定时计数器及应用

在对TCNT2、OCR2和TCNT2寄存器进行写入时， ASSR寄存器的位2、1和0会自动置“1”。在ASSR寄存 器的位2、1和0置“1”期间，不能对相应位所指的寄存 器进行操作。
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T/C2用作实时时钟
• 应用课题1：利用定时器T/C2的实时 时钟晶振，产生1s断， 并在PD7引脚输出0.5Hz 的方波。
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T/C0计数寄存器 —— TCNT0
7
MSB
6
5
4
3
2
1
0
LSB
T/C2计数寄存器 —— TCNT2
7
MSB
6
5
4
3
2
1
0
LSB
T/C0、T/C2是可以进行读/写访问的向上计数（加法计数）的 计数器。
只要有有效脉冲输入，TCNT0、TCNT2就会在写入值（初值） 的基础上开始计数。一旦TCNT达到0xFF，下一个计数脉冲到来 时便回到0x00，并继续向上开始计数。在TCNT0、2回“0”的 同时，溢出标志TOV0、2置“1”。 TOV0、2标志置“1”可以用于申请中断，也可以作为计数器的第 “9”位使用。
CS0 CS0 CS0 1 1 T/C0时钟选择 位6、位3：计数器计数模式，用于控制 T/C0 的计数和工 2 1 0
比较匹
比较匹
作方式。
0
0
0
无时钟源，T/C0停止
clkI/O（不经过分频器） 0 0 1 位5~4：比较匹配输出模式，决定 T/C0比较匹配发生时， clkI/O/8（来自分频器） 0 PB3 1 ）的行为方式。这是 0 输出引脚OC0（ I/O的第二功能， clkI/O/64（来自分频器） 0 1 1 相应的方向控制位要置“ 1”，以便将其配置为输出。 1 1 0 0 0 1 clkI/O/256（来自分频器） clkI/O/1024（来自分频器）
S1 S2
中断请求1
0xFE 0xFF 0xFD 0xFC 0xF8 0xF9 0xFB 0xFA 计数器
外部脉冲
溢出标志 1 TF
S3
比较器 比较匹配标志 0 1 中断请求2
0xFC 比值寄存器
计数器输出 OC触发
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定时原理
定时——当计数器的计数脉冲频率恒定时，计数器所 记录的数值及代表了时间的概念。
7
OCIE2
6
TOIE2
5
TICIE1
4
3
2
TOIE1
1
OCIE0
0
TOIE0
OCIE1A OCIE1B
位7：T/C2输出比较匹配中断使能，为“1”时允许中断，为“0”时 禁止中断。 位6：T/C2溢出中断使能，为“1”时允许中断，为“0”时禁止中断。
位5：T/C1输入捕获中断使能，为“1”时允许中断，为“0”时禁止中断。
• • • • • • • • • TCCR0——T/C0控制寄存器 TCCR2——T/C2控制寄存器 TIMSK——T/C中断屏蔽寄存器 TIFR——T/C中断标志寄存器 TCNT0——T/C0计数寄存器 TCNT2——T/C2计数寄存器 OCR0——T/C0输出比较寄存器 OCR2——T/C2输出比较寄存器 ASSR——异步模式状态寄存器
定时功能是通过计数器的计数来实现的。
外部时钟源
S1 S0
内部时钟源
初值 S0用于选择内 部/外部时钟源 计数器 溢出标志TF
S2
中断请求
定时器的工作原理与计数器相同，只 是要求用于计数的脉冲，其频率恒定。 单片机的定时器用户是可以控制（可 编程）的。
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2.ATmega16定时/计数器资源
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计数原理（1）
计数——对外部事件进行统计，外部事件以输入有效 脉冲来表示。
当检测到有有效脉 启动计数器 冲输入时，计数寄 工作 存器加1 中断开放
外部脉冲
S1
计数器 0xF5 0xFF 0xFE 0xFD 0xFC 0xFB 0xFA 0xF9 0xF8 0xF7 0xF6 溢出标志 1 0 TF
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CTC模式
• 用于输出50%占空比的方波信号 • 用于产生准确的连续定时信号
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异步模式状态寄存器 —— ASSR
7
——
6
——
5
——
4
——
3
AS2
2
TCN2UB
1
OCR2UB
0
TCR2UB
