[实验三]定时器的应用

《AVR单片机嵌入式系统原理与应用实践》 实验报告书

作者：

2011年11月

[实验三]定时器的应用

[实验目的]

1. 结合定时/计数器的应用，更深入的了解AVR中断系统原理，响应过程，以及中断服务

程序的编写。

2. 掌握定时器的基本应用，了解定时器的各种用途

[基本实验内容]：

根据需要给出电原理图和程序清单。

1．了解CTC的用途，通过定时器的CTC实现LED的定时闪烁，定时时间1S。 /***************************************************** This program was produced by the CodeWizardAVR V2.05.1b Evaluation Automatic Program Generator

?Copyright 1998-2011 Pavel Haiduc, HP InfoTech s.r.l. http://www.hpinfotech.com Project : Version :

Date : 2011/11/25

Author : Freeware, for evaluation and non-commercial use only Company : Comments:

Chip type : ATmega16 Program type : Application AVR Core Clock frequency: 4.000000 MHz Memory model : Small External RAM size : 0 Data Stack size : 256

*****************************************************/

#include

// Timer 0 output compare interrupt service routine

interrupt [TIM0_COMP] void timer0_comp_isr(void) {

PORTA.0=~PORTA.0; }

void main(void) {

PORTA=0x01; DDRA=0x01;

PORTB=0x01; DDRB=0x00;

// Clock source: T0 pin Rising Edge

// Mode: CTC top=OCR0

// OC0 output: Disconnected

TCCR0=0x0F; TCNT0=0x00; OCR0=0xF9;

TIMSK=0x02;

#asm(\"sei\")

while (1) {

// Place your code here

} }

2．阅读器件手册，查阅定时器相关寄存器，通过使用定时器改写P188页的例6.7中的点阵

LED箭头移动程序。箭头运动速度保持与原来相同。

/***************************************************** This program was produced by the CodeWizardAVR V2.05.1b Evaluation Automatic Program Generator

?Copyright 1998-2011 Pavel Haiduc, HP InfoTech s.r.l. http://www.hpinfotech.com Project : Version :

Date : 2011/11/26

Author : Freeware, for evaluation and non-commercial use only Company : Comments:

Chip type : ATmega16 Program type : Application AVR Core Clock frequency: 4.000000 MHz Memory model : Small External RAM size : 0 Data Stack size : 256

*****************************************************/

#include

flash unsigned char char_7[8]={0x10,0x38,0x7C,0xFE,0x38,0x38,0x38,0x38}; int j=0;

unsigned char time_counter,i = 0; void display(unsigned char row) {

unsigned char i; for (i=0;i<=7;i++) {

if (row <= 7)

PORTA = char_7[row]; else

PORTA = 0; PORTC = ~(1<if (++row >= 12 ) row = 0; } }

// Timer 0 output compare interrupt service routine

interrupt [TIM0_COMP] void timer0_comp_isr(void) {

display(i); if(++j>=50) {

j=0;

time_counter=1; } }

void main(void) {

PORTA=0x00; DDRA=0xFF; PORTC=0xFF; DDRC=0xFF;

// Timer/Counter 0 initialization

// Clock source: System Clock

// Clock value: 62.500 kHz

// Mode: CTC top=OCR0

// OC0 output: Disconnected

TCCR0=0x0B; TCNT0=0x00; OCR0=0x7C;

// Timer(s)/Counter(s) Interrupt(s) initialization

TIMSK=0x02;

#asm(\"sei\")

while (1) {

display(i);

if (time_counter) {

time_counter = 0; if(++i >= 12) i=0; }

}; }

3．使用定时器的产生特定频率，输出到蜂鸣器上产生不同的音调。使用定时器产生DO RE MI

FA SO LA SI 声音，每个音长1秒。(假设 do 256 re 288 mi 320 fa 341 so 384 la 426 si 480) hz。（参考第八章例8.7的硬件电路以及软件设计，利用AVR的16位T/C1的比较匹配功能，发出不同频率的音调。）

#include

flash unsigned int t[9] = {0,956,865,759,716,638,568,506,470 }; flash unsigned char d[9] = {0,105,116,132,140,157,176,198,209 }; #define Max_note 14

flash unsigned char music[Max_note] = {1,10,2,10,3,10,4,10,5,10,6,10,7,10}; unsigned char note_n; unsigned int int_n; bit play_on;

interrupt [EXT_INT1] void ext_int1_isr(void) //INT1中断服务程序 {

if (!play_on) TCCR1B = 0x09; //启动T/C1,播放音乐 }

interrupt [TIM1_COMPA] void timer1_compa_isr(void) // T/C1比较匹配中断服务程序 {

if (!play_on) {

note_n = 0; int_n = 1;

play_on = 1; //从头开始播放音乐 } else

{ //播放一个音符

if (--int_n == 0) //一个音符播放完成 {

TCCR1B = 0x08; //停止T/C1工作

if (note_n < Max_note)

