Таймеры — еще один классический модуль, присутствующий практически во всех МК. Он позволяет решать множество задач, самая распространная из которых — задание стабильных временных интервалов. Второе по популярности применение — генерация ШИМ (о нем далее) на выводе МК. Несмотря на то, что, как уже было сказано, применение таймеров отнюдь не ограничивается этими задачами, здесь будут рассмотрены только эти две как наиболее распространенные.
Сам по себе таймер представляет собой двоичный счетчик, подключенный к системе тактирования микроконтроллера через дополнительный делитель. К нему, в свою очередь, подключены блоки сравнения (их может быть много), которые способны выполнять разные полезные функции и генерировать прерывания — в зависимости от настроек. Упрощенно устройство таймера можно представить следующим образом:
Настройка таймера, как и всей остальной периферии, производится через его регистры.
Генерация временных интервалов с помощью таймера.
Прерывания.
Из названия явствует, что главным назначением блоков сравнения является постоянное сравнение текущего значения таймера со значением, заданным в регистре OCRnX. Уже упоминалось, что имена регистров часто несут в себе глубокий сакральный смысл — и регистры сравнения не являются исключением. Так, n обозначает номер таймера, X — букву (тоже способ нумерации, блоков сравнения может быть много) регистра сравнения. Таким образом, OCR1A можно понять как O utput C ompare R egister of 1 st timer, unit A . К слову, искушенному эмбеддеру это даcт возможность предположить, что, возможно, существует таймер 0 и регистр сравнения B…
Итак, блоки сравнения могут генерировать прерывания при каждом совпадении значения таймера (к слову, оно находится в регистре TCNTn — T imer/C ouNT er #n ) с заданым числом. Читателю уже должно быть знакомо понятие прерывания, однако на всякий случай освежим его в памяти, а заодно и поговорим о том, как его описать на С. Так вот, вышесказанное значит, что, как только случится описанное событие, процессор сохранит номер текущей команды в стеке и перейдет к выполению специально определенного кода, а после вернется обратно. Все происходит почти так же, как и при вызове обычной функции, только вызывается она на аппаратном уровне. Объявляются такие функции с помощью макроса, объявленного в avr/interrupt.h (ISR — «I nterrupt S ervice R outine», «обработчик прерывания»):
ISR (< имя вектора прерывания> ) { /*код обработчка прерывания*/ }
Каждому прерыванию (естесственно, их много) соответствует т.н. вектор прерывания — константа, также объявленная в avr/interrupt. Например, обработчик прерывания по совпадению значения таймера со значением регистра OCR1A будет иметь следующий вид:
ISR (TIMER1_COMPA_vect) { /*код обработчика*/ }
Несомненно, проницательный читатель уже догадался, каким образом формируются имена векторов. Тем не менее, полный список этих констант можно посмотреть в документации на avr-libc (библиотека стандартных функций для AVR-GCC).
Даташит (от англ. datasheet) — файл технической документации, описание конкретного прибора (микросхемы, транзистора и т.д.). Содержит всю информацию о характеристиках и применении компонента. Почти всегда имеет формат PDF. Обычно гуглится как «<название компонента> pdf».
Последние три бита управляют предделителем, упомянутым в самом начале (остальные же нас пока не интересуют):
Сконфигурируем таймер так, чтобы прерывания происходили два раза в секунду. Выберем предделитель 64; для этого установим биты CS11 и CS10:
TCCR1B= (1 < < CS11) | (1 < < CS10) ;
Тогда частота счета составит 8МГц/64=125КГц, т.е. каждые 8мкС к значению TCNT1 будет прибавляться единица. Мы хотим, чтобы прерывания происходили с периодом 500мС. Очевидно, что за это время таймер досчитает до значения 500мС/8мкС=62500, или 0xF424. Таймер 1 — шестнадцатибитный, так что все в порядке.
OCR1A= 0xF424 ;
Ясно, что в случае, если расчетное значение превышает разрядность таймера, требуется выбор большего предделителя. Вывод несложной формулы для расчета числа, которое необходимо загрузить в таймер для получения нужной частоты прерываний при заданной частоте процессора и предделителе, автор оставляет читателю.
Осталось только разрешить прерывание по совпадению — за него отвечает бит в регистре TIMSK1:
Про него написано следующее:
Итак, устанавливаем нужное значение:
TIMSK1= (1 < < OCIE1A) ;
Кроме того, следует помнить, что перед использованием прерываний необходимо их глобально разрешить вызовом функции sei() . Для глобального запрета прерываний служит функция cli() . Эти функции устанавливают/очищают бит I в регистре SREG , управляя самой возможностью использования такого механизма, как прерывания. Регистры же вроде TIMSKn — не более чем локальные настройки конкретного модуля.
