定时/计数器 脉冲计数-爱分乐赚

定时/计数器(Timer/counter)是单片机芯片中最基本的外围接口,它的用途非常广泛,常用于测量时间、速度、频率、脉宽、提供定时脉冲信号 等。相对于一般8位单片机而言,AVR不仅配备了更多的定时/计数器接口,而且还是增强型的,功能非常强大。ATmega128一共配置了2个8位和2个 16位,共4个定时/计数器,本小节重点对它的一些增强功能的应用做基本的介绍。 5.9.1 预分频器
  定时/计数器最基本的功能就是对脉冲信号计数,当计数器计满后(8位为255,16位为65535),再来一个脉冲它就翻转到0,并产生中断信号。同
其他单片机类似,AVR的定时/计数器的计数脉冲可以来自外部的引脚,也可以由从内部系统时钟获得;但AVR的定时/计数器在内部系统时钟和计数单元之间
增加了一个预分频器,利用预分频器,定时/计数器可以从内部系统时钟获得不同频率的信号。表5-1为系统时钟为4MHz使用定时/计数器0的最高计时精度
和时宽范围。
表5-1 T/C0计时精度和时宽(系统时钟4MHz)
分频系数  计时频率  最高计时精度(TCNT0=255)  最宽时宽(TCNT0=0)
1          4MHz      0.25us                    64us
8          500KHz    2us                       512us
32         125KHz    8us                       2.048ms
64         62.5KHz   16us                      4.096ms
128        31.25KHz  32us                      8.192ms
256        15.625KHz 64us                      16.384ms
1024       3906.25Hz 256us                     65.536ms
  从表中看出,在系统时钟为4MHz时,8位的T/C0最高计时精度为0.25us,最长的时宽可达到65.536ms。而使用16位的定时/计数器
时,不需要辅助的软件计数器,就可以非常方便的设计一个时间长达16.777216秒(精度为256us)的定时器,这对于其它的8位单片机是做不到的。

  AVR单片机的每一个定时/计数器都配备独立的、多达10位的预分频器,由软件设定分频系数,与8/16位定时/计数器配合,可以提供多种档次的定时
时间。使用时可选取最接近的定时档次,即选8/16位定时/计数器与分频系数的最优组合,减少了定时误差。所以,AVR定时/计数器的显著特点之一是:高
精度和宽时范围,使得用户应用起来更加灵活和方便。此外,AVR的USART、SPI、I2C、WDT等都不占用这些定时/计数器。
5.9.2 输入捕捉功能
  ATmega128的两个16位定时/计数器(T/C1、T/C3)具有输入捕捉功能,它是AVR定时/计数器的又一个显著的特点。其基本作用是当一
个事件发生时,立即将定时/计数器的值锁定在输入捕捉寄存器中(定时/计数器保持继续运行)。利用输入捕捉功能,可以对一个事件从发生到结束的时间进行更
加精确,如下面的示例中精确测量一个脉冲的宽度。
  测量一个脉冲的宽度,就是测量脉冲上升沿到下降之间的时间。不使用输入捕捉功能,一般情况往往需要使用两个外围部件才能完成和实现。如使用1个定时/
计数器加1个外部中断(或模拟比较器):定时/计数器用于计时;而外部中断方式设置成电平变化触发方式,用于检测脉冲的上升和下降沿。当外部中断输入电平
由低变高,触发中断,读取时间1;等到输入电平由高变低时,再次触发中断,读取时间2;两次时间差既为脉冲宽度。这种实现方式不仅多占用了一个单片机的内
部资源,而且精度也受到中断响应时间的限制。因为一旦中断发生,MCU响应中断需要时间,在中断中可能要进行适当的中断现场保护,才能读取时间值。而此时
的时间值比中断发生的时间已经滞后了。
  而使用ATmega128的1个定时/计数器,再配合其输入捕捉功能来测量脉冲的宽度就非常方便,下面是实现的程序示例。
#include <mega128.h>
#define ICP1 PIND.4 //脉冲输入由ICP1(Pind.4)输入
unsigned char ov_counter;
unsigned int rising_edge,falling_edge;
unsigned long pulse_clocks;
interrupt [TIM1_OVF] void timer1_ovf_isr(void) // T/C1溢出中断
{
ov_counter++; //记录溢出次数
}
interrupt [TIM1_CAPT] void timer1_capt_isr(void) // T/C1捕捉中断
{
if (ICP1)
{ //上升沿中断
rising_edge = ICR1; //记录上升沿开始时间
TCCR1B = TCCR1B & 0xBF; //设置T/C1为下降沿触发捕捉
ov_counter = 0; //清零溢出计数器
}
else
{ //下降沿中断
falling_edge = ICR1; //记录下降沿时间
TCCR1B = TCCR1B | 0x40; //设置T/C1为上升沿触发捕捉
pulse_clocks = (unsigned long)falling_edge - (unsigned long)rising_edge
+ (unsigned long)ov_counter * 0x10000 / 500; //计算脉冲宽度
}
}
void main(void)
{
TCCR1B=0x42; //初始化T/C1,1/8分频,上升沿触发捕捉
TIMSK=0x24; //允许T/C1溢出和捕捉中断
#asm("sei")
while (1)
     {………
     };
}
  这段程序是在CVAVR中实现的。在T/C1的捕捉中断中,先检查ICP1的实际状态,以确定是出现了上升沿还是下降沿信号。如果中断是由上升沿触发
的(ICP1为高电平),程序便开始一次脉冲宽度的测量:记录下上升沿出现的时间,把T/C1的捕捉触发方式改为下降沿触发,并清空溢出计数器。如果中断
由下降沿触发(ICP1为低电平),表示到达脉冲的未端,程序记录下降沿出现时间,计算出脉冲的宽度,再将T/C1的捕捉触发方式改为上升沿触发,以开始
下一次的测量。
  脉冲的实际宽度(毫秒格式)是根据T/C1的计数时钟个数来计算的。本例中T/C1的计数时钟是系统时钟(4MHz)的8分频,即500KHz,相应
的计数脉冲宽度为2us。因此计算出从上升沿和下降沿之间总的计数脉冲个数,除以500个脉冲(为1ms)即得到以毫秒为单位的被测脉冲宽度了。
  可以看到,使用定时/计数器以及配合它的捕捉功能测量脉冲宽度,不仅节省系统的硬件资源,编写程序简单,而且精度也高,因为读到的上升沿和下降沿的时间就是其实际发生的时间。

本文转自:https://www.cnblogs.com/zym0805/p/6229858.html

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