Serwis Edukacyjny
w I-LO w Tarnowie
obrazek

Materiały dla uczniów liceum

  Wyjście       Spis treści       Wstecz       Dalej  

obrazek

Autor artykułu: mgr Jerzy Wałaszek
Konsultacje: Wojciech Grodowski, mgr inż. Janusz Wałaszek

©2021 mgr Jerzy Wałaszek
I LO w Tarnowie

obrazek

Mikrokontrolery

ATmega48A/PA/88A/PA/168A/PA/328/P

16-bitowy timer/licznik 1 z PWM

obrazek

Educational and Non-Profit Use of Copyrighted Material:

If you use Microchip copyrighted material solely for educational (non-profit) purposes falling under the “fair use” exception of the U.S. Copyright Act of 1976 then you do not need Microchip’s written permission. For example, Microchip’s permission is not required when using copyrighted material in: (1) an academic report, thesis, or dissertation; (2) classroom handouts or textbook; or (3) a presentation or article that is solely educational in nature (e.g., technical article published in a magazine).

https://www.microchip.com/about-us/legal-information/copyright-usage-guidelines

SPIS TREŚCI
Podrozdziały

obrazek

Własności

W rozdziale pojawiają się terminy angielskie Input Capture oraz Output Compare. Nie tłumaczyłem ich, ponieważ w języku polskim brak jest dobrych odpowiedników.

Termin Input Capture oznacza reakcję na zdarzenia, które mogą się pojawić w trakcie pracy mikrokontrolera. Reakcja ta polega na zapisaniu czasu wystąpienia tego zdarzenia, czyli na Rejestracji Czasu Zdarzenia Wejściowego. Odbywa się to w ten sposób, iż w momencie wykrycia zdarzenia (np. zmiany poziomu sygnału na określonej końcówce mikrokontrolera) następuje zapamiętanie w osobnym rejestrze stanu timera/licznika (stąd słowo Capture, które po angielsku oznacza "przechwycenie" lub "zarejestrowanie"). Stan ten jest znacznikiem czasu (ang. time-stamp), w którym wystąpiło zdarzenie i może być w różny sposób wykorzystywany w aplikacji.

Termin Output Compare odnosi się do zmiany stanu wybranej końcówki, jeśli wewnętrzny licznik odmierzy odpowiedni czas. Odbywa się to w ten sposób, iż stan licznika jest porównywany z rejestrem przechowującym znacznik czasu. Gdy licznik osiągnie wartość znacznika czasu, występuje zgodność porównania (ang. Compare Match) i w tym momencie mikrokontroler może wykonać różne operacje, np. zmienić stan logiczny określonej końcówki. Pozwala to generować różne przebiegi czasowe.

Na początek:  podrozdziału   strony 

Przegląd

Większość odwołań do rejestrów i bitów jest zapisana w tym rozdziale w sposób ogólny. Mała litera "n" zastępuje numer timera/licznika, a mała litera "x" zastępuje kanał modułu Output Compare. Jednakże podczas pisania programu odwołania te należy sprecyzować, np. TCNT1 odnosi się do zawartości timera/licznika 1 itd.

Uproszczony schemat blokowy 16-bitowego timera/licznika
obrazek

Końcówki portów współpracujące z timerem/licznikiem 1 w mikrokontrolerze ATmega48A/PA/88A/PA/168A/PA/328/P są następujące:

Rejestry

Rejestr timera/licznika (TCNT1), rejestry Output Compare (OCR1A, OCR1B) i rejestr Input Capture (ICR1) są wszystkie rejestrami 16-bitowymi. Przy dostępie do rejestrów 16-bitowych należy postępować wg specjalnych procedur, które opisane są dalej w tym rozdziale. Rejestry sterujące timera/licznika (ang. Timer/Counter Control Registers, TCCR1A, TCCR1B) są 8-bitowe i nie posiadają ograniczeń przy dostępie przez mikroprocesor. Wszystkie sygnały żądań przerwań są widoczne w rejestrze znaczników przerwań od timera (ang. Timer Interrupt Flag Register, TIFR1). Wszystkie przerwania są indywidualnie maskowane za pomocą rejestru maski przerwań timera (ang. Timer Interrupt Mask Register, TIMSK1).  Na schemacie blokowym nie pokazano rejestrów TIFR1 i TIMSK1.

Timer/Licznik może być taktowany wewnętrznie, poprzez preskaler lub z zewnętrznego źródła zegara na końcówce T1. Moduł logiki wyboru zegara steruje wyborem źródła zegarowego oraz krawędzi sygnału, które będą używane przez timer/licznik  do zwiększania lub do zmniejszania jego wartości. Timer/licznik jest nieaktywny, jeśli nie wybrano żadnego źródła zegara. Wyjście z modułu logiki wyboru zegara jest opisane jako zegar timera (clkT1).

Podwójnie buforowane rejestry Output Compare (OCR1A, OCR1B) są porównywane z wartością timera/licznika przez cały czas. Wynik tego porównania może być używany przez generator przebiegu (ang. Waveform Generator) do generacji sygnału PWM lub sygnału o zmiennej częstotliwości na końcówcówkach Output Compare (OC1A, OC1B).  Zdarzenie Output Compare ustawi również znacznik Output Compare (OCF1A, OCF1B),  który może być użyty do generacji żądania przerwania Output Compare (ang. Output Compare interrupt request).

Rejestr Input Capture (ang. Input Capture Register) może zapamiętywać stan timera/licznika przy danym zdarzeniu zewnętrznym (wyzwalanym zboczem) na końcówce Input Capture (ICP) lub na końcówkach komparatora analogowego (zobacz do rozdziału "Komparator analogowy"). Moduł Input Capture (ang. Input Capture unit) zawiera cyfrowy filtr reduktora szumów (ang. Noise Canceler), który minimalizuje szansę reakcji na szpilki szumu w sygnale wyzwalającym zdarzenie Input Capture.

Wartość TOP lub maksymalna wartość timera/licznika może w niektórych trybach pracy zostać zdefiniowana albo przez rejestr OCR1A, albo przez ICR1, albo przez wartości stałe. Gdy jest używany rejestr OCR1A jako wartość TOP w trybie PWM,  rejestr OCR1A nie może być stosowany do generowania wyjścia PWM. Jednakże wartość TOP będzie w tym przypadku podwójnie buforowana, co pozwoli ją zmieniać w trakcie pracy licznika. Jeśli jest potrzebna stała wartość TOP, to rejestr ICR1 może zostać użyty jako alternatywa, co uwolni rejestr OCR1A do użytku jako wyjście PWM.

Definicje

Poniższe definicje są intensywnie używane w dalszej części tego rozdziału:

Stała Opis
BOTTOM Licznik osiąga BOTTOM, gdy jego wartość staje się równa 0x0000
MAX Licznik osiąga MAX, gdy jego wartość staje się równa 0xFFFF (dziesiętnie 65535).
TOP Licznik osiąga wartość TOP, gdy jego zawartość staje się równa największej wartości w sekwencji zliczania. Wartość TOP może przyjmować jedną z ustalonych wartości: 0x00FF, 0x01FF lub 0x03FF, albo wartości zapisanej w rejestrze OCR1A lub ICR1. Wartość ta zależy od wybranego trybu pracy.
Na początek:  podrozdziału   strony 

Dostęp do rejestrów 16-bitowych

Rejestry TCNT1, OCR1A, OCR1B i ICR1 są rejestrami 16-bitowymi, do których dostęp w mikrokontrolerach AVR następuje poprzez 8-bitową magistralę danych. Rejestr 16-bitowy wymaga dwóch bajtowych operacji odczytu lub zapisu. Każdy 16-bitowy timer posiada pojedynczy 8-bitowy rejestr na tymczasowe przechowanie górnego bajta przy dostępie 16-bitowym. Ten sam rejestr tymczasowy jest współdzielony pomiędzy wszystkimi 16-bitowymi rejestrami wewnątrz 16-bitowego timera. Dostęp do dolnego bajta wyzwala 16-bitową operację odczytu lub zapisu. Gdy dolny bajt 16-bitowego rejestru jest zapisywany przez mikroprocesor, górny bajt zapisany w rejestrze tymczasowym oraz zapisywany dolny bajt są razem kopiowane do 16-bitowego rejestru w tym samym cyklu zegarowym. Gdy dolny bajt 16-bitowego rejestru jest odczytywany przez mikroprocesor, to górny bajt 16-bitowego rejestru jest kopiowany do rejestru tymczasowego w tym samym cyklu zegara, co odczyt dolnego bajta.

Nie każdy dostęp 16-bitowy wykorzystuje rejestr tymczasowy na górny bajt. Odczyt 16-bitowych rejestrów OCR1A i OCR1B nie korzysta z rejestru tymczasowego.

Aby dokonać 16-bitowego zapisu, górny bajt musi być zapisany przed dolnym bajtem. Przy 16-bitowym odczycie dolny bajt musi zostać odczytany przed górnym bajtem.

Poniższy przykład kodu pokazuje, w jaki sposób uzyskać dostęp do 16-bitowych rejestrów timera przy założeniu, że żadne przerwania nie uaktualniają rejestru tymczasowego. Ta sama zasada może być stosowana przy dostępie do rejestrów OCR1A, OCR1B i ICR1.

Przykład w asemblerze:
    ...
    ; Ustaw TCNT1 na 0x01FF
    ldi r17,0x01
    ldi r16,0xFF
    out TCNT1H,r17
    out TCNT1L,r16
    ; Odczytaj TCNT1 do r17:r16
    in r16,TCNT1L
    in r17,TCNT1H
    ...

Przykładowy kod zwraca wartość TCNT1 w parze rejestrów r17:r16.

Przykład w języku C:
unsigned int i;
...
/* Ustaw TCNT1 na 0x01FF */
TCNT1 = 0x1FF;
/* Odczytaj TCNT1 do i */
i = TCNT1;
...

Powyższy przykładowy kod zakłada dołączenie do programu odpowiedniego pliku nagłówkowego.
Dla rejestrów we/wy umieszczonych w rozszerzonej przestrzeni we/wy instrukcje IN, OUT, SBIS, SBIC, CBI i SBI należy zastąpić instrukcjami, które umożliwiają dostęp do tego obszaru. Typowo będą to instrukcje LDS i STS połączone z SBRS, SBRC, SBR i CBR.

Ważnym jest zauważenie, iż dostęp do rejestrów 16-bitowych jest operacją atomową (niepodzielną). Jeśli przerwanie wystąpi pomiędzy dwoma instrukcjami uzyskującymi dostęp do rejestru 16-bitowego, a kod przerwania aktualizuje rejestr tymczasowy przez dostęp do tego samego rejestru lub do innych rejestrów 16-bitowych timera, to wynik tej operacji po powrocie z przerwania będzie niepoprawny. Dlatego, gdy zarówno kod podstawowy jak i kod przerwania uaktualniają rejestr tymczasowy, kod podstawowy musi zablokować przerwania podczas 16-bitowego dostępu.

Poniższy przykład kodu pokazuje, jak wykonać atomowy odczyt zawartości rejestru TCNT1. Tak samo można odczytywać dowolny z rejestrów OCR1A, OCR1B lub ICR1.