Как уже упоминалось, прерывание может возникнуть в любой момент, прервав программу в любом месте. Однако существуют случаи, когда это нежелательно. Механизм глобального запрета/разрешения прерываний позволяет решить эту проблему.
Итак, программу, мигающую светодиодом, с использованием прерываний можно переписать следующим образом:
# include < avr/io.h > # include < avr/interrupt.h > ISR (TIMER1_COMPA_vect) { TCNT1= 0 ; if (PORTB & (1 < < PB0) ) PORTB& = ~ (1 < < PB0) ; else PORTB| = (1 < < PB0) ; } void main (void ) { DDRB= 0xFF ; PORTB= 0 ; OCR1A= 0xF424 ; TIMSK1= (1 < < OCIE1A) ; TCCR1B= (1 < < CS11) | (1 < < CS10) ; sei() ; while (1 ) ; }Видно, что теперь в промежутках между переключениями светодиодов процессор абсолютно свободен для выполнения других задач, в то время как в первом примере он был занят бесполезным подсчетом тактов (функции _delay_xx() работают именно так). Таким образом, прерывания позволяют организовать примитивную многозадачность.
Генерация ШИМ с помощью таймера.
При определеных настройках блоки сравнения позволяют организовать аппаратную генерацию ШИМ-сигнала на ножках МК, обозначенных как OСnX:
ШИМ (PWM) — Ш иротно-И мпульсная М одуляция (P ulse W idth M odulation). ШИМ-сигнал представляет собой последовательность прямоугольных импульсов с изменяющейся длительностью:
Для ШИМ вводятся две родственные характеристики — коэффициент заполнения (duty cycle, D) и скважность — величина, обратная коэффицинту заполнения. Коэффициент заполнения представляет собой отношение времени импульса к длительности периода:
Коэффициент заполнения часто выражается в процентах, но так же распространена запись в десятичных дробях.
Значение ШИМ для народного хозяйства заключается в том, что действующее значение напряжения такого сигнала прямо пропоционально коэффициенту заполнения:
— с этим интегралом пособие смотрится солиднее; зависимость же выражается следующей формулой:
U avg — среднее значение напряжения (тут — оно же действующее);
D — коэффициент заполнения;
U p-p — амплитуда импульса.
Таким образом, ШИМ является простым способом получить аналоговый сигнал с помощью микроконтроллера — для этого такую последовательность импульсов надо подать на фильтр низких частот (который, кстати, и является физическим воплощением интеграла, записанного выше).
Наиболее употребительным режимом ШИМ является т.н. Fast PWM (об остальных режимах можно прочесть непосредственно в документации), поэтому рассмотрим его. В этом случае блоки сравнения работают следующим образом: с обнулением таймера на выход OCnX подается высокий уровень; как только таймер досчитает до числа, записанного в OCRnX, OCnX переводится в состояние низкого уровня. Все это повторяется с периодом переполнения счетчика. Получается, что ширина выходного импульса зависит от значения OCRnX, а выходная частота равна тактовой частоте таймера, поделенной на его максимальное значение. Рисунок из даташита поясняет сказанное:
Возможен также инверсный режим, в котором изменение состояния OCnX производится в обратной последовательности, что бывает удобно на практике.
Настройка блока сравнения для генерации ШИМ.
Здесь нам опять поможет документация. Итак, сначала надо перевести блок сравнения в режим генерации ШИМ и выбрать интересующий выход из доступных. Эти настройки доступны в регистре TCCR0A:
Нас интересуют биты WGMxx и COMnXn. Про них сказано следующее:
Т.е., нас интересуют биты WGM00 и WGM01 — Fast PWM mode,
а также COM0A1 — non-inverting PWM на выводе OC0A. Настраиваем:
TCCR0A= (1 < < COM0A1) | (1 < < WGM01) | (1 < < WGM00) ;
Естесственно, кроме этого выбранная ножка должна быть настроена на выход с помощью регистра DDR соответствующего порта.
OCR0A= 128 ;
И, наконец, включить таймер, выбрав делитель. Тут все так же:
Обычно для ШИМ выбирается максимально возможная частота (для того, чтобы получить максимальное качество выходного сигнала). Т.е., целесообразно установить минимальное значение делителя:
TCCR0B= (1 < < CS00) ;
На этом этапе настройка ШИМ завершается, и на выбранной ножке можно увидеть сигнал.