位3：T/C2异步设定位。 当AS2=0时，T/C2使用系统I/O时钟——clkI/O作为时 钟源（同步方式）；当AS2=1时， T/C2使用连接在TOSC1 引脚上的晶振作为时钟源（异步方式）。通常连接在TOSC1 引脚上的晶振频率为32.768KHz。 位2：TCNT2更新忙，TCN2UB=0表明TCNT2可以被更新。 位1：OCR2更新忙，OCR2UB=0表明OCR2可以被更新。 位0：TCCR2更新忙，TCR2UB=0表明TCCR2可以被 更新。 位7~4：保留位。
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T/C中断标志寄存器 —— TIFR
7 6 5 4 3 2 1
OCF2 TOV2 ICF1 OCF1A OCF1B TOV1 OCF0
0
TOV0
位7：T/C2输出比较匹配标志。当T/C2计数器TCNT2与OCR2的值 匹配时，该位由硬件置“1”。中断响应后，由硬件清“0”，或通过对 该位写“1”来清“0”。 位6：T/C2溢出中断标志。当T/C2计数器TCNT2溢出时，该位由硬 件置“1”。中断响应后，由硬件清“0”，或通过对该位写“1”来清 “ 。 位0” 5： T/C1输入捕获中断标志。当T/C1输入捕获事件发生时，该 位置“1”。 位4：T/C1输出比较A匹配中断标志。
位2~0：T/C0的时钟选择位，用于定义T/C0的时钟 外部T0引脚，下降沿驱动 1 1 0 源。 （用于计数）
1 1 1 外部T0引脚，上升沿驱动 （用于计数）
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T/C2控制寄存器 —— TCCR2
7
FOC2
6
WGM20
5
COM21
4
COM20
3
WGM21
2
CS22
1
CS21
0
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PWM输出原理与方法（1）
PWM——Pulse-Width Modulation——脉冲宽度调制 PWM输出的一般形式：
t
τ PWM波形的特点：
• • • • • • T/C的预分频器 8位定时/计数器T/C0、T/C2 T/C2的异步操作 PWM模式下的T/C0、T/C2 16位定时/计数器T/C1 PWM模式下的T/C1
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T/C1、0的预分频器
clkI/O
PSR10
预分频器的作用是将系统时钟（如
Clear
CK/64 CK/8
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7
T/C0控制寄存器 —— TCCR0
6 5 4 3 2 1
WGM00
COM01 COM00 WGM01 CS02 CS01
COM0 1
0
COM0 0 0 1
T/C0比 （非P
0
FOC0
CS00
T/C0与 O
0
比较 O
位7：强制输出比较，该位只在WGM位被置为非PWM模 1 0 式下有效。
ATmega16的定时/计数器共有8个中 位3：T/C1输出比较B匹配中断标志。 断源——对应8个中断标志位，这些 标志位当条件满足后，由硬件置 位2：T/C1溢出中断标志。 “1”，中断响应后由硬件清“0”， 位1：T/C0输出比较匹配中断标志。 也可以对这些位通过软件写“1”清 “0”。 位0：T/C0溢出中断标志。
CS20
TCCR2的位7~3与TCCR0位7~3的作用等，完全相同。
CS2 2 CS2 1 CS2 0 T/C2时钟选择 无时钟源，T/C2 T/C2停止 0的时钟选择位，用于定义 0 0 位2~0：T/C2 的时钟源。
其功能与T/C0有不同点，无外部计数功能的选项。
0
0 1
0
0 1
1 0
1 0
1 0
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T/C0输出比较寄存器 —— OCR0
7
MSB
6
5
4
3
2
1
0
LSB
T/C2输出比较寄存器 —— OCR2
7
MSB
6
5
4
3
2
1
0
LSB
OCR0、OCR2中的8位数据用于同TCNT0、TCNT2寄存器中 的计数值进行连续的匹配比较。 如果TCNT0、TCNT2的值与OCR0、OCR2相等，则比较匹配 发生（比较匹配发生时，对应的定时/计数器输出引脚OC0、 OC2会产生触发事件）。 比较匹配发生后，置“1”相应的中断标志OCF0、OCF2。
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T/C2的异步操作
T/C2的异步操作——当AS2=1时，T/C2的计数时钟直接取自 于外部引脚TOSC1及TOSC2所接的外部石英晶振，计数时钟与 系统时钟不同步。