Przykład w asemblerze:
TIM16_ReadTCNT0:
    ; Zapamiętaj globalny znacznik przerwań
    in r18,SREG
    ; Wyłącz przerwania
    cli
    ; Czytaj TCNT1 do r17:r16
    in r16,TCNT1L
    in r17,TCNT1H
    ; Odtwórz globalny znacznik przerwań
    out SREG,r18
    ret

Przykładowy kod zwraca wartość TCNT1 w parze rejestrów r17:r16. Dodatkowo wykorzystywany jest rejestr r18 do tymczasowego przechowania rejestru stanu SREG.

Przykład w języku C:
unsigned int TIM16_ReadTCNT1( void )
{
    unsigned char sreg;
    unsigned int i;
    /* Zapamiętaj globalny znacznik przerwań */
    sreg = SREG;
    /* Wyłącz przerwania */
    _CLI();
    /* Odczytaj TCNT1 do i */
    i = TCNT1;
    /* Odtwórz globalny znacznik przerwań */
    SREG = sreg;
    return i;
}

Powyższy przykładowy kod zakłada dołączenie do programu odpowiedniego pliku nagłówkowego.
Dla rejestrów we/wy umieszczonych w rozszerzonej przestrzeni we/wy instrukcje IN, OUT, SBIS, SBIC, CBI i SBI należy zastąpić instrukcjami, które umożliwiają dostęp do tego obszaru. Typowo będą to instrukcje LDS i STS połączone z SBRS, SBRC, SBR i CBR.

Poniższy przykład kodu pokazuje, jak wykonać atomowy zapis zawartości rejestru TCNT1. Tak samo można zapisywać dowolny z rejestrów OCR1A, OCR1B lub ICR1.

Przykład w asemblerze:
TIM16_WriteTCNT0:
    ; Zapamiętaj globalny znacznik przerwań
    in r18,SREG
    ; Wyłącz przerwania
    cli
    ; Ustaw TCNT1 na r17:r16
    out TCNT1H,r17
    out TCNT1L,r16
    ; Odtwórz globalny znacznik przerwań
    out SREG,r18
    ret

Przykład kodu wymaga umieszczenia w parze rejestrów r17:r16 wartości do zapisania w TCNT1. Dodatkowo rejestr r18 wykorzystywany jest do tymczasowego przechowania rejestru stanu SREG.

Przykład w języku C:
void TIM16_WriteTCNT1( unsigned int i )
{
    unsigned char sreg;
    unsigned int i;
    /* Zapamiętaj globalny znacznik przerwań */
    sreg = SREG;
    /* Wyłącz przerwania */
    _CLI();
    /* Ustaw TCNT1 na i */
    TCNT1 = i;
    /* Odtwórz globalny znacznik przerwań */
    SREG = sreg;
}

Powyższy przykładowy kod zakłada dołączenie do programu odpowiedniego pliku nagłówkowego.
Dla rejestrów we/wy umieszczonych w rozszerzonej przestrzeni we/wy instrukcje IN, OUT, SBIS, SBIC, CBI i SBI należy zastąpić instrukcjami, które umożliwiają dostęp do tego obszaru. Typowo będą to instrukcje LDS i STS połączone z SBRS, SBRC, SBR i CBR.

Wykorzystywanie tymczasowego rejestru górnego bajtu

Przy zapisie do więcej niż jednego rejestru 16-bitowego, gdzie górny bajt jest taki sam dla wszystkich zapisywanych rejestrów, górny bajt może być zapisany tylko jeden raz. Jednakże zasada atomowego dostępu, opisana wcześniej, wciąż w tym przypadku obowiązuje.

Na początek:  podrozdziału   strony 

Źródła zegarowe timera/licznika

Timer/licznik może być taktowany przez wewnętrzne lub zewnętrzne źródło zegarowe. Jest ono wybierane przez moduł wyboru zegara (ang. Clock Select logic), które jest sterowane bitami wyboru zegara (CS1[2:0]) umieszczonymi w rejestrze B sterowania timerem/licznikiem (ang. Timer/Counter control Register B, TCCR1B).  Szczegóły na temat dostępnych źródeł zegarowych znajdziesz w rozdziale "Preskalery timerów/liczników 0 i 1".
Na początek:  podrozdziału   strony 

Moduł licznika

Głównym elementem 16-bitowego timera/licznika jest programowalny, 16-bitowy, dwukierunkowy moduł licznika. Poniższy rysunek przedstawia schemat blokowy licznika i jego otoczenie:

obrazek

Opis sygnałów (sygnały wewnętrzne):
Count zwiększa lub zmniejsza TCNT1 o 1.
Clear zeruje TCNT1 (ustawia wszystkie bity na 0).
Direction wybiera pomiędzy zwiększaniem a zmniejszaniem TCNT1 o 1.
clkT1 zegar timera/licznika.
TOP sygnalizuje, że TCNT1 osiągnął wartość maksymalną.
BOTTOM sygnalizuje, że TCNT1 osiągnął wartość minimalną (zero).

16 bitowy licznik jest odwzorowany w dwóch 8-bitowych komórkach pamięci we/wy: Counter High (TCNT1H) zawierającej górne 8 bitów licznika i Counter Low (TCNT1L) zawierającej dolne 8 bitów. Rejestr  TCNT1H może być adresowany jedynie pośrednio przez mikroprocesor. Gdy mikroprocesor uzyskuje dostęp do komórki TCNT1H pamięci we/wy, to faktycznie ma on dostęp do 8-bitowego rejestru tymczasowego (TEMP). Tymczasowy rejestr jest aktualizowany wartością TCNT1H, gdy zostanie odczytana wartość TCNT0L, i TCNT0H zostaje uaktualniony zawartością rejestru tymczasowego, gdy zostanie zapisana wartość TCNT1L. Pozwala to mikroprocesorowi odczytać całą zawartość 16-bitowego licznika w czasie jednego cyklu zegarowego poprzez 8-bitową magistralę danych. Ważne jest zwrócenie uwagi na fakt, iż istnieją specjalne przypadki zapisu do rejestru TCNT1, gdy licznik zlicza, które dadzą nieprzewidywalne wyniki. Te specjalne przypadki opisane są w tych podrozdziałach, gdzie są istotne.

W zależności od zastosowanego trybu pracy licznik jest zerowany, zwiększany lub zmniejszany przy każdym impulsie zegara timera (clkT1). Zegar clkT0 może być generowany przez zewnętrzne lub wewnętrzne źródło zegarowe, wybierane bitami wyboru zegara (ang.  Clock Select bits, CS1[2:0]). Jeśli żadne źródło zegarowe nie jest wybrane (CS1[2:0] = 0), to timer jest zatrzymany. Jednakże wartość TCNT1 może być modyfikowana przez mikroprocesor niezależnie od obecności sygnału clkT0. Zapisy ze strony mikroprocesora posiadają pierwszeństwo w stosunku do wszystkich operacji zerowania licznika lub zliczania.

Sekwencja zliczania określana jest przez ustawienie bitów trybu generacji przebiegu (ang. Waveform Generation mode bits, WGM1[3:0]) zlokalizowanych w rejestrach A i B sterujących timera/licznika (TCCR1A i TCCR1B). Istnieje bliski związek pomiędzy zachowaniem się licznika (zliczaniem) a sposobem generacji przebiegów na wyjściach porównań (ang. Output Compare outputs, OC0x). Więcej na ten temat znajdziesz w podrozdziale "Tryby Działania".

Znacznik przepełnienia timera/licznika (ang. Timer/Counter 1 Overflow Flag, TOV1) jest ustawiany zgodnie z trybem działania wybranym przez bity WGM1[3:0]. TOV1 może zostać wykorzystany do generacji przerwania dla mikroprocesora.

Na początek:  podrozdziału   strony 

Moduł Input Capture

Timer/licznik zawiera moduł Input Capture (ang. Input Capture unit), który może rejestrować zewnętrzne zdarzenia przez nadanie im znaczników czasu oznaczających czas ich wystąpienia. Sygnał zewnętrzny oznaczający zdarzenie lub wiele zdarzeń można przyłożyć do końcówki ICP1 lub alternatywnie poprzez wyjście modułu komparatora analogowego (ang. Analog Comparator output, ACO).

Znaczniki czasu mogą następnie być używane do wyliczania częstotliwości, wypełnienia oraz innych cech zastosowanego sygnału. Alternatywnie znaczniki czasu można wykorzystać do utworzenia dziennika zdarzeń.
Moduł Input Capture jest zilustrowany na poniższym rysunku. Na szaro zaznaczono elementy, które nie są bezpośrednio częścią tego modułu. Mała litera "n" w nazwach rejestru i bitów oznacza numer timera/licznika (w mikrokontrolerach posiadających kilka takich komponentów).

obrazek

Gdy pojawia się zmiana poziomu logicznego (zdarzenie) na końcówce Input Capture (ang Input Capture pin, ICP1) lub alternatywnie na wyjściu komparatora analogowego (ang. Analog Comparator output, ACO), a zmiana ta jest zgodna z ustawieniem detektora zbocza, to zostanie wyzwolone nagranie stanu licznika. W trakcie rejestracji 16-bitowa wartość licznika (TCNT1) zostaje zapisana w rejestrze Input Capture (ang. Input Capture Register, ICR1). Znacznik Input Capture (ang. Input Capture Flag, ICF1) zostaje ustawiony w tym samym cyklu zegara systemowego, gdy wartość TCNT1 jest kopiowana do rejestru ICR1 Register. Jeśli zostanie to włączone (ICIE0 = 1), to znacznik ICF0  generuje przerwanie Input Capture (ang. Input Capture interrupt). Znacznik ICF1 zostaje automatycznie wyzerowany, gdy to przerwanie jest wykonywane. Alternatywnie znacznik ICF0 może zostać wyzerowany programowo przez zapisanie logicznego 1 (nie 0) do jego bitu w komórce we/wy.

Odczytywanie 16-bitowej wartości w rejestrze Input Capture (ICR1) jest wykonywane przez odczytanie najpierw młodszego bajta (ICR1L), a później starszego (ICR1H). Gdy młodszy bajt zostaje odczytany, starszy bajt zostaje skopiowany do rejestru tymczasowego (TEMP). Gdy mikroprocesor odczytuje adres we/wy ICR1H I/O, to otrzyma dostęp do rejestru TEMP.

Rejestr ICR1 może być zapisywany jedynie w trybie generacji przebiegu, który wykorzystuje rejestr ICR1 do definiowania wartości TOP (wartość górna, maksymalna) dla licznika. W takim przypadku bity trybu generacji przebiegu (ang. Waveform Generation mode  bits, WGM1[3:0]) muszą być ustawione, zanim wartość TOP będzie mogła być wpisana do rejestru ICR1. Przy zapisywaniu rejestru ICR1 starszy bajt musi być wpisany do komórki we/wy ICR1H przed wpisaniem młodszego bajtu do ICR1L. Więcej informacji na ten temat znajdziesz w podrozdziale "Dostęp do rejestrów 16-bitowych".