Как упомянуто выше, ШИМ — простой способ получения аналогового сигнала с помощью МК. Например, можно организовать плавное мигание светодиода (в этом случае роль интегратора-ФНЧ выполняет глаз наблюдателя, так что светодиод можно подключить к ножке МК через обычный резистор).
Некоторые моменты в предлагаемом примере требуют пояснения.
В списке включаемых файлов присутствует загадочный stdint.h — в этом файле объявлены типы с явно указанной разрядностью, например
uint8_t
— u
nsigned 8
-bit int
eger t
ype
uint16_t
— u
nsigned 16
-bit int
eger t
ype
uint32_t
— u
nsigned 32
-bit int
eger t
ype
int8_t
— signed 8
-bit int
eger t
ype
и так далее. Такие типы способствуют единообразию и удобочитаемости программы. Кроме того, гарантируется, что при портировании кода разрядность данных останется указанной. И, кстати, uint8_t писать гораздо быстрее, чем unsigned char.
Модификатор volatile означает, что компилятору запрещается оптимизировать данную переменную. Например, если скомпилировать следующий пример:
void main (void ) { unsigned char i= 0 ; while (1 ) { i+ + ; } }после чего изучить дизассемблированный код, можно обнаружить, что на самом деле никакой переменной создано не было, и программа представляет собой пустой цикл. Это произошло потому, что оптимизатор посчитал переменную неиспользуемой, и не включил ее в результирующий код. Если бы подобным образом объявленная переменная использовалась, например, в прерывании, такая вольность оптимизатора вызвала бы некорректную работу программы. Применение volatile исключает такое поведение.
#includeВ этом уроке мы поговорим о таймерах.
Данная тема непосредственно связана с темой тактирования микроконтроллера. Поэтому рекомендую перед прочтением данного урока ознакомиться с предыдущим.
Итак, зачем нам таймер?
При построении проектов на микроконтроллерах очень часто возникает необходимость измерение точных временных промежутков. Например, желание мигать светодиодом с определенной частотой, или опрашивать состояние кнопки с необходимыми временными промежутками.
Решить поставленные задачи помогают именно таймеры. Но таймеры микроконтроллеров AVR не знают что такое секунда, минута, час. Однако они прекрасно знают, что такое такт! Работают они именно благодаря наличию тактирования контроллера. То есть, таймер считает количество тактов контроллера, отмеряя тем самым промежутки времени. Допустим, контроллер работает при тактовой частоте 8МГц, то есть когда таймер досчитает до 8 000 000, пройдет одна секунда, досчитав до 16 000 000, пройдет 2 секунды и так далее.
Однако, тут возникает первое препятствие. Регистры то у нас 8 битные, то есть досчитать мы можем максимум до 255, а взяв 16 битный таймер, мы, досчитаем максимум до 65535. То есть за одну секунду мы должны обнулить таймер огромное количество раз! Конечно, можно заняться этим, если больше заняться нечем. Но ведь просто измерять время, используя мощный микроконтроллер совсем не интересно, хочется сделать нечто большее. Тут нам на помощь приходит предделитель. В общем виде это промежуточное звено между таймером и тактовой частотой контроллера. Предделитель облегчает нашу задачу позволяя поделить тактовую частоту на определенное число, перед подачей её на таймер. То есть установив предделитель на 8, за 1 секунду наш таймер досчитает до 1 000 000, вместо 8 000 000 (Разумеется, при частоте тактирования контроллера 8МГц). Уже интереснее, не так ли? А поделить мы можем и не только на 8, но и на 64 и даже на 1024.
Теперь настало время собрать схему, настроить наш таймер, предделитель, и сделать уже хоть что-то полезное!
А делать мы сегодня будем “бегущие огни” из светодиодов. То есть поочередно будем зажигать 3 светодиода, с периодом 0.75 секунды (То есть время работы одного светодиода 0.25 секунды). Соберем следующую схему:
Номиналы резисторов R 1-R 3 рассчитайте самостоятельно.
Далее, рассмотрим регистры отвечающие за работу таймеров. Всего AtMega 8 имеет в своем составе 3 таймера.Два 8 битных(Timer 0,Timer 2) и один 16 битный(Timer 1).Рассматривать будем на примере 16 битного таймера 1.
