Matt Kucia

Układy czasowe

Układy te są elementem praktycznie każdego mikrokontrolera i jak sama nazwa wskazuje ich działanie związane jest z upływem czasu. Układy czasowe są jednym z najbardziej rozbudowanych peryferiów układu atmega8, co więcej układ ten zawiera 3 takie układy różniące się pewnymi właściwościami

Nazwa	Długość w [bitach]	Źródło taktowania
Timer/Counter 0	8	Preskaler / Zewnętrzne
Timer/Counter 1	16	Preskaler / Zewnętrzne
Timer/Counter 2	8	Preskaler / Zewnętrzne

Układ czasowy to w uproszczeniu rejestr zwiększający lub zmniejszający swoją wartość pod wpływem dostarczonego sygnału taktującego. Układ taki pracuje niezależnie od rdzenia mikrokontrolera i często potrafi generować sygnały lub przerwania.

Taktowanie

źródła, stabilność

Timer/Counter

Timer/Counter 0

Single Channel Counter
Frequency Generator
External Event Counter
10-bit Clock Prescaler

Timer/Counter 1

True 16-bit Design (i.e., allows 16-bit PWM)

Two Independent Output Compare Units
Double Buffered Output Compare Registers
One Input Capture Unit
Input Capture Noise Canceler
Clear Timer on Compare Match (Auto Reload)
Glitch-free, Phase Correct Pulse Width Modulator (PWM)
Variable PWM Period
Frequency Generator
External Event Counter
Four Independent Interrupt Sources (TOV1, OCF1A, OCF1B, and ICF1)

Timer/Counter 2

Single Channel Counter

Clear Timer on Compare Match (Auto Reload)
Glitch-free, phase Correct Pulse Width Modulator (PWM)
Frequency Generator
10-bit Clock Prescaler
Overflow and Compare Match Interrupt Sources (TOV2 and OCF2)
Allows Clocking from External 32 kHz Watch Crystal Independent of the I/O Clock

Przykłady

Przykład 1 - migająca dioda raz jeszcze

Przykład 2 - kwarc zegarkowy

Przykład 3 - PWM sterowanie serwem

Przykład wykorzystuje układ TIMER1.

Port D zostaje ustawiony jako wyjście (pin OC1A) :!:
Tryb pracy timera zostaje ustawiony za pomocą rejestru TCCR1
- bit ''COM1A1'' zeruje pin OC1A kiedy timer jest na dnie (BOTTOM) i ustawia je kiedy wartość zliczana zostaje osiągnięta (Compare Match)
- bit ''WGM11'' razem z ''WGM12'' oraz ''WGM13'' ustawiają tryb pracy timera na FastPWM z:
  - wierzchołkiem (TOP) w ICR1
  - wartością zadaną (wypełnieniem) w OCR1A
  - wartością dna (BOTTOM) równą 0
- bit ''CS10'' razem z ''CS11'' ustawiają prescaler na wartość $c l k_{I O} / 64$
Częstotliwość pracy wyraża się wzorem ( $N$ -wartość preskalera; $f_{c l k}$ - taktowanie układu): $f_{O C R 1 P W M} = \frac{f_{c l k}}{N \cdot (1 + T O P)}$
W danym przykładzie jest to typowa wartość dla serwa (przy 50 [Hz] okres T = 20 [ms]): $f_{O C R 1 P W M} = \frac{16 M}{64 \cdot (1 + 5000 - 1)} = 50 [H z]$
W przykładzie po zainicjalizowaniu timiera w pętli cyklicznie wypełnienie jest zmieniane co sekundę.

Podsumowując:

OCR - wypełnienie sygnału (:EN: duty cycle) PWM na wyjściu (OC1A)
Wyjście jest w stanie wysokim dopóki timer nie osiągnie wartości OCR
Wyjście jest resetowane do stanu wysokiego kiedy timer osiąga wartość maksymalną (ICR1), w tym samym czasie timer jest również resetowany do wartości minimalnej

alt

Kompromis rozdzielczość-częstotliwość

Zwiększanie częstotliwości pracy ogranicza rozdzielczość! Rozdzielczość można wyrazić wzorem:

$R_{F P W M} = \frac{l o g (T O P + 1)}{l o g (2)}$

W tym przykładzie będzie to:

$R_{F P W M} = \frac{l o g ((5000 - 1) + 1)}{l o g (2)} \approx 12 [b i t]$

Zgadza się bo maksymalna wartość to 4999 (5000-1). $2^{12} = 4096$ ( $2^{13} = 8192$ )

Najmniejsza rozdzielność to 2 bity, natomiast największa to 16 bitów.

Kod

int main()
{
	DDRD = 0xFF;

	TCCR1A |= (1<<COM1A1) | (1<< WGM11) ; // Set up timer/mode

	TCCR1B |= (1<< CS10) | (1<<CS11) | (1<<WGM13) | (1<<WGM12);

	ICR1  = 5000-1;// Uwaga! Dla kwarcu 16MHz

	forever
	{
		OCR1A =  500;
		_delay_ms(1000);
		OCR1A =  300;
		_delay_ms(1000);
	}
}