Źródło wyzwalania Input Capture

Głównym źródłem wyzwalania dla modułu Input Capture jest końcówka Input Capture (ICP1):

Timer/licznik 1 może alternatywnie wykorzystywać wyjście z komparatora analogowego jako źródło wyzwalania dla modułu Input Capture. Komparator analogowy zostaje wybrany jako źródło wyzwalające przez ustawienie bitu Input Capture komparatora analogowego (ang. Analog Comparator Input Capture, ACIC) w rejestrze sterowania i stanu komparatora analogowego (ang. ACSR – Analog Comparator Control and Status Register). Bądź świadomy faktu, iż zmiana źródła wyzwalającego może wyzwolić nagranie stanu licznika. Z tego powodu znacznik Input Capture musi zostać wyzerowany po takiej zmianie.

Zarówno końcówka Input Capture (ICP1) jak i wyjście komparatora analogowego (ACO) są próbkowane tym samym sposobem, co końcówka T1. Detektor zbocza jest również identyczny. Jednakże, gdy zostanie włączony reduktor szumu, przed wejście detektora zbocza zostaje wstawiona dodatkowa sieć logiczna, która zwiększa opóźnienie do czterech cykli zegara systemowego. Zwróć uwagę, że wejście reduktora szumów i detektora zbocza jest zawsze uaktywnione, o ile timer/licznik nie zostanie ustawiony do pracy w trybie generacji przebiegu, który wykorzystuje rejestr ICR1 do definiowania wartości TOP.

Zdarzenie Input Capture może być wyzwolone programowo przez sterowanie portem końcówki ICP1.

Reduktor szumów

Reduktor szumów poprawia odporność na zakłócenia poprzez zastosowanie prostego schematu filtracji cyfrowej. Wejście reduktora szumów monitoruje cztery kolejne próbki i wszystkie muszą być równe, aby zmieniło się wyjście, które z kolei wykorzystuje detektor zbocza. Reduktor szumów jest włączany przez ustawienie bitu reduktora szumów dla Input Capture (ang. Input Capture Noise Canceler, ICNC1) w rejestrze B sterowania timerem/licznikiem (ang. Timer/Counter Control Register B, TCCR1B). Gdy zostanie włączony, reduktor szumów wprowadza dodatkowe cztery takty zegara systemowego opóźnienia od zmiany wejścia do aktualizacji rejestru ICR1. Reduktor szumów wykorzystuje zegar systemowy i dlatego nie wpływa na niego preskaler.

Używanie modułu Input Capture

Głównym wyzwaniem przy używaniu modułu Input Capture jest przydział wystarczającej mocy obliczeniowej procesora do obsługi nadchodzących zdarzeń. Czas pomiędzy dwoma kolejnymi zdarzeniami jest krytyczny. Jeśli procesorowi nie uda się odczytać zarejestrowanej wartości w rejestrze ICR1 przed wystąpieniem następnego zdarzenia, rejestr ICR1 zostanie nadpisany nową wartością. W tym przypadku wynik rejestracji będzie niepoprawny.

Gdy używane jest przerwanie Input Capture, rejestr ICR1 powinien być odczytany najszybciej jak to jest możliwe w procedurze obsługi przerwania. Chociaż przerwanie Input Capture posiada względnie wysoki priorytet, to maksymalny czas reakcji na to przerwanie zależy od maksymalnej liczby cykli zegarowych zużytych na obsługę pozostałych żądań przerwania.

Nie zaleca się używania modułu Input Capture w jakimkolwiek trybie pracy, gdy aktywnie jest zmieniana wartość TOP (rozdzielczość) podczas zliczania.

Pomiar współczynnika wypełnienia sygnału zewnętrznego wymaga zmiany zbocza wyzwalającego po każdej rejestracji. Zmiana wykrywania zbocza musi być wykonana tak szybko jak tylko jest to możliwe po odczycie rejestru ICR1. Po zmianie zbocza musi być programowo wyzerowany znacznik Input Capture (ICF1) przez zapis logicznej jedynki do jego bitu w komórce we/wy.

Jeśli mierzona jest jedynie częstotliwość, to zerowanie znacznika ICF1 nie jest wymagane przy wykorzystywaniu przerwań.

Na początek:  podrozdziału   strony 

Moduły Output Compare

16-bitowy komparator ciągle porównuje stan timera/licznika TCNT1 z rejestrem Output Compare (OCR1x). Jeśli TCNT1 jest równy OCR1x, komparator sygnalizuje zgodność. Zgodność ustawi znacznik Output Compare (OCF1x) przy następnym cyklu zegarowym timera. Jeśli włączone (OCIE1x = 1), to znacznik Output Compare wygeneruje przerwanie Output Compare. Znacznik OCF1x jest automatycznie zerowany, gdy przerwanie zostanie wykonane. Alternatywnie znacznik OCF1x można wyzerować programowo przez zapis logicznej jedynki do jego bitu w komórce we/wy. Generator przebiegu używa sygnału zgodności do generowania sygnału wyjściowego zgodnie z trybem pracy ustawionym przez bity trybu generacji przebiegu (ang. Waveform Generation mode, WGM1[3:0]) oraz bity trybu Compare Output (ang. Compare Output mode bits, COM1x[1:0]). Sygnały TOP i BOTTOM są używane przez generator przebiegu do obsługi specjalnych przypadków wartości końcowych w niektórych trybach pracy (zobacz do podrozdziału "Tryby pracy").

Specjalna funkcja modułu A Output Compare pozwala zdefiniować wartość TOP dla  timera/licznika (tj. rozdzielczość licznika). Jako dodatek do rozdzielczości licznika, wartość TOP definiuje czas okresu dla przebiegów generowanych w generatorze przebiegów.

Poniższy obrazek przedstawia schemat blokowy modułu Output Compare. Mała litera “n” w nazwach rejestrów i bitów oznacza numer modułu (n = 1 dla timera/licznika 1), a “x” oznacza moduł Output Compare (A/B). Elementy schematu blokowego nie będące bezpośrednio częścią modułu Output Compare są pokolorowane na szaro.

obrazek

Rejestr OCR1x jest podwójnie buforowany przy korzystaniu z wszystkich dwunastu trybów modulacji szerokości impulsu (ang. Pulse Width Modulation, PWM). W trybach normalnym (ang Normal mode) i zerowania timera przy zgodności porównania (ang. Clear Timer on Compare mode, CTC) podwójne buforowanie jest wyłączone. Podwójne buforowanie synchronizuje uaktualnienia zawartości rejestru porównań OCR1x albo do wartości TOP, albo do wartości BOTTOM sekwencji zliczania. Synchronizacja zapobiega pojawianiu się impulsów PWM o złej długości lub niesymetrycznych, a w ten sposób zapewniając bezbłędny przebieg wyjściowy.

Dostęp do rejestru OCR1x może wydawać się skomplikowany, lecz tak nie jest. Gdy włączone jest podwójne buforowanie, mikroprocesor ma dostęp do rejestru buforowego OCR1x, a jeśli podwójne buforowanie jest wyłączone, to mikroprocesor będzie posiadał bezpośredni dostęp do OCR1x. Zawartość rejestru OCR1x (bufora lub właściwego rejestru) jest zmieniana tylko przez operację zapisu (timer/licznik nie uaktualnia tego rejestru automatycznie, jak w przypadku TCNT1 i OCR1). Dlatego OCR1x nie jest odczytywany poprzez górny bajt rejestru tymczasowego (TEMP). Jednakże dobra praktyką jest odczyt najpierw dolnego bajta, jak to jest przy dostępie do innych rejestrów 16-bitowych. Zapis rejestrów OCR1x musi być dokonywany poprzez rejestr TEMP, ponieważ porównywane są ciągle wszystkie 16 bitów. Górny bajt (OCR1xH) musi być zapisany najpierw. Gdy zapisywany jest górny bajt w komórce we/wy przez mikroprocesor, to zapisana wartość trafia do rejestru TEMP. Gdy następnie zostaje zapisany dolny bajt (OCR1xL) do 8 dolnych bitów, to górny bajt zostanie skopiowany do 8 górnych bitów albo bufora OCR1x, albo rejestru porównawczego OCR1x w tym samym cyklu zegara systemowego.
Więcej informacji znajdziesz w podrozdziale "Dostęp do rejestrów 16-bitowych".

Wymuszone Output Compare

W trybach nie generujących przebiegu PWM wyjście zgodności porównania z komparatora może zostać wymuszone przez zapis jedynki do bitu wymuszenia Output Compare (ang. Force Output Compare bit, 1x). Wymuszenie zgodności porównania nie ustawi znacznika OCF1x, ani nie wyzeruje/przeładuje timera, lecz końcówka OC1x zostanie uaktualniona tak, jakby wystąpiła rzeczywista zgodność porównania (ustawienie bitów COM1[1:0] definiuje, czy końcówka  OC1x jest ustawiana, zerowana lub zmienia stan na przeciwny).

Blokowanie zgodności porównania przez zapis do TCNT1

Wszystkie zapisy przez mikroprocesor do rejestru TCNT1 będą blokowały każdą zgodność porównania, która pojawi się w następnym cyklu zegara timera, nawet, jeśli timer został zatrzymany. Cecha ta pozwala zainicjować OCR1x na tę samą wartość co TCNT1 bez wyzwolenia przerwania, gdy zostanie włączony zegar timera/licznika.

Używanie modułu Output Compare

Ponieważ zapis do TCNT1 w dowolnym trybie pracy zablokuje zgodności porównań na jeden cykl zegara timera, istnieje ryzyko związane ze zmianą TCNT1, gdy korzysta się z modułuu Output Compare, niezależnie od tego, czy timer/licznik pracuje lub nie pracuje. Jeśli wartość wpisana do TCNT1 jest równa wartości OCR1x, to zgodność porównania zostanie przegapiona, co da w wyniku niepoprawną generację przebiegu. Nie wpisuj do TCNT1 wartości równej TOP w trybach PWM ze zmiennymi wartościami TOP. Zgodność porównania dla TOP zostanie zignorowana i licznik będzie kontynuował zliczanie do 0xFFFF. Podobnie, nie wpisuj do TCNT1 wartości równej BOTTOM, gdy licznik zlicza w dół. Ustawienie OC1x powinno być wykonane przed ustawieniem w rejestrze kierunku danych (ang. Data Direction Register) wyjścia dla końcówki portu. Najprostszym sposobem ustawienia wartości OC1x jest skorzystanie z bitów strobujących wymuszania Output Compare (1x) w trybie normalnym. Rejestr OC1x zachowuje swą zawartość nawet przy zmienianiu trybów generacji przebiegu.

Bądź świadomy, iż bity COM1x[1:0] nie są podwójnie buforowane wraz z wartością porównania. Zmiana bitów COM1x[1:0] odniesie natychmiastowy skutek.