Пара регистров 8 битных регистров TCNT 1H и TCNT 1L , вместе образуют 16 битный регистр TCNT 1. Данный регистр открыт как для записи, так и для чтения. При работе таймера 1, значение данного регистра при каждом счете изменяется на единицу. То есть в регистре TCNT 1 записано число тактов, которые сосчитал таймер. Так же мы можем записать сюда любое число в диапазоне от 0 до 2 в 16 степени. В таком случае отсчет тактов будет вестись не с 0, а с записанного нами числа.
Регистр TIMSK отвечает за прерывания, генерируемые при работе таймеров микроконтроллера. Прерывание – обработчик специального сигнала, поступающего при изменении чего либо . Любое прерывания микроконтроллера может быть разрешено или запрещено. При возникновении разрешенного прерывания, ход основной программы прерывается, и происходит обработка данного сигнала. При возникновении запрещенного прерывания, ход программы не прерывается, а прерывание игнорируется. За разрешение прерывания переполнения счетного регистра TCNT 1 таймера 1 отвечает бит TOIE 1(Timer 1 Overflow Interrupt Enable ).При записи 1 в данный бит прерывание разрешено, а при записи 0 – запрещено. Данное прерывание генерируется таймером 1 при достижении максимального значения регистра TCNT 1. Подробнее о прерываниях поговорим в следующем уроке.
Регистр TCCR 1B отвечает за конфигурацию таймера 1. В данном случае битами CS 10-CS 12 мы задаем значение предделителя согласно следующей таблицы.
Остальные биты пока нас не интересуют.
Так же существует регистр TCCR 1A , который позволяет настроить другие режимы работы таймера, например ШИМ, но о них в отдельной статье.
А теперь код на C :
#define F_CPU 16000000UL
#include #define F_CPU 16000000UL
#include #include uint8_t
num
=
;
ISR
(TIMER1_OVF_vect
)
PORTD
=
(1
<<
num
)
;
num
++
;
if
(num
>
2
)
num
=
;
TCNT1
=
61630
;
//Начальное значение таймера
int
main
(void
)
DDRD
|=
(1
<<
PD0
)
|
(1
<<
PD1
)
|
(1
<<
PD2
)
;
TCCR1B
|=
(1
<<
CS12
)
|
(1
<<
CS10
)
;
//Предделитель = 1024
TIMSK
|=
(1
<<
TOIE1
)
;
//Разрешить прерывание по переполнению таймера 1
TCNT1
=
61630
;
//Начальное значение таймера
sei
()
;
//Разрешить прерывания
while
(1
)
//Основной цикл программы, он пуст, так как вся работа в прерывании
Код на ASM
: Assembly (x86)
Include "m8def.inc"
rjmp start
.org OVF1addr
rjmp TIM1_OVF
start:
ldi R16,LOW(RamEnd)
out SPL,R16
ldi R16,HIGH(RamEnd)
out SPH,R16
ldi R16,1
ldi R17,0b00000111
out DDRD,R17
ldi R17,0b00000101
out TCCR1B,R17
ldi R17,0b11110000
out TCNT1H,R17
ldi R17,0b10111110
out TCNT1l,R17
ldi R17,0b00000100
out TIMSK,R17
sei
main_loop:
nop
rjmp main_loop
TIM1_OVF:
out PORTD,R16
lsl R16
cpi R16,8
brlo label_1
ldi R16,1
label_1:
ldi R17,0b10111110
out TCNT1L,R17
ldi R17,0b11110000
out TCNT1H,R17
reti Include
"m8def.inc"
Rjmp
start
Org
OVF
1addr
Rjmp
TIM
1_
OVF
start
:
Ldi
R
16,
LOW
(RamEnd
)
Out
SPL
,
R
16 Ldi
R
16,
HIGH
(RamEnd
)
Out
SPH
,
R
16 Ldi
R
16,
1
Ldi
R
17,
0b00000111
Out
DDRD
,
R
17 Ldi
R
17,
0b00000101
Out
TCCR
1B
,
R
17 Ldi
R
17,
0b11110000
Out
TCNT
1H
,
R
17 Ldi
R
17,
0b10111110
