Arduino Nano上的自定義定時器功能

描述

時間敏感的任務

幾乎所有使用微控制器的項目都具有某種與時間相關的組件，例如延遲或重復任務。內(nèi)部定時器電路通過對從預分頻器或時鐘直接獲得的每個脈沖進行計數(shù)來啟用此功能。

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通過獲取此計數(shù)器的值，您可以確定已經(jīng)過去了多少時間。例如，如果 MCU 的時鐘設置為 125KHz，其中一個定時器設置為使用該時鐘，并且其預分頻器設置為 1/1024，則其計數(shù)器寄存器的每個增量大約等于 1/122 秒，這源自：

t = 1 / (CLK / prescaler)

所以(1/122) = 1 / (125000 / 1024)

如果您好奇，預分頻器的工作是將輸入的時鐘脈沖除以某個值，這會使計數(shù)器減慢該因子。因此，預分頻值為 4 的定時器會將 8Mhz 的系統(tǒng)時鐘視為 2MHz。Arduino 的 millis()、delay() 和 micros() 都依賴這些定時器來操作。但是有一個問題：delay() 是阻塞的，為了使它成為非阻塞，你必須在每個循環(huán)中檢查 millis() 的值。

改用中斷

為了避免這個問題，ATmega328P 的定時器可以設置為在幾個不同的觸發(fā)器上觸發(fā)中斷。其中之一是溢出標志，每當計數(shù)器寄存器從其最大值翻轉(zhuǎn)到 0 時都會設置該標志，例如 8 位寄存器從 255 變?yōu)?0。觸發(fā)中斷的另一種方法是使用比較寄存器，它存儲一個與計數(shù)器連續(xù)檢查的值，并在計數(shù)器達到該值時引發(fā)中斷。ATmega328P 等微控制器使用這種功能來控制引腳上的 PWM，而其他更高級的 MCU 能夠直接從定時器切換引腳，而完全不需要 CPU。

設置硬件

對于這個例子，我創(chuàng)建了一個簡單的程序，它為 ATmega328P 的 Timer/Counter2 設置一個比較值，在比較匹配 A 上觸發(fā)一個中斷，并切換一個引腳的值。這方面的所有細節(jié)都可以在微控制器的數(shù)據(jù)表中找到。代碼首先調(diào)用 hardware_setup() 函數(shù)，其中設置了幾個寄存器來配置系統(tǒng)、定時器和引腳。(1 << DDD2)通過將 的值放入寄存器，將數(shù)字引腳 2 設置為輸出。DDRD接下來，通過將 1 放入 TCCR2B 寄存器的時鐘選擇位字段來設置定時器 2 的預分頻器，將預分頻器設置為 1/1024。

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接下來，將 255 的值放入比較寄存器 A ( OCR2A)，這意味著當計數(shù)器到達 255 時將發(fā)生事件。TIMSK2寄存器得到一個值(1 << OCIE2A)放入其中，這讓定時器 2 在比較匹配時輸出中斷A 被觸發(fā)。最后，在每次比較匹配時也TCCR2A獲得一個(1 << COM2A0)切換的值。D12

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程序執(zhí)行和最終想法

雖然我們設置了TIMSK2寄存器觸發(fā)中斷，但還是需要處理的。這是通過創(chuàng)建將在引發(fā)中斷時觸發(fā)的 ISR（中斷服務程序）來實現(xiàn)的。在附加的代碼中，ISR 增加一個計數(shù)器并清除標志。在 main() 的 while 循環(huán)中，檢查計數(shù)器變量以查看它何時達到 100，如果達到了，則通過執(zhí)行 XOR 操作來切換 D2 的值，如下所示：PORTD ^= (1 << PORTD2);

使count變量 volatile 很重要，因為它告訴編譯器它的值可以在程序正常執(zhí)行路徑之外的任何時間更改。該程序應通過編程器刷新到 Nano。不要將 Arduino 函數(shù)與自定義定時器一起使用，因為這會弄亂你的定時器和內(nèi)置函數(shù)。

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使用此代碼，連接到引腳 2 的 LED 應每 2.5 秒閃爍一次。嘗試更改不同的值或在各種模式下設置其他計時器。

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