Na początek:  podrozdziału   strony 

Moduł wyjścia zgodności porównania

Bity trybu wyjścia porównania (ang. Compare Output Mode bits, COM1x[1:0]) posiadają dwie funkcje. Po pierwsze, generator przebiegu wykorzystuje bity COM1x[1:0] do definiowania stanu końcówki wyjścia porównania (OC1x) przy kolejnej zgodności porównania. Po drugie, bity COM1x[1:0] kontrolują źródło wyjściowe dla końcówki OC1x. Obrazek poniżej pokazuje uproszczony schemat sieci logicznej, na którą oddziałuje ustawienie bitów COM1x[1:0]. Rejestry we/wy, bity we/wy i końcówki we/wy na tym obrazku opisane są tłustym drukiem. Pokazane są tylko te elementy ogólnych rejestrów sterowania portami we/wy (DDR i PORT), na które wpływają bity COM1x[1:0]. Przy odwołaniu do stanu OC1x, odwołanie to dotyczy wewnętrznego rejestru OC1x, nie końcówki OC1x. Jeśli wystąpi reset, to rejestr OC1x zostanie wyzerowany.

Moduł wyjścia zgodności porównania (ang. Compare Match Output Unit) w trybie nie związanym z PWM
obrazek

Ogólna funkcja portu we/we zostaje przejęta przez Output Compare (OC1x) z generatora przebiegu, jeśli dowolny z bitów COM1x[1:0] jest ustawiony. Jednakże kierunek końcówki OC1x (wejście lub wyjście) jest wciąż kontrolowany przez rejestr kierunku danych (DDR) dla tej końcówki portu. Bit portu kierunku danych dla końcówki OC1x (DDR_OC0x) musi być ustawiony jako wyjście, zanim wartość OC1x stanie się widoczna na końcówce. Funkcja przejmowania jest niezależna od trybu pracy generatora przebiegu, lecz istnieją pewne wyjątki, które opisane są dalej w tym rozdziale.
Zasada działania sieci logicznej dla końcówki Compare Output pozwala na inicjalizację stanu OC1x przed uaktywnieniem wyjścia. Zwróć uwagę, że niektóre z ustawień bitów COM1x[1:0] są zarezerwowane tylko dla pewnych trybów pracy. Zobacz do podrozdziału "Opis Rejestrów".

Bity COM1x[1:0] nie wpływają na moduł Input Capture.

Tryb Output Compare i generacja przebiegu

Generator przebiegu wykorzystuje bity COM1x[1:0] w różny sposób w trybach: normalnym, CTC i PWM . We wszystkich trybach ustawienie COM1x[1:0] = 0 informuje generator przebiegu, że żadne działanie nie ma być wykonywane na rejestrze OC1x przy następnej zgodności porównania.

Zmiana stanu bitów COM1x[1:0] wpłynie na pierwszą zgodność porównania po zapisaniu tych bitów. Dla trybów różnych od PWM działanie może być natychmiast wymuszone za pomocą bitów strobujących FOC1x.

Na początek:  podrozdziału   strony 

Tryby pracy

Tryb pracy, tj. zachowanie się timera/licznika i końcówek wyjścia porównania, jest zdefiniowany przez kombinację bitów trybu generacji przebiegu (WGM1[3:0]) oraz bitów trybu Compare Output (COM1x[1:0]). Bity trybu Compare Output nie wpływają na sekwencję zliczania, natomiast bity trybu generacji przebiegu wpływają na nią. Bity  COM1x[1:0] kontrolują, czy generowane wyjście PWM ma być zaprzeczone, czy nie (ang. inverted lub non-inverted PWM). Dla trybów różnych od trybów PWM bity COM1x[1:0] kontrolują, czy sygnał wyjściowy powinien być ustawiany na 1, zerowany lub zmieniany na przeciwny (0 → 1, 1 → 0) przy zgodności porównania (“Moduł wyjścia zgodności porównania").

Tryb normalny

Najprostszym trybem pracy jest tryb normalny (ang. Normal Mode, WGM1[3:0] = 0). W tym trybie kierunek zliczania jest zawsze w górę (stan licznika sie zwiększa przy każdym impulsie zegarowym) i nie jest wykonywane żadne zerowanie licznika. Licznik po prostu się przewija, gdy osiąga swoją maksymalną wartość 16-bitową (MAX = 0xFFFF), a później startuje ponownie od wartości BOTTOM (0x0000). W trybie normalnym znacznik przepełnienia timera/licznika (ang. Timer/Counter Overflow Flag, TOV1) zostanie ustawiony w tym samym cyklu zegarowym, gdy TCNT1 osiąga wartość zero. Znacznik TOV1 w tym przypadku zachowuje się jak 17-ty bit z tym wyjątkiem, że jest tylko ustawiany, nie zerowany. Jednakże w połączeniu z przerwaniem od przepełnienia timera (ang. timer overflow interrupt), które automatycznie zeruje znacznik TOV1, rozdzielczość timera może zostać zwiększona programowo. Nie ma specjalnych przypadków do rozważenia w trybie normalnym, nowa wartość dla licznika może zostać wpisana w dowolnym momencie.

W trybie normalnym używanie modułu Input Capture jest łatwe. Jednakże postaraj się przestrzegać, aby maksymalny interwał pomiędzy zdarzeniami zewnętrznymi nie przekraczał rozdzielczości licznika. Jeśli interwał pomiędzy dwoma zdarzeniami zewnętrznymi jest zbyt długi, musi zostać użyte przerwanie od przepełnienia timera lub preskaler, aby poszerzyć rozdzielczość  modułu rejestracji zdarzeń.

Moduły Output Compare mogą być użyte do generowania przerwań w określonych momentach czasu. Używanie Output Compare do generacji przebiegów w trybie normalnym nie jest zalecane, ponieważ zabiera to zbyt wiele czasu mikroprocesora.

Tryb zerowania timera przy zgodności porównania (CTC)

W trybie zerowania timera przy zgodności porównania (ang. Clear Timer on Compare, CTC)  (WGM1[3:0] = 4 lub 12), rejestr OCR1A lub rejestr ICR1 jest używany do manipulowania rozdzielczością licznika. W trybie CTC licznik jest zerowany, gdy jego wartość (TCNT1) zrówna się albo z OCR1A (WGM1[3:0] = 4), albo z ICR1 (WGM1[3:0] = 12). Rejestr OCR1A lub ICR1 definiuje wartość szczytową dla licznika, a stąd również jego rozdzielczość. Ten tryb zapewnia większą kontrolę nad częstotliwością wyjścia zgodności porównania. Upraszcza również operację zliczania zdarzeń zewnętrznych.

Wykres czasowy dla trybu CTC jest pokazany na poniższym rysunku. Wartość licznika (TCNT1) zwiększa się aż do pojawienia się zgodności porównania albo z OCR1A, albo z ICR1, a wtedy licznik (TCNT1) jest zerowany.

Tryb CTC, wykres czasowy
obrazek

Przerwanie może zostać wygenerowane za każdym razem, gdy wartość licznika osiąga wartość TOP przy użyciu albo znacznika OCF1A, albo ICF1, zgodnie z rejestrem używanym do definiowania wartości TOP. Jeśli to przerwanie jest uaktywnione, to procedura jego obsługi może zostać użyta do uaktualniania wartości TOP. Jednakże zmiana TOP na wartość bliską BOTTOM przy uruchomionym liczniku bez preskalera lub z małą wartością podziału preskalera musi być dokonywana ostrożnie, ponieważ tryb CTC nie posiada opcji podwójnego buforowania. Jeśli nowa wartość wpisana do OCR1A lub ICR1 jest niższa od bieżącej wartości TCNT1, licznik przegapi zgodność porównania. W takim przypadku będzie on musiał zliczać do swojej wartości maksymalnej (0xFFFF) i przewinąć się do 0x0000, zanim wystąpi zgodność porównania. W wielu przypadkach taka cecha jest niepożądana. Alternatywą będzie wtedy użycie szybkiego trybu PWM, wykorzystując OCR1A do definiowania TOP (WGM1[3:0] = 15), ponieważ OCR1A jest wtedy podwójnie buforowany.

Przy generowaniu przebiegu wyjściowego w trybie CTC wyjście OC1A może zostać ustawione na zmianę swojego poziomu logicznego przy każdej zgodności porównania przez ustawienie bitów trybu Compare Output na tryb zmiany (COM1A[1:0] = 1). Wartość OC1A nie będzie widoczna na końcówce portu aż do ustawienia kierunku danych na wyjście (DDR_OC1A = 1). Generowany przebieg będzie posiadał maksymalną częstotliwość f1A = fclk_I/O/2, gdy OCR1A jest ustawione na zero (0x0000). Częstotliwość przebiegu jest zdefiniowana wzorem:

Zmienna N reprezentuje współczynnik preskalera (1, 8, 64, 256 lub 1024).

Tak samo jak w trybie normalnym znacznik TOV1 flag jest ustawiany w tym samym cyklu zegara timera, gdy licznik zmienia stan z MAX na 0x0000.


Szybki tryb PWM

Szybki tryb PWM (ang. fast Pulse Width Modulation mode) (WGM1[3:0] = 5, 6, 7, 14 lub 15) udostępnia opcję generowania przebiegu PWM o wysokiej częstotliwości. Szybkie PWM różni się od innych opcji PWM zliczaniem tylko w jednym kierunku. Licznik zlicza od BOTTOM do TOP, po czym znów rozpoczyna od BOTTOM. W trybie nieodwróconym Compare Output (ang. non-inverting Compare Output mode) wyjście Output Compare (OC1x) jest zerowane przy zgodności porównania pomiędzy TCNT1 a OCR1x i ustawiane przy BOTTOM. W trybie odwróconym Output Compare (ang. inverting Compare Output mode) wyjście jest ustawiane przy zgodności porównania i zerowane przy BOTTOM. Z powodu tego zliczania tylko w jednym kierunku, częstotliwość pracy szybkiego trybu PWM może być dwukrotnie wyższa niż w trybach PWM z poprawnością fazy i z poprawności fazy i częstotliwości, które wykorzystują zliczanie dwukierunkowe. Ta wysoka częstotliwość sprawia, że szybki tryb PWM dobrze nadaje się do aplikacji sterujących mocą, stabilizacją oraz przetwarzaniem cyfrowo/analogowym. Wysoka częstotliwość umożliwia stosowanie mniejszych wymiarowo elementów zewnętrznych (cewek, kondensatorów), a przez to zmniejsza całkowity koszt systemu.