В МК ATMega16 есть три таймера/счетчика – два 8-битных (Timer/Counter0, Timer/Counter2) и один 16-битный (Timer/Counter1). Каждый из них содержит специальные регистры, одним из которых является счетный регистр TCNTn (n – это число 0, 1 или 2). Каждый раз, когда процессор выполняет одну команду, содержимое этого регистра увеличивается на единицу (либо каждые 8, 64, 256 или 1024 тактов). Потому он и называется счетным. Помимо него, есть еще и регистр сравнения OCRn (Output Compare Register), в который мы можем сами записать какое-либо число. У 8-битного счетчика эти регистры 8-битные. По мере выполнения программы содержимое TCNTn растет и в какой-то момент оно совпадет с содержимым OCRn. Тогда (если заданы специальные параметры) в регистре флагов прерываний TIFR (Timer/Counter Interrupt Flag Register) один из битов становится равен единице и процессор, видя запрос на прерывание, сразу же отрывается от выполнения бесконечного цикла и идет обслуживать прерывание таймера. После этого процесс повторяется. Ниже представлена временная диаграмма режима CTC (Clear Timer on Compare). В этом режиме счетный регистр очищается в момент совпадения содержимого TCNTn и OCRn, соответственно меняется и период вызова прерывания. Это далеко не единственных режим работы таймера/счетчика. Можно не очищать счетный регистр в момент совпадения, тогда это будет режим генерации широтно-импульсной модуляции, который мы рассмотрим в следующей статье. Можно менять направление счета, т. е. содержимое счетного регистра будет уменьшаться по мере выполнения программы. Также возможно производить счет не по количеству выполненных процессором команд, а по количеству изменений уровня напряжения на «ножке» T0 или T1 (режим счетчика), можно автоматически, без участия процессора, менять состояние ножек OCn в зависимости от состояния таймера. Таймер/Счетчик1 умеет производить сравнение сразу по двум каналам – А или В. Для запуска таймера нужно выставить соответствующие биты в регистре управления таймером TCCRn (Timer/Counter Control Register), после чего он сразу же начинает свою работу. Мы рассмотрим лишь некоторые режимы работы таймера. Если вам потребуется работа в другом режиме, то читайте Datasheet к ATMega16 – там все подробнейше по-английски написано, даны даже примеры программ на С и ассемблере (недаром же он занимает 357 страниц печатного текста!). Теперь займемся кнопками. Если мы собираемся использовать небольшое количество кнопок (до 9 штук), то подключать их следует между «землей» и выводами какого-либо порта микроконтроллера. При этом следует сделать эти выводы входами, для чего установить соответствующие биты в регистре DDRx и включить внутренний подтягивающий резистор установкой битов в регистре PORTx. При этом на данных «ножках» окажется напряжение 5 В. При нажатии кнопки вход МК замыкается на GND и напряжение на нем падает до нуля (а может быть и наоборот – вывод МК замкнут на землю в отжатом состоянии). При этом меняется регистр PINx, в котором хранится текущее состояние порта (в отличие от PORTx, в котором установлено состояние порта при отсутствии нагрузки, т. е. до нажатия каких-либо кнопок). Считывая периодически состояние PINx, можно определить, что нажата кнопка. ВНИМАНИЕ!
Если соответствующий бит в регистре DDRx будет установлен в 1 для вашей кнопки, то хорошее нажатие на кнопку может привести к небольшому пиротехническому эффекту – возникновению дыма вокруг МК. Естественно, МК после этого придется отправить в мусорное ведро… Перейдем к практической части. Создайте в IAR новое рабочее пространство и новый проект с именем, например, TimerButton. Установите опции проекта так, как это описано в предыдущей статье.