在使用异步方式时注意以下几点： 在同步与异步方式之间切换时，TCNT2、OCR2和TCCR2 的内容会受到破坏； ATmega16芯片已经对32.768kHz的手表晶振进行了优化， 加一个其它频率的外部时钟到TOSC1引脚可能会导致T/C2工 作不正常；
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定 时 | 计 数 器 及 应 用
本章内容
1. 定时与计数原理 2.ATmega16定时/计数器资 源 3.8位定时/计数器应用举例 4.定时/计数器1应用举例 5.看门狗定时器
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1.定时与计数原理
• • • • 计数原理（溢出、比较匹配） 定时原理 事件捕获原理 PWM输出原理与方法
S2
中断请求
初值 0xF5
初值寄存器作为计数 器回0时的初始值
当计数器计数 中断响应后溢 单片机的计数器用户是可以控制的（可编 溢出时的标志 出标志清“0”
程的），包括计数器的启动、计数脉冲的
有效方式、计数器的初值、计数溢出中断 请求开放或禁止等。
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计数原理（2）
0xF8 初 值
CK/1024
CK/256
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8位定时/计数器T/C0、T/C2（1）
ATmega16的定时/计数器共有3个：
1个16位的定时/计数器——定时/计数器1（简称T/C1）
2个8位定时/计数器——定时/计数器0（简称T/C0 ）、 定时/计数器2（简称 T/C2） 这3个定时/计数器各具特点：
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设计思想
T/C2的时钟源——PC6（TOSC1）、PC7（TOSC2）的 32.768kHz的手表晶振；
32.768kHz的手表晶振128分频——分频后的晶振频率为256Hz，周 期为1/256秒，计录256个脉冲时，所需时间为1秒； 32.768kHz的手表晶振256分频——分频后的晶振频率为128Hz，周 期为1/128秒，记录128个脉冲所需时间也正好为1秒。 使用定时器的比较匹配工作方式、计数频率256分频，比较匹配值应为128 即0x80； 为什么将32.768kHz称为“手表晶振”或“实时时钟晶振”，T/C2为 什么可用作“实时时钟RTC——Real Time Clock ”，其道理就在如此。 引脚PD7为T/C2输出OC2，1s反转一次，输出波形频率为0.5Hz。 OC2设置为T/C2比较匹配后触发。
T/C0功能普通——（8位二进制）计数、定时、CTC、PWM
T/C1功能多——（16位二进制）计数、定时、CTC、PWM、
输入捕获
T/C2功能少且特殊——（8位）定时（有异步定时功能，可 作为实时时钟RTC）、PWM
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8位定时/计数器T/C0、T/C2（2）
ATmega16的8位定时/计数器用户可以控制：
clkT2S（不经过分频器） clkT2S/8（来自分频器）
clkT2S/32（来自分频器） clkT2S/64（来自分频器）
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来自百度文库
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clkT2S/128（来自分频器）
clkT2S/256（来自分频器） clkT2S/1024（来自分频器）
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T/C中断屏蔽寄存器 —— TIMSK
位4：T/C1输出比较A匹配中断使能，为“1”时允许中断，为“0”时 禁止中断。 位3：T/C1输出比较B匹配中断使能，为“1”时允许中断，为“0”时 禁止中断。 位2：T/C1溢出中断使能，为“1”时允许中断，为“0”时禁止中断。 位1：T/C0输出匹配中断使能，为“1”时允许中断，为“0”时禁止中断。 位0：T/C0溢出中断使能，为“1”时允许中断，为“0”时禁止中断。
10位T/C预分频器
T0 T1
CS10 CS11 CS12
本实验装置上的系统时钟为 4.000MHz）按设定的比例进行分频， 以产生不同周期的时钟clkT0、clkT1， 分别作为时钟源提供给T/C0和T/C1 使用。
0 0 CS00 CS01 CS02
T/C1时钟源clkT1
T/C0时钟源clkT0