Rozdzielczość PWM dla szybkiego PWM może zostać ustalona na 8, 9,10 bitów lub zdefiniowana albo przez ICR1, albo przez OCR1A. Minimalna, dozwolona rozdzielczość to 2 bity (ICR1 lub OCR1A ustawione na 0x0003), a maksymalna rozdzielczość to 16 bitów (ICR1 lub OCR1A ustawione na MAX). Rozdzielczość PWM w bitach można obliczyć z poniższego wzoru:

W szybkim trybie PWM licznik jest zwiększany co 1, aż jego zawartość będzie równa jednej z ustalonych wartości 0x00FF, 0x01FF lub 0x03FF (WGM1[3:0] = 5, 6 lub 7), wartości w ICR1 (WGM1[3:0] =14) lub wartości w OCR1A (WGM1[3:0] = 15). Licznik zostaje następnie wyzerowany przy następnym cyklu zegarowym timera. Na poniższym rysunku przedstawiono wykres czasowy dla szybkiego trybu PWM.  Rysunek pokazuje szybki tryb PWM, gdy rejestr OCR1A lub ICR1 używany jest do definiowania TOP. Wartość TCNT1 jest na wykresie przedstawiona jako histogram dla zilustrowania jednokierunkowej operacji zliczania. Wykres zawiera wyjścia PWM nieodwrócone oraz odwrócone. Małe poziome odcinki na zboczach TCNT1 reprezentują zgodności porównań pomiędzy OCR1x a TCNT1. Znacznik przerwania OC1x będzie ustawiany, gdy wystąpi zgodność porównania.

obrazek

Znacznik przepełnienia timera/licznika (ang. Timer/Counter Overflow Flag, TOV1) jest ustawiany zawsze, gdy licznik osiąga TOP. Dodatkowo znacznik OC1A lub ICF1 jest ustawiany w tym samym cyklu zegarowym timera co TOV1, gdy OCR1A lub ICR1 jest używany do definiowania wartości TOP. Jeśli jedno z przerwań jest uaktywnione, to procedura jego obsługi może zostać użyta do uaktualniania wartości TOP oraz wartości do porównań.

Przy zmianie wartości TOP program musi zapewnić, że nowa wartość TOP jest wyższa lub równa wartości wszystkich rejestrów porównawczych. Jeśli będzie ona niższa, to zgodność porównania nigdy nie wystąpi pomiędzy TCNT1 a OCR1x. Zwróć uwagę, że przy korzystaniu z ustalonych wartości TOP nieużywane bity są maskowane na zero, gdy zostanie zapisany dowolny z rejestrów OCR1x.

Procedura uaktualniania ICR1 różni się od uaktualniania OCR1A, gdy rejestr ten jest używany do definiowania wartości TOP.

Rejestr ICR1 nie jest podwójnie buforowany. Oznacza to, iż przy zmianie zawartości ICR1 na niską wartość przy uruchomionym liczniku lub przy niskiej wartości preskalera, istnieje ryzyko, iż zapisana nowa zawartość ICR1 przegapi zgodność porównania przy wartości TOP. Licznik będzie wtedy musiał zliczyć do wartości MAX (0xFFFF) i przewinąć się na 0x0000, zanim zgodność porównania będzie mogła wystąpić. Jednakże rejestr OCR1A jest podwójnie buforowany. Cecha ta pozwala zapisać komórkę we/wy OCR1A w dowolnym momencie. Gdy następuje zapis komórki we/wy OCR1A, zapisywana wartość trafi do rejestru buforowego OCR1A. Rejestr porównawczy OCR1A zostanie następnie uaktualniony wartością w buforze przy następnym cyklu zegarowym timera, gdy TCNT1 osiągnie TOP. Uaktualnienie jest wykonywane w tym samym cyklu zegarowym timera, gdy TCNT1 jest zerowany a znacznik TOV1 ustawiany.

Używanie rejestru ICR1 do definiowania wartości TOP działa dobrze z ustalonymi wartościami TOP. Przez użycie ICR1 rejestr OCR1A zostaje zwolniony i można go wykorzystać do generowania wyjścia PWM na końcówce OC1A. Jednakże, jeśli bazowa częstotliwość PWM zmienia się aktywnie (poprzez zmianę wartości TOP), to używanie OCR1A jako TOP jest w oczywisty sposób lepszym wyborem z uwagi na jego podwójne buforowanie.

W szybkim trybie PWM moduły porównawcze pozwalają generować przebiegi PWM na końcówkach OC1x. Ustawienie bitów COM1x[1:0] na 2 utworzy przebieg PWM nieodwrócony, a przebieg odwrócony PWM można wygenerować przez ustawienie bitów COM1x[1:0] na 3. Faktyczna wartość OC1x stanie się widoczna na końcówce portu, jeśli kierunek danych dla tej końcówki zostanie ustawiony jako wyjście (DDR_OC1x). Przebieg PWM jest generowany przez ustawianie (lub zerowanie) rejestru OC1x przy zgodności porównania pomiędzy OCR1x a TCNT1 oraz zerowanie (lub ustawianie) rejestru OC1x przy cyklu zegarowym timera zerującym licznik (zmiany z TOP na BOTTOM).

Częstotliwość PWM wyjścia można obliczyć z następującego wzoru:

Zmienna N reprezentuje dzielnik preskalera (1, 8, 64, 256 lub 1024).

Wartości ekstremalne rejestru OCR1x reprezentują specjalne przypadki przy generacji przebiegu wyjściowego PWM w szybkim trybie PWM. Jeśli  OCR1x jest ustawiony na wartość równą BOTTOM (0x0000), to na wyjściu pojawią się wąskie szpilki przy każdym  TOP+1 cyklu zegara timera. Ustawienie OCR1x na wartość równą TOP spowoduje powstanie stałego przebiegu o wartości wysokiej lub niskiej (zależnie od polaryzacji wyjścia ustawianej bitami COM1x[1:0]).

Przebieg wyjściowy z wypełnieniem 50% w szybkim trybie PWM można osiągnąć przez ustawienie OC1A na zmianę poziomu logicznego przy każdej zgodności porównania (COM1A[1:0] = 1). Generowany przebieg będzie posiadał maksymalną częstotliwość f1A = fclk_I/O/2, gdy rejestr OCR1A zostanie ustawiony na zero (0x0000). Ta cecha jest podobna do ustawienia zmiany poziomu OC1A w trybie CTC, z wyjątkiem tego, iż cecha podwójnego buforowania w module Output Compare jest uaktywniona w szybkim trybie PWM.


Tryb PWM poprawny fazowo

Tryb PWM poprawny fazowo (ang. phase correct Pulse Width Modulation  mode) (WGM1[3:0] = 1, 2, 3, 10 lub 11) pozwala generować przebiegi PWM z poprawną fazą. Opiera się on na dwukierunkowym działaniu licznika, który w pętli liczy od wartości  BOTTOM (0x0000) do TOP, a następnie wstecz od TOP do BOTTOM. W trybie nieodwróconym Compare Output (ang. non-inverting Compare Output mode) wyjście Output Compare (OC1x) jest zerowane przy zgodności porównania pomiędzy TCNT1 a OCR1x przy zliczaniu w górę oraz ustawiane przy tej zgodności porównania w czasie zliczania w dół. W trybie odwróconym Output Compare (ang. inverting Output Compare mode) działanie jest odwrotne. Zliczanie dwukierunkowe powoduje mniejszą szybkość działania niż przy zliczaniu jednokierunkowym. Jednakże z powodu symetrycznej natury trybów PWM przy zliczaniu dwukierunkowym są one preferowane w aplikacjach sterujących silnikami.

Rozdzielczość dla trybu PWM poprawnego fazowo może zostać ustalona na 8, 9, 10 bitów lub zdefiniowana przez rejestr ICR1 lub OCR1A. Najmniejsza dozwolona rozdzielczość wynosi 2 bity (ICR1 lub OCR1A ustawiony na 0x0003), a maksymalna rozdzielczość wynosi 16 bitów (ICR1 lub OCR1A ustawiony na MAX). Rozdzielczość PWM w bitach może zostać obliczona wg następującego wzoru:

W trybie PWM poprawnym fazowo licznik jest zwiększany aż jego zawartość zrówna się albo z jedną z ustalonych wartości 0x00FF, 0x01FF, 0x03FF (WGM1[3:0] = 1, 2 lub 3), albo z wartością w ICR1 (WGM1[3:0] = 10), albo z wartością w OCR1A (WGM1[3:0] = 11). W tym momencie licznik osiągną swoją wartość TOP i zmienia kierunek zliczania. Zawartość TCNT1 będzie równa TOP przez jeden cykl zegara timera. Poniżej przedstawiony jest wykres czasowy dla trybu PWM poprawnego fazowo, gdy rejestr OCR1A lub ICR1 jest używany do definiowania TOP. Na wykresie wartość TCNT1 jest pokazana w postaci histogramu, który ilustruje operację zliczania w obu kierunkach. Wykres zawiera wyjścia nieodwrócone i odwrócone PWM. Małe znaczki poziome na zboczach TCNT1 reprezentują zgodności porównań pomiędzy OCR1x a TCNT1.  Znacznik przerwania OC1x jest ustawiany, gdy wystąpi zgodność porównania.

obrazek

Znacznik przepełnienia timera/licznika (ang. Timer/Counter Overflow Flag, TOV1) jest ustawiany za każdym razem, gdy licznik osiąga BOTTOM. Gdy do definiowania TOP jest używany rejestr OCR1A lub ICR1, to zostaje odpowiednio ustawiony znacznik OC1A lub ICF1 w tym samym cyklu zegarowym timera, gdy rejestry OCR1x są uaktualniane wartością z bufora (przy TOP). Znaczniki przerwania mogą zostać użyte do generowania przerwania za każdym razem, gdy licznik osiąga wartość TOP lub BOTTOM.
Gdy zmieniana jest wartość TOP, program musi się upewnić, że nowa wartość TOP jest większa lub równa wartości wszystkich rejestrów porównawczych. Jeśli jest ona mniejsza, to zgodność porównania nigdy nie wystąpi pomiędzy TCNT1 a OCR1x. Zwróć uwagę, iż przy używaniu ustalonych wartości TOP, nieużywane bity są maskowane na zero, gdy zostanie zapisany dowolny z rejestrów OCR1x. Jak pokazuje okres trzeci na powyższym rysunku, aktywna zmiana wartości TOP podczas pracy timera/licznika w trybie poprawnym fazowo może doprowadzić do niesymetrycznego przebiegu wyjściowego. Powodem tego zachowania jest czas uaktualnienia rejestru OCR1x. Ponieważ uaktualnienie OCR1x wykonywane jest przy TOP, okres PWM zaczyna się i kończy przy TOP. Powoduje to, iż długość zbocza opadającego jest określona przez poprzednią wartość TOP, natomiast długość zbocza wznoszącego się jest określona przez nową wartość TOP. Gdy te dwie wartości się różnią, to te dwa zbocza okresu będą miały różną długość. Różnica w długości daje niesymetryczny wynik na wyjściu.

Zaleca się używanie trybu poprawnego fazowo i częstotliwościowo zamiast trybu poprawnego fazowo, gdy zmieniana jest wartość TOP przy uruchomionym timerze/liczniku. Gdy stosowana jest statyczna wartość TOP, nie ma praktycznie żadnych różnic pomiędzy tymi dwoma trybami pracy.

W trybie PWM poprawnym fazowo moduły porównawcze pozwalają generować przebiegi PWM na końcówkach OC1x. Ustawienie bitów COM1x[1:0] na 2 wytworzy nieodwrócony przebieg PWM, a przebieg odwrócony powstanie przy ustawieniu COM1x[1:0] na 3. Wartość OC1x stanie się widoczna na końcówce portu, jeśli kierunek danych dla tej końcówki będzie ustawiony jako wyjście (DDR_OC1x). Przebieg PWM jest generowany przez ustawianie (lub zerowanie) rejestru OC1x przy zgodności porównania pomiędzy OCR1x a TCNT1, gdy licznik zlicza w górę, a przez zerowanie (lub ustawianie) rejestru OC1x przy zgodności porównania pomiędzy OCR1x a TCNT1, gdy licznik zlicza w dół. Wyjściowa częstotliwość przebiegu PWM w trybie poprawnym fazowo może zostać wyliczona z poniższego wzoru:

Zmienna N reprezentuje dzielnik preskalera (1, 8, 64, 256 lub 1024).