А теперь наберем следующий небольшой код. Давайте посмотрим, как это работает. В функциях init_timern задаются биты в регистрах TCCRn, OCRn и TIMSK, причем такой способ может кому-нибудь показаться странным или незнакомым. Придется объяснить сначала, что означает запись «(1 где a – это то число, двоичное представление которого нужно сдвинуть, а b показывает, на сколько битов нужно его сдвинуть. При этом возможна потеря значения, хранящегося в a (т.е. не всегда возможно восстановить из С то, что было в а). Рассмотрим пример: Что окажется в С после выполнения строки C = (22 2 в двоичном коде будет выглядеть как 00010110, а после сдвига влево на 3 бита получим С = 10110000. Аналогично существует и сдвиг вправо. Еще пример: Сначала выполнится действие во внутренних скобках (0xFF – это 255 в шестнадцатеричном коде), из 11111111 получится 11111100, потом произойдет сдвиг вправо и получим С = 00111111. Как видим, здесь две взаимно обратные операции привели к другому числу, т. к. мы потеряли два бита. Этого не произошло бы, если бы переменная С была типа int, т. к. int занимает 16 бит. Теперь рассмотрим еще два битовых оператора, широко применяющиеся при программировании МК. Это оператор «побитовое и» (&) и «побитовое или» (|). Как они действуют, думаю, будет понятно из примеров: Действие: Результат (в двоичном коде):
С = 0; // C = 00000000
C = (1 // C = 00100101
C |= (1 // C = 00101101
C &= (0xF0 >> 2); // C = 00101100
C = (C & 4) | 3; // C = 00000111
Чуть не забыл! Есть еще «побитовое исключающее или» (^). Оно сравнивает соответствующие биты в числе, и, если они одинаковые, возвращает 0, иначе единицу. Вернемся к нашей программе. Там написано «(1 При компиляции программы запись WGM01 просто заменяется на число 3, и в результате получается уже корректная запись. WGM01 называется макросом и он, в отличие от переменной, не занимает места в памяти (разве что в памяти программиста:-). Если заглянуть теперь в Datasheet, но нетрудно будет увидеть, что WGM01 – это имя третьего бита в регистре TCCR0. То же самое касается и остальных битов этого регистра. Это совпадение не случайно и относится ко всем регистрам МК (или почти ко всем). Т. е., написав «(1 Итого, строчка означает, что включен режим СТС, при срабатывании таймера0 меняется состояние «ножки» ОС0 (Она же PB3), содержимое счетчика увеличивается каждые 1024 такта. Аналогично для таймера2: TCCR2 = (1 В регистре TIMSK (Timer/counter Interrupt MaSK register) задается режим прерываний. Мы написали что означает прерывание таймера2 по совпадении TCNT2 и OCR2.
Самая последняя функция – это собственно функция прерывания совпадения таймера2. Прерывания объявляются следующим образом: где ВЕКТОР – это макрос вектора прерывания (по смыслу просто число, характеризующее это прерывание); эти макросы в порядке снижения приоритета перечислены в файле iom16.h. ТИП – тип возвращаемого функцией значения, в нашем случае void (ничего). ИМЯ – произвольное имя для этой функции. С прерываниями мы еще успеем наработаться в будущем. При выполнении нашей функции должны по очереди моргать светодиоды, подключенные к PB0 и PB1. Судя по всему, частота равна 11059200/(256*1024) = 42 Гц. Это быстро, но будет заметно невооруженным глазом. Кстати, применение таймеров дает возможность отсчитывать точные временные интервалы, не зависящие от сложности вашей программы и порядка ее выполнения (но если у Вас не более одного прерывания). Итак, сохраняем файл как «TimerDebug.c», добавляем его в проект, компилируем, прошиваем МК. Что же мы видим?
Светодиод, подключенный к выводу PB3, будет активно моргать, а на PB0 и PB1 нет ни каких изменений. В чем же дело? Неужели что-то неверно? Чтобы это выяснить, придется отладить нашу программу. Поскольку в IAR нет Debuggerа, придется использовать AVR Studio. Эту среду разработки можно скачать с сайта производителя http://atmel.com . Проблем с ее установкой, думаю, не должно быть. Перед запуском AVR Studio выберите в IAR режим Debug и создайте отладочный cof-файл (все опции проекта должны быть выставлены, как описано в предыдущей статье). Открыв AVR Studio, мы увидим окно приветствия, в котором выберем «Open». Теперь лезем в папку с проектом, там в Debug\Exe, выбираем там «TimerDebug.cof», создаем проект там, где предложат, выбираем дивайс ATMega16 и режим отладки Simulator. После этого, если все сделали правильно, сразу же идет процесс отладки Среда отладки здесь очень удобная, т.