNDGND6L16 3 4 5 10 11 12 13abcdefgd