Wartości ekstremalne dla rejestru OCR1x reprezentują specjalne przypadki przy generacji przebiegu PWM w trybie poprawnym fazowo. Jeśli OCR1x zostanie ustawiony na BOTTOM, to w trybie nieodwróconym PWM wyjście będzie stale w stanie niskim, a jeśli ustawi się go na TOP, to na wyjściu ciągle będzie stan wysoki.  W odwróconym trybie PWN wyjście będzie w przeciwnych wartościach logicznych.

Tryb PWM poprawny fazowo i częstotliwościowo

Tryb PWM z poprawną fazą i częstotliwością (ang. phase and frequency correct Pulse Width Modulation mode) (WGM1[3:0] = 8 or 9) pozwala tworzyć przebiegi z wysoką rozdzielczością fazy i częstotliwości. Tryb ten, podobnie jak tryb poprawny fazowo oparty jest na dwukierunkowym zliczaniu. Licznik w kółko zlicza od BOTTOM (0x0000) do TOP, a następnie od TOP do BOTTOM. W nieodwróconym trybie Compare Output, wyjście Output Compare (OC1x) jest zerowane przy zgodności porównania pomiędzy TCNT1 a OCR1x przy zliczaniu w górę, a ustawiane przy tej zgodności porównania przy zliczaniu w dół. W trybie odwróconym Compare Output operacja jest wykonywana na odwrót. Dwukierunkowe zliczanie daje mniejszą maksymalną częstotliwość działania w porównaniu do zliczania jednokierunkowego. Jednakże z powodu symetrii zliczania dwukierunkowego w tych trybach PWM, preferowane one są w aplikacjach sterujących silnikami.

Główną różnicą pomiędzy trybami PWM poprawnymi fazowo a trybami poprawnymi fazowo i częstotliwościowo jest czas aktualizacji rejestru OCR1x przez rejestr buforowy OCR1x.

Rozdzielczość PWM w trybie poprawnym fazowo i częstotliwościowo można zdefiniować albo przez ICR1, albo przez OCR1A. Najmniejsza dozwolona rozdzielczość wynosi 2 bity (ICR1 lub OCR1A ustawiony na 0x0003), a maksymalną rozdzielczością jest 16 bitów (ICR1 lub OCR1A ustawione na MAX). Rozdzielczość PWM w bitach liczymy z następującego wzoru:

W trybie PWM poprawnym fazowo i częstotliwościowo licznik jest zwiększany, aż jego zawartość będzie równa albo zawartości ICR1 (WGM1[3:0] = 8), albo zawartości OCR1A (WGM1[3:0] = 9). W tym momencie licznik osiąga TOP i zmienia kierunek zliczania. Wartość TCNT1 będzie równa TOP przez jeden cykl zegarowy timera. Poniższy rysunek przedstawia wykres czasowy dla trybu PWM poprawnego fazowo i częstotliwościowo. Wykres odnosi się do przypadku, gdy TOP definiuje rejestr OCR1A lub ICR1. Wartość TCNT1 na tym wykresie została przedstawiona jako histogram dla zilustrowania dwukierunkowego zliczania. Wykres zawiera odwrócone i nieodwrócone wyjścia PWM. Mała pozioma kreska na zboczach TCNT1 reprezentuje zgodność porównania pomiędzy OCR1x a TCNT1. Znacznik przerwania OC1x zostanie ustawiony przy wystąpieniu zgodności porównania.

obrazek

Znacznik przepełnienia timera/licznika (ang. Timer/Counter Overflow Flag, TOV1) jest ustawiany w tym samym cyklu zegarowym timera, w którym rejestry OCR1x są uaktualniane zawartością z bufora tymczasowego (przy BOTTOM). Gdy do definiowania TOP wykorzystywany jest albo rejestr OCR1A, albo ICR1, to znacznik OC1A lub ICF1 jest ustawiany przy osiągnięciu TOP przez TCNT1.

Wtedy ten znacznik przerwania może zostać wykorzystany do generacji przerwania za każdym razem, gdy licznik osiąga wartość TOP lub BOTTOM.

Przy zmianie wartości TOP program musi zapewnić, że nowa wartość TOP jest wyższa lub równa wartości wszystkich rejestrów porównawczych. Jeśli będzie ona niższa od zawartości dowolnego z rejestrów porównawczych, to zgodność porównania nigdy nie wystąpi pomiędzy TCNT1 a OCR1x.

Jak pokazuje powyższy rysunek przebieg wyjściowy jest, w przeciwieństwie do trybu poprawnego fazowo, symetryczny we wszystkich okresach. Ponieważ rejestry OCR1x są uaktualniane przy BOTTOM, długość zboczy rosnącego i opadającego będzie zawsze równa. Tworzy to symetryczne impulsy na wyjściu i dlatego jest poprawne częstotliwościowo.

Używanie rejestru ICR1 do definiowania TOP działa dobrze przy stosowaniu ustalonych wartości TOP. Przez użycie ICR1 rejestr OCR1A pozostaje wolny i można go wykorzystać przy generowaniu sygnału PWM na OC1A. Jednakże, jeśli podstawowa częstotliwość PWM jest aktywnie zmieniana przez modyfikowanie wartości TOP, to używanie OCR1A jako TOP jest w oczywisty sposób lepszym wyborem z powodu cechy podwójnego buforowania.

W trybie PWN poprawnym fazowo i częstotliwościowo moduły porównawcze pozwalają generować przebiegi PWM na końcówkach OC1x. Ustawienie bitów COM1x[1:0] na dwa utworzy przebieg PWM nieodwrócony, a przebieg PWM odwrócony może zostać wygenerowany przez ustawienie COM1x[1:0] na trzy. Faktyczna wartość OC1x stanie się widoczna na końcówce portu, jeśli dla tej końcówki zostanie ustawiony kierunek danych jako wyjście (DDR_OC1x). Przebieg PWM jest generowany przez ustawianie (lub zerowanie) rejestru OC1x przy zgodnościach porównań pomiędzy OCR1x a TCNT1, gdy licznik zwiększa swą zawartość, a zerowanie (lub ustawianie) rejestru OC1x przy zgodnościach porównań pomiędzy OCR1x a TCNT1, gdy licznik zmniejsza swoją zawartość. Częstotliwość PWM dla przebiegu utworzonego w trybie PWM poprawnym fazowo i częstotliwościowo można obliczyć z poniższego wzoru:

Zmienna N reprezentuje dzielnik preskalera (1, 8, 64, 256 lub 1024).

Ekstremalne wartości rejestru OCR1x reprezentują specjalne przypadki przy generacji przebiegu PWM w trybie poprawnym fazowo i częstotliwościowo. Jeśli w trybie nieodwróconym PWM OCR1x jest ustawiony na wartość równą  BOTTOM, to w wyjście będzie ciągle znajdować się w stanie niskim, a jeśli zostanie ustawiony na TOP, to wyjście  będzie ciągle w stanie wysokim. W trybie odwróconym PWM wyjście to będzie przyjmowało odwrotne wartości logiczne.

Na początek:  podrozdziału   strony 

Wykresy czasowe timera/licznika

Timer/licznik jest urządzeniem zaprojektowanym jako synchroniczne i stąd zegar timera (clkT1) jest pokazany na kolejnych obrazkach jako sygnał zegarowy uaktywniający funkcje. Obrazki zawierają informacje o momencie ustawiania znaczników przerwania oraz uaktualniania rejestru OCR1x wartością z bufora OCR1x (jedynie dla trybów wykorzystujących podwójne buforowanie). Poniższy rysunek przedstawia wykres czasowy ustawiania OCF1x:

Wykres czasowy Timera/Licznika, Ustawianie OCF1x, bez preskalera
obrazek

Kolejny rysunek przedstawia ten sam wykres czasowy, lecz z włączonym preskalerem:

Wykres czasowy Timera/Licznika, Ustawianie OCF1x, z preskalerem (fclk_I/O/8)
obrazek

Następny rysunek przedstawia sekwencję zliczania bliską TOP w różnych trybach. Gdy jest używany tryb PWM poprawny fazowo i częstotliwościowo, to rejestr OCR1x jest uaktualniany przy wartości BOTTOM. Wykresy czasowe będą takie same, lecz TOP powinno zostać zastąpione przez BOTTOM, TOP-1 przez BOTTOM+1 itd. To samo odnosi się do trybów, które ustawiają znacznik TOV1 przy BOTTOM.

Wykres czasowy Timera/Licznika, bez Preskalera
obrazek

Poniższy rysunek przedstawia ten sam wykres czasowy, lecz z włączonym preskalerem.

Na początek:  podrozdziału   strony 

Opis rejestrów

TCCR1A – Timer/Counter1 Control Register A – Rejestr sterujący A timera/licznika 1

Bit 7 6 5 4 3 2 1 0  
(0x80) COM1A1 COM1A0 COM1B1 COM1B0 - - WGM11 WGM10 TCCR1A
Zapis/Odczyt Z/O Z/O Z/O Z/O O O Z/O Z/O  
Wartość początkowa 0 0 0 0 0 0 0 0  

Bity [7:6] – COM1A[1:0]: Compare Output Mode for Channel A – Tryb Compare Output dla Kanału A

Bity [5:4] – COM1B[1:0]: Compare Output Mode for Channel B – Tryb Compare Output dla Kanału B

Bity COM1A[1:0] i COM1B[1:0] sterują zachowaniem końcówek Output Compare: odpowiednio OC1A i OC1B. Jeśli jeden lub oba bity COM1A[1:0] zostaną zapisane stanem 1, to wyjście OC1A przejmuje normalną funkcję portu na końcówce we/we, do której jest podłączone. Podobnie, jeśli jeden lub oba bity COM1B[1:0] zostaną ustawione na 1, wyjście OC1B przejmuje końcówkę I/O podłączoną do niego.

Zwróć jednak uwagę, że bit rejestru kierunku danych (ang. Data Direction Register bit, DDR) odpowiadający końcówce OC1A lub OC1B musi być ustawiony, aby końcówka pracowała jako wyjście.

Gdy OC1A lub OC1B jest podłączone do końcówki, funkcja bitów COM1x[1:0] zależy od bitów WGM1[3:0]. Poniższa tabela pokazuje funkcje bitów COM0x[1:0], gdy bity WGM1[3:0] są ustawione na tryb normalny lub CTC (nie-PWM):.

Compare Output w trybach nie-PWM

COM1A1/COM1B1 COM1A0/COM1B0 Opis
0 0 Normalne działanie portu: OC1A/OC1B odłączone
1 Zmiana stanu OC1A/OC1B na przeciwny przy zgodności porównania
1 0 Zerowanie OC1A/OC1B przy zgodności porównania (ustawianie wyjścia w stan niski)
1 Ustawianie OC1A/OC1B przy zgodności porównania (ustawianie wyjścia w stan wysoki)

Kolejna tabela pokazuje funkcje bitów COM1x[1:0], gdy bity WGM1[3:0]  są ustawione na szybkie tryby PWM.