к. позволяет просматривать содержимое всех регистров МК, а также вручную устанавливать значения для них щелчками мыши. Например, если установить флаг прерывания в регистре TIFR в бите 7 (под черным квадратом в TIMSK), то следующим шагом программы (нажатие F10 или F11) должна быть обработка прерывания (флаг будет установлен автоматически и при совпадении регистров TCNT2 и OCR2). Но, к нашему удивлению, прерывания не будет! Возникает вопрос: почему? Откроем регистр CPU, SREG. Этот регистр определяет работу процессора, а конкретно седьмой его бит (I-бит, Interrupt bit) ответственен за обработку всех прерываний в МК. У нас он не установлен. Стоит его выставить, как сразу же пойдет выполняться прерывание (если одновременно установлен седьмой бит в TIFR). Можно заметить одну интересную особенность: как только процессор уходит в обработку прерывания, этот бит (флаг разрешения обработки прерываний) снимается, а при выходе из функции прерывания вновь автоматически устанавливается. Это не позволяет процессору, не выполнив одного прерывания, схватиться за другое (ведь ориентируется он в программе именно таким образом – по флагам). Значит, нужно добавить строчку кода для установки этого бита в единичное состояние. Добавим мы его в функцию init_timer2. Получится следующее: Теперь, выбрав конфигурацию Release и прошив МК нажатием F7 и запуском AVReal32.exe, с радостью увидим, что все работает как надо. Замечание:
при отладке программы следует уменьшать интервалы таймеров, если они слишком длинные, т. к. в процессе отладки в AVR Studio программа выполняется в тысячи раз медленнее, чем внутри МК и вы не дождетесь срабатывания таймера. В целом отладка полностью аналогична таковой в других системах программирования, таких, как Visual C++. Теперь, научившись отлаживать программы, создадим в IAR новый файл (а старый сохраним и удалим из проекта) и наберем следующий код: Сначала предлагаю взять уже готовый файл прошивки (файлы к статье, папка Release, файл TimerButton.hex или откомпилировать этот текст) и записать его в МК. После чего вынуть кабель прошивки, подключить к PC0 и PC1 кнопки и попробовать их понажимать. Увидим, что при нажатии на одну из кнопок увеличивается регистр PORTB (загораются светодиоды), а при нажатии на другую – уменьшается. Если не работает – попробуйте понажимать одну кнопку, удерживая другую – будет действовать. Дело в том, что я подключал кнопки следующим образом: при нажатии на кнопку вывод МК «болтается» в воздухе, а при отпускании замыкается на землю. Если вы подключили кнопки по-другому, то придется лишь чуть модернизировать программу. Давайте разберемся с кодом. Здесь работа с таймером организована несколько иначе. Он срабатывает каждые 11072 такта (то есть каждые 1,001175 мс) и увеличивает содержимое переменной counter. Есть еще функция delay(long unsigned int Pause_ms), которая берет в качестве параметра количество миллисекунд Pause_ms, сбрасывает counter и ждет, когда counter достигнет значения Pause_ms, после чего продолжает работу МК. Таким образом, написав delay(1500), мы сформируем задержку в программе в 1,5 секунды. Это очень удобно для формирования временных интервалов. С таймером вроде все понятно. Но для чего он используется? Рассмотрим бесконечный цикл while(1) в main(). В этом цикле проверяется состояние кнопок путем анализа содержимого регистра PINB. А зачем там стоит задержка на 50 мс? Это устранение т. н. «дребезга клавиш». Дело в том, что при нажатии на кнопку происходит удар одного контакта о другой, и, поскольку контакты металлические, удар этот упругий. Контакты, пружиня, замыкаются и размыкаются несколько раз, несмотря на то, что палец сделал лишь одно нажатие. Это приводит к тому, что МК фиксирует несколько нажатий. Давайте рассмотрим график зависимости напряжения на выходе PC0 от времени. Он может выглядеть так: Точка А – момент нажатия кнопки. Он может быть зафиксирован МК. Затем идут несколько замыканий и размыканий (их может и не быть, а может быть и 12 штук – это явление можно считать случайным). В точке B контакт уже надежно зафиксирован. Между A и B в среднем около 10 мс. Наконец, в точке D происходит размыкание. Как же избавиться от этого неприятного явления? Оказывается, очень просто. Нужно зафиксировать момент нажатия кнопки (точка А), через какое-то время, например, 50 мс (точка С) проверить, что кнопка действительно нажата, сделать действие, соответствующее этой кнопке и ждать момент ее отпускания (точка D). То есть нужно сделать паузу от А до С, такую, чтобы весь «дребезг» оказался внутри этой паузы. А попробуйте теперь убрать строчку, формирующую задержку, откомпилировать программу и зашить ее в МК. Путем простых нажиманий на кнопки сможете легко убедиться, что все эти «мучения» не были напрасными. А что же делать, если к МК нужно подключить, скажем, 40 кнопок? Ведь у него всего лишь 32 вывода. Казалось бы, никак. На самом деле это возможно. В таком случае используют алгоритм, называемый стробированием. Для этого нужно кнопки соединить в виде матрицы, как это показано на рисунке (рисунок взят из книги Мортона «МК AVR, вводный курс», где написано про программирование AVR на ассемблере). При подаче на вывод PB0 лог. 1 (+5В), а на выводы PB1 и PB2 лог. 0 разрешается обработка кнопок 1, 4 и 7. После этого состояние каждой из них можно узнать, проверив напряжение на одном из выводов PB3..PB5. Таким образом, подавая последовательно на выводы PB0..PB2 лог. 1, можно определить состояние всех кнопок. Понятное дело, что выводы PB0..PB2 должны быть выходами, а PB0..PB2 входами. Чтобы определить, какое количество выводов потребуется для массива из Х кнопок, нужно найти пару сомножителей Х, сумма которых наименьшая (для нашего случая с 40 кнопками это будут числа 5 и 8). Это означает, что к одному МК можно подключить до 256 кнопок (а с применение дешифраторов и того больше, но о дешифраторах потом). Лучше сделать меньшее число выводов выходами, а большее – входами. В этом случае опрос всех строк матрицы займет меньше времени. Подобный способ подключения (стробирование) свойственен не только для кнопок. Там можно подключать самые разнообразные устройства, начиная от матриц светодиодов и заканчивая микросхемами flash-памяти. © Киселев Роман
$37 ($57)
OCIE2
TOIE2
TICIE1
OCIE1A
OCIE1B
TOIE1
OCIE0
TOIE0
TIMSK
Чтение/Запись
При установленном бите OCIE2 и установленном бите I регистра статуса разрешается
прерывание по совпадению содержимого регистра сравнения и состояния таймера/
счетчика2. Соответствующее прерывание (с вектором $0012) выполняется если
произойдет совпадение при сравнении содержимого регистра сравнения и состояния
таймера/счетчика2. В регистре флагов прерывания TIFR (Timer/Counter Interrupt Flag Register) устанавливается флаг совпадения таймера/счетчика2.
При установленном бите TOIE2 и установленном бите I регистра статуса разрешается
прерывание по переполнению таймера/счетчика2. Соответствующее прерывание (с
вектором $0014) выполняется если произойдет переполнение таймера/счетчика2. В
регистре флагов TIFR (Timer/Counter Interrupt Flag Register) устанавливается флаг переполнения таймера/счетчика2.
При установленном бите TICIE1 и установленном бите I регистра статуса разрешается прерывание по захвату таймера/счетчика1. Соответствующее прерывание (с вектором $0016) выполняется если произойдет запуск захвата по выводу 29, PD4(IC1). В регистре флагов TIFR (Timer/Counter Interrupt Flag Register) устанавливается флаг захвата таймера/счетчика1.
При установленном бите OCIE1A и установленном бите I регистра статуса разрешается прерывание по совпадению регистра A с состоянием таймера/счетчика1.
Соответствующее прерывание (с вектором $0018) выполняется если произойдет
совпадение содержимого регистра A сравнения выхода с состоянием таймера/
счетчика1. В регистре флагов TIFR (Timer/Counter Interrupt Flag Register) устанавливается флаг совпадения регистра A с таймером/счетчиком1.
При установленном бите OCIE1B и установленном бите I регистра статуса разрешается прерывание по совпадению регистра B с состоянием таймера/счетчика1.
Соответствующее прерывание (с вектором $001A) выполняется если произойдет
совпадение содержимого регистра B сравнения выхода с состоянием таймера/счетчика1. В регистре флагов TIFR (Timer/Counter Interrupt Flag Register) устанавливается флаг совпадения регистра B с таймером/счетчиком1.
При установленном бите OCIE1B и установленном бите I регистра статуса разрешается прерывание по переполнению таймера/счетчика1. Соответствующее прерывание (с вектором $001C) выполняется если произойдет переполнение таймера/счетчика1. В регистре флагов TIFR (Timer/Counter Interrupt Flag Register) устанавливается флаг переполнения таймера/счетчика1.При нахождении таймера/счетчика1 в PWM режиме флаг переполнения счетчика устанавливается когда счетчик изменит направление счета при $0000.
При установленном бите OCIE0 и установленном бите I регистра статуса разрешается
прерывание по совпадению содержимого регистра сравнения и состояния таймера/
счетчика0. Соответствующее прерывание (с вектором $001E) выполняется если
произойдет совпадение при сравнении содержимого регистра сравнения и состояния
таймера/счетчика0. В регистре флагов прерывания TIFR (Timer/Counter Interrupt Flag Register) устанавливается флаг совпадения таймера/счетчика0.
При установленном бите TOIE0 и установленном бите I регистра статуса разрешается
прерывание по переполнению таймера/счетчика0. Соответствующее прерывание (с
вектором $0020) выполняется если произойдет переполнение таймера/счетчика0. В
регистре флагов TIFR (Timer/Counter Interrupt Flag Register) устанавливается флаг переполнения таймера/счетчика0.
Июнь 2007