Compare Output w szybkich trybach PWM(1)

COM1A1/COM1B1 COM1A0/COM1B0 Opis
0 0 Normalne działanie portu: OC1A/OC1B odłączone
1 WGM13 = 0: Normalne działanie portu: OC1A/OC1B odłączone
WGM13 = 1: Zmiana stanu OC1A na przeciwny przy zgodności porównania, OC1B zarezerwowane
1 0 Zerowanie OC1A/OC1B przy zgodności porównania
Ustawianie OC1A/OC1B przy BOTTOM (tryb nieodwrócony)
1 Ustawianie OC1A/OC1B przy zgodności porównania
Zerowanie OC1A/OC1B przy BOTTOM (tryb odwrócony)
Uwaga: 1. Specjalny przypadek występuje, gdy OCR1A/OCR1B jest równe TOP i COM1A1/COM1B1 jest ustawiony. Wtedy zgodność porównania jest ignorowana, lecz ustawianie/zerowanie jest wykonywane przy BOTTOM. Zobacz na "Szybki tryb PWM".

Kolejna tabela pokazuje funkcje bitów COM1x[1:0], gdy bity WGM1[3:0] są ustawione na tryb PWM poprawny fazowo lub poprawny fazowo i częstotliwościowo.

Compare Output w trybach PWM poprawnym fazowo oraz poprawnym fazowo i częstotliwościowo

COM1A1/COM1B1 COM1A0/COM1B0 Opis
0 0 Normalne działanie portu: OC1A/OC1B odłączone
1 WGM13 = 0: Normalne działanie portu: OC1A/OC1B odłączone
WGM13 = 1: Zmiana stanu OC1A na przeciwny przy zgodności porównania, OC1B zarezerwowane
1(1) 0 Zliczanie w górę: Zerowanie OC1A/OC1B przy zgodności porównania
Zliczanie w dół: Ustawianie OC1A/OC1B przy zgodności porównania
1 Zliczanie w górę: Ustawianie OC1A/OC1B przy zgodności porównania
Zliczanie w dół: Zerowanie OC1A/OC1B przy zgodności porównania
Uwaga: 1. Specjalny przypadek występuje, gdy OCR1A/OCR1B jest równe TOP i bit COM1A1/COM1B1 jest ustawiony. Zobacz na “Tryb PWM poprawny fazowo".

Bity [1:0] – WGM1[1:0]: Waveform Generation Mode – Tryb generacji przebiegu

W połączeniu z bitami WGM1[3:2] w rejestrze TCCR1B bity te sterują sekwencją zliczania licznika, źródłem dla wartości maksymalnej (TOP) licznika oraz rodzajem przebiegu do generowania. Obsługiwane tryby pracy modułu timera/licznika to: tryb normalny (licznik), tryb zerowania timera przy zgodności porównania (CTC) oraz trzy tryby PWM. (Zobacz do rozdziału "Tryby pracy").

Tryby generacji przebiegu

Tryb WGM13 WGM12
(CTC1)
WGM11
(PWM11)
WGM10
(PWM10)
Tryb działania TOP Uaktualnianie
ICR1X przy
Znacznik TOV1
ustawiany przy
0 0 0 0 0 Normalny 0xFFFF Natychmiast MAX
1 0 0 0 1 PWM, poprawna faza, 8 bitów 0x00FF TOP BOTTOM
2 0 0 1 0 PWM, poprawna faza, 9 bitów 0x01FF TOP BOTTOM
3 0 0 1 1 PWM, poprawna faza, 10 bitów 0x03FF TOP BOTTOM
4 0 1 0 0 CTC (zerowanie przy zgodności) OCR1A Natychmiast MAX
5 0 1 0 1 Szybki PWM, 8 bitów 0x00FF TOP TOP
6 0 1 1 0 Szybki PWM, 9 bitów 0x01FF TOP TOP
7 0 1 1 1 Szybki PWM, 10 bitów 0x03FF TOP TOP
8 1 0 0 0 PWM, poprawna faza i częstotliwość ICR1 BOTTOM BOTTOM
9 1 0 0 1 PWM, poprawna faza i częstotliwość OCR1A BOTTOM BOTTOM
10 1 0 1 0 PWM, poprawna faza ICR1 TOP BOTTOM
11 1 0 1 1 PWM, poprawna faza OCR1A TOP BOTTOM
12 1 1 0 0 CTC (zerowanie przy zgodności) ICR1 Natychmiast MAX
13 1 1 0 1 Zarezerwowane
14 1 1 1 0 Szybki PWM ICR1 TOP TOP
15 1 1 1 1 Szybki PWM OCR1A TOP TOP
Uwaga:   Nazwy bitów CTC1 i PWM1[1:0] są przestarzałe. Używaj nazw WGM1[2:0]. Pomimo tych zmian funkcje oraz położenia tych bitów są kompatybilne z poprzednią wersją timera.

TCCR1B – Timer/Counter1 Control Register B – Rejestr sterujący B timera/licznika 1

Bit 7 6 5 4 3 2 1 0  
(0x81) ICNC1 ICES1 - WGM13 WGM12 CS12 CS11 CS10 TCCR1B
Zapis/Odczyt Z/O Z/O O Z/O Z/O Z/O Z/O Z/O  
Wartość początkowa 0 0 0 0 0 0 0 0  

Bit 7 – ICNC1: Input Capture Noise Canceler – Redukcja szumu dla Input Capture

Ustawienie tego bitu aktywuje układ redukcji szumu dla Input Capture. Gdy układ ten jest włączony, to wejście z końcówki Input Capture (ICP1) jest filtrowane. Funkcja filtru wymaga czterech kolejnych próbek o równych wartościach na końcówce ICP1, aby wyjście uległo zmianie. Z tego powodu Input Capture jest opóźnione o 4 cykle oscylatora przy włączonej redukcji szumów.

Bit 6 – ICES1: Input Capture Edge Select – Wybór zbocza dla Input Capture

Ten bit wybiera, które ze zboczy na końcówce Input Capture (ICP1) zostanie użyte do wyzwolenia zdarzenia Input Capture. Gdy bit  ICES1 zostanie zapisany stanem 0, będzie użyte zbocze opadające (ujemne), a gdy bit ICES1 zostanie stanem 1, zdarzenie INPUT Capture wyzwoli zbocze rosnące (dodatnie).

Gdy Input Capture zostanie wyzwolone zgodnie z ustawieniem ICES1, to wartość licznika będzie skopiowana do rejestru Input Capture (ICR1). Zdarzenie to ustawi również znacznik Input Capture (ICF1), a to z kolei można wykorzystać do generacji przerwania Input Capture, jeśli to przerwanie zostało uaktywnione.
Gdy ICR1 jest używany jako wartość TOP (zobacz na opis bitów WGM1[3:0] umiejscowionych w rejestrach TCCR1A i TCCR1B), to ICP0 jest odłączone, a w konsekwencji funkcja Input Capture jest wyłączona.

Bit 5 – Zarezerwowane

Ten bit jest zarezerwowany do użycia w przyszłości. Aby zapewnić kompatybilność z przyszłymi mikrokontrolerami, należy go ustawiać na 0 przy zapisach rejestru TCCR1B.

Bity [4:3] – WGM1[3:2]: Waveform Generation Mode – Tryb generacji przebiegu

Zobacz na opis bitów WGM1[1:0] dla rejestru TCCR1A.

Bity [2:0] – CS1[2:0]: Clock Select – Wybór zegara

Trzy bity wyboru zegara ustawiają źródło zegara do użycia przez timer/licznik.

CS12 CS11 CS10 Opis
0 0 0 Brak źródła zegara (Timer/Licznik zatrzymany)
0 0 1 clkI/O/1 (bez preskalera)
0 1 0 clkI/O/8 (z preskalera)
0 1 1 clkI/O/64 (z preskalera)
1 0 0 clkI/O/256 (z preskalera)
1 0 1 clkI/O/1024 (z preskalera)
1 1 0 Zewnętrzne źródło zegara na końcówce T1. Zliczanie przy opadającym zboczu.
1 1 1 Zewnętrzne źródło zegara na końcówce T1. Zliczanie przy narastającym zboczu.

Jeśli jako źródło zegara zostanie wybrany sygnał zewnętrzny, to zmiany poziomu na końcówce T1 będą sterowały licznikiem, nawet gdy końcówka ta została skonfigurowana jako wyjście. Ta cecha pozwala na programowe sterowanie zliczaniem.

TCCR1C – Timer/Counter0 Control Register C – Rejestr sterujący C timera/licznika 0

Bit 7 6 5 4 3 2 1 0  
(0x82) FOC1A FOC1B - - - - - - TCCR1C
Zapis/Odczyt Z/O Z/O O O O O O O  
Wartość początkowa 0 0 0 0 0 0 0 0  

Bit 7 – FOC1A: Force Output Compare for Channel A – Wymuszone Output Compare dla kanału A

Bit 6 – FOC1B: Force Output Compare for Channel B – Wymuszone Output Compare dla kanału B

Bity FOC1A/FOC1B są aktywne tylko wtedy, gdy bity WGM1[3:0] określają tryb nie-PWM. Jednakże w celu zapewnienia kompatybilności z przyszłymi mikrokontrolerami bity te należy zapisywać stanami 0 przy zapisie rejestru TCCR1C w trybach PWM. Gdy bit FOC1A/FOC1B zostanie zapisany stanem logicznym 1, to w module generacji przebiegu zostaje wymuszona natychmiastowa zgodność porównania. Wyjście OC1A/OC1B jest zmieniane zgodnie z ustawieniem bitów COM1x[1:0]. Zwróć uwagę, że bity FOC1A/FOC1B są zaimplementowane jako stroby. Dlatego to wartość wpisana do bitów COM1x[1:0] określa efekt wymuszonego Output Compare. Strob FOC1A/FOC1B nie wygeneruje żadnego przerwania, ani nie wyzeruje timera w trybie CTC przy użyciu OCR1A jako TOP.
Bity FOC1A/FOC1B przy odczycie zawsze dają wartość zero.

Bity [5:0] – Zarezerwowane

Te bity są zarezerwowane dla przyszłego użytku. W celu zapewnienia kompatybilności z przyszłymi mikrokontrolerami, należy je zapisywać stanem 0 przy wpisie danych do tego rejestru.


TCNT1H i TCNT1L – Timer/Licznik 1

Bit 15 14 13 12 11 10 9 8  
(0x85) TCNT1[15:8] TCNT1H
(0x84) TCNT1[7:0] TCNT1L
Bit 7 6 5 4 3 2 1 0  
Zapis/Odczyt Z/O Z/O Z/O Z/O Z/O Z/O Z/O Z/O  
Wartość początkowa 0 0 0 0 0 0 0 0  

Dwie komórki we/wy timera/licznika (TCNT`H i TCNT`L, połączone razem jako TCNT`) dają bezpośredni dostęp przy zapisie i odczycie do modułu 16 bitowego timera/licznika. Aby zapewnić, że oba bajty górny i dolny są odczytywane i zapisywane jednocześnie przy dostępie mikroprocesora do tych rejestrów, dostęp jest wykonywany przy wykorzystaniu tymczasowego 8 bitowego rejestru dla górnego bajta (TEMP). Rejestr tymczasowy jest współdzielony przez wszystkie pozostałe rejestry 16-bitowe. Zobacz do rozdziału "Dostęp do rejestrów 16-bitowych".
Modyfikowanie licznika (TCNT1) w czasie jego pracy wprowadza ryzyko przegapienia zgodności porównania pomiędzy TCNT1 a jednym z rejestrów OCR1x.

Zapis do rejestru TCNT1 blokuje (usuwa) zgodność porównania w następnych cyklach zegara dla wszystkich modułów porównawczych.

OCR1AH i OCR1AL – Output Compare Register 1 A – Rejestr Output Compare 1 A

Bit 15 14 13 12 11 10 9 8  
(0x89) OCR1A[15:8] OCR1AH
(0x88) OCR1A[7:0] OCR1AL
Bit 7 6 5 4 3 2 1 0  
Zapis/Odczyt Z/O Z/O Z/O Z/O Z/O Z/O Z/O Z/O  
Wartość początkowa 0 0 0 0 0 0 0 0  

OCR1BH i OCR1BL – Output Compare Register 1 B – Rejestr Output Compare 1 B

Bit 15 14 13 12 11 10 9 8  
(0x8B) OCR1B[15:8] OCR1BH
(0x8A) OCR1B[7:0] OCR1BL
Bit 7 6 5 4 3 2 1 0  
Zapis/Odczyt Z/O Z/O Z/O Z/O Z/O Z/O Z/O Z/O  
Wartość początkowa 0 0 0 0 0 0 0 0  

Rejestry Output Compare zawierają 16-bitową wartość, która jest ciągle porównywana z wartością licznika (TCNT1). Zgodność może zostać wykorzystana do generacji przerwania Output Compare lub do generacji przebiegu wyjściowego na końcówce OC1x.

Rejestry Output Compare mają rozmiar 16-bitów. Aby zapewnić, że oba bajty górny i dolny są odczytywane i zapisywane jednocześnie przy dostępie mikroprocesora do tych rejestrów, dostęp jest wykonywany przy wykorzystaniu tymczasowego 8 bitowego rejestru dla górnego bajtu (TEMP). Rejestr tymczasowy jest współdzielony przez wszystkie pozostałe rejestry 16-bitowe. Zobacz do rozdziału "Dostęp do rejestrów 16-bitowych".


ICR1H i ICR1L – Input Capture Register 1 – Rejestr 1 dla Input Capture

Bit 15 14 13 12 11 10 9 8  
(0x87) ICR1[15:8] ICR1H
(0x86) ICR1[7:0] ICR1L
Bit 7 6 5 4 3 2 1 0  
Zapis/Odczyt Z/O Z/O Z/O Z/O Z/O Z/O Z/O Z/O  
Wartość początkowa 0 0 0 0 0 0 0 0  

Rejestr Input Capture jest zapisywany wartością licznika (TCNT1) za każdym razem, gdy pojawi się zdarzenie Input Capture na końcówce ICP1 (lub opcjonalnie na wyjściu z Komparatora Analogowego dla timera/licznika 1). Rejestr Input Capture może zostać wykorzystany do zdefiniowania dla licznika wartości TOP.

Rejestr Input Capture ma rozmiar 16-bitów. Aby zapewnić, że oba bajty górny i dolny są odczytywane i zapisywane jednocześnie przy dostępie mikroprocesora do tych rejestrów, dostęp jest wykonywany przy wykorzystaniu tymczasowego 8 bitowego rejestru dla górnego bajta (TEMP). Rejestr tymczasowy jest współdzielony przez wszystkie pozostałe rejestry 16-bitowe. Zobacz do rozdziału "Dostęp do rejestrów 16-bitowych".


TIMSK1 – Timer/Counter Interrupt Mask Register – Rejestr maski przerwań dla timerów/liczników

Bit 7 6 5 4 3 2 1 0  
(0x6F) ICIE1 OCIE0B OCIE0A TOIE1 TIMSK1
Zapis/Odczyt O O Z/O O O Z/O Z/O Z/O  
Wartość początkowa 0 0 0 0 0 0 0 0  

Bity 7:6,4:3 – Zarezerwowane

Te bity są zarezerwowane dla przyszłego użytku. W celu zapewnienia kompatybilności z przyszłymi mikrokontrolerami, należy je zapisywać stanem 0 przy wpisie danych do tego rejestru.

Bit 5 – ICIE1: Timer/Counter1, Input Capture Interrupt Enable – Uaktywnienie przerwania od Input Capture dla timera/licznika 1

Gdy ten bit zostanie ustawiony na 1 i ustawiony jest znacznik I w rejestrze stanu (przerwania globalnie włączone), zostają uaktywnione przerwania od Input Capture w timerze/liczniku 1. Gdy zostanie ustawiony znacznik ICF1 w rejestrze TIFR1, mikroprocesor wykona skok do procedury obsługi tego przerwania poprzez odpowiedni wektor przerwania (zobacz do rozdziału "Przerwania").

Bit 2 – OCIE1B: Timer/Counter1, Output Compare B Match Interrupt Enable – Włączenie przerwań od Output Compare B

Gdy ten bit zostanie zapisany stanem 1 i znacznik I w rejestrze stanu jest ustawiony (przerwania włączone globalnie), to zostaje włączone przerwanie od Output Compare B dla timera/licznika 1. Odpowiadający temu przerwaniu wektor (Zobacz do rozdziału "Przerwania") jest wykonywany, gdy zostanie ustawiony znacznik OCF1B, zlokalizowany w rejestrze TIFR1.

Bit 1 – OCIE1A: Timer/Counter1, Output Compare A Match Interrupt Enable – Włączenie przerwań od Output Compare A

Gdy ten bit zostanie zapisany stanem 1 i znacznik I w rejestrze stanu jest ustawiony (przerwania włączone globalnie), to zostaje włączone przerwanie od Output Compare A dla timera/licznika 1. Odpowiadający temu przerwaniu wektor (Zobacz do rozdziału "Przerwania") jest wykonywany, gdy zostanie ustawiony znacznik OCF1A, zlokalizowany w rejestrze TIFR1.

Bit 0 – TOIE1: Timer/Counter1, Overflow Interrupt Enable – Włączenie przerwań od przepełnienia timera/licznika 1

Gdy ten bit zostanie zapisany stanem 1 i znacznik I w rejestrze stanu jest ustawiony (przerwania włączone globalnie), to zostaje włączone przerwanie od przepełnienia timera/licznika 1. Odpowiadający temu przerwaniu wektor (Zobacz do rozdziału "Przerwania") jest wykonywany, gdy zostanie ustawiony znacznik TOV1, zlokalizowany w rejestrze TIFR1.


TIFR1 – Timer/Counter Interrupt Flag Register – Rejestr znaczników przerwań dla timerów/liczników

Bit 7 6 5 4 3 2 1 0  
0x16 (0x36) ICF1 OCF1B OCF1A TOV1 TIFR1
Zapis/Odczyt O O Z/O O O Z/O Z/O Z/O  
Wartość początkowa 0 0 0 0 0 0 0 0  

Bity 7:6,4:3 – Zarezerwowane

Te bity są zarezerwowane dla przyszłego użytku. W celu zapewnienia kompatybilności z przyszłymi mikrokontrolerami, należy je zapisywać stanem 0 przy wpisie danych do tego rejestru.

Bit 5 – ICF1: Timer/Counter1, Input Capture Flag – Znacznik Input Capture

Ten znacznik jest ustawiany, gdy pojawia się zdarzenie Input Capture na końcówce ICP1. Gdy bity WGM1[3:0] ustawiają rejestr Input Capture (ICR1) jako wartość TOP dla licznika, to znacznik ICF1 jest ustawiany, gdy licznik osiąga wartość TOP.

Bit ICF1 jest automatycznie zerowany, gdy zostanie wykonany wektor przerwania Input Capture Interrupt. Alternatywnie znacznik ICF1 można wyzerować przez zapis logicznej jedynki na pozycji jego bitu.

Bit 2 – OCF1B: Timer/Counter1, Output Compare B Match Flag – Znacznik zgodności porównania dla Output Compare B

Ten znacznik jest ustawiany w cyklu zegarowym timera po osiągnięciu przez licznik (TCNT1) wartości zgodnej z zawartością rejestru Output Compare B (OCR1B).

Zwróć uwagę, iż strob wymuszonej zgodności porównania FOC1B nie ustawi znacznika OCF1B.

OCF1B jest automatycznie zerowany po uruchomieniu wektora dla przerwania od Output Compare B. Alternatywnie znacznik OCF0B można wyzerować przez zapis logicznej jedynki na pozycji jego bitu.

Bit 1 – OCF1A: Timer/Counter1, Output Compare A Match Flag – Znacznik zgodności porównania dla Output Compare A

Ten znacznik jest ustawiany w cyklu zegarowym timera po osiągnięciu przez licznik (TCNT1) wartości zgodnej z zawartością rejestru Output Compare A (OCR1A).

Zwróć uwagę, iż strob wymuszonej zgodności porównania FOC1A nie ustawi znacznika OCF1A.

OCF1A jest automatycznie zerowany po uruchomieniu wektora dla przerwania od Output Compare A. Alternatywnie znacznik OCF1A można wyzerować przez zapis logicznej jedynki na pozycji jego bitu.

Bit 0 – TOV1: Timer/Counter1, Overflow Flag – Znacznik przepełnienia

Ustawianie tego znacznika jest uzależnione od ustawienia bitów WGM1[3:0]. W trybach normalnym i CTC znacznik TOV1 jest ustawiany, gdy licznik przepełnia się (osiąga swoja wartość maksymalną, po czym zeruje się i rozpoczyna zliczanie od nowa). Zobacz na ustawienia bitów WGM1[3:0], gdzie opisano zachowanie się znacznika  TOV1 w różnych trybach.

TOV1 jest automatycznie zerowany po uruchomieniu wektora dla przerwania od przepełnienia timera/licznika 0. Alternatywnie znacznik TOV1 można wyzerować przez zapis logicznej jedynki na pozycji jego bitu.

Na początek:  podrozdziału   strony 

Zespół Przedmiotowy
Chemii-Fizyki-Informatyki

w I Liceum Ogólnokształcącym
im. Kazimierza Brodzińskiego
w Tarnowie
ul. Piłsudskiego 4
©2021 mgr Jerzy Wałaszek

Materiały tylko do użytku dydaktycznego. Ich kopiowanie i powielanie jest dozwolone
pod warunkiem podania źródła oraz niepobierania za to pieniędzy.

Pytania proszę przesyłać na adres email: i-lo@eduinf.waw.pl

Serwis wykorzystuje pliki cookies. Jeśli nie chcesz ich otrzymywać, zablokuj je w swojej przeglądarce.

Informacje dodatkowe.