{ //音乐未播完 OCR1A = t[music[note_n]]; //取下一个音符

int_n = d[music[note_n]]; //取该音符的基本节拍单位 note_n++;

int_n = int_n * music[note_n];//计算该音符的节拍值 note_n++;

TCCR1B = 0x09; //启动T/C1，播放一个音符 } else

play_on = 0; //整个音乐播放完成 }

} }

void main(void) {

PORTD=0x08; //PD5匹配输出方式，脉冲输出，驱动发声 DDRD=0x20; //PD3按键输出口，输入方式，上拉电阻有效 TCCR1A=0x40; //T/C1工作于CTC方式

TCCR1B=0x08; //OCR1A为比较寄存器，OC1A为触发取反方式 TIMSK=0x10; //允许比较匹配OC1A中断 GICR|=0x80; //外部中断初始化 MCUCR=0x08; //允许INT1中断 MCUCSR=0x00; //下降沿触发 GIFR=0x80;

#asm(\"sei\") //使能全局中断 while (1) ｛ } }

[选作实验内容]

参考demo_8_6.c，利用T/C1的PWM方式，设计出能产生更精确的、频率为1KHz、幅值为0~5V的正弦波（提示：使用T/C1，选择工作模式10，设置ICR1=250为计数值得上限值）。 #include

flash unsigned char auc_SinParam[128] = {

128,134,140,147,153,159,165,171,177,182,188,193,198,204,208,213, 218,222,226,230,233,237,240,242,245,247,249,251,252,253,254,254, 254,254,253,252,251,250,248,246,244,241,238,235,232,228,224,220, 215,211,206,201,196,191,185,179,174,168,162,156,150,144,137,131, 125,119,112,106,100,94,88,82,77,71,65,60,55,50,45,41, 36,32,28,24,21,18,15,12,10,8,6,5,4,3,2,2, 2,2,3,4,5,7,9,11,14,16,19,23,26,30,34,38,

43,48,52,57,63,68,74,79,85,91,97,103,109,116,122,128}; // 128点正弦波样本值

unsigned char x_SW = 8,X_LUT = 0;

// T/C1 溢出中断服务

interrupt [TIM1_OVF] void timer1_ovf_isr(void) {

X_LUT += x_SW; // 新样点指针 if (X_LUT > 127) X_LUT -= 128; // 样点指针调整

OCR1A = auc_SinParam[X_LUT]; // 取样点指针到比较匹配寄存器 //OCR1A+=1; }

void main(void) {

DDRD=0x08; //PD3输出方式，作为OC1A的输出口 TCCR1A=0x82;

TCCR1B=0x11; TCNT1H=0x00; TCNT1L=0x00; ICR1H=0x01; ICR1L=0xF4; OCR1AH=0x00;

OCR1AL=0x80; TIMSK=0x04;

#asm(\"sei\") // 开放全局中断

while (1) {}; }

[实验总结与思考]

1. 仔细参考书上例程8.3，回答P253页上的5个问题。 a. 普通模式下，溢出与匹配中断都允许。要实现N分频的话，则TCNT0初值设为FF-（N-1）,

比较匹配OCR0设在TCNT0初值跟0xFF的之间的值，每次溢出中断都重新设置 TCNT0为FF-(N-1),输出取反；每次比较匹配中断都使输出取反，则可以实现N分频。 b. TCNT0初值为255-10=245，即为0xF5。

8.3中还有一个比较取反，对分频有一定影响。

c. 比较匹配OCR0设在TCNT0初值跟0xFF的之间的值即可，占空比不一定。 d. 例8.1和8.2中输出的波形占空比都是50%，但是例8.3中输出波形的占空比不是50%，

像此例中占空比是60%。 e. 可以，调整OCR0的值即可。

2. 比较使用定时器和不用定时器进行LED动态扫描有何不同。讨论采用软件延时和采用中

断这两种不同的方式进行数码管扫描的优缺点。在程序设计时应该采用哪种？

a. 使用定时器的动态扫描是直接利用系统自身的时钟信号进行定时，而不使用定时器的

中断扫描需要使用外部时钟信号来实现定时，后者系统复杂一点。

b. 采用软件延时缺点是不准确，优点是简单。采用中断优点是定时时间会准确，缺点是

相对复杂。

c. 程序设计中应该采用系统内部时钟，加上定时器来产生定时信号。

3. 当定时计数器工作在普通模式和CTC模式时，都可以产生一个固定的定时中断。如果要

求精确的定时中断，采用那种模式比较好？为什么？

采用CTC模式比较好，不需要在中断服务程序中重新对TCNT0进行初始化。

4. 如果采用PWM输出频率可调的正弦波，或者幅度可调的正弦波，实现的思想方法是什么？

软件应该如何设计？

输出频率可调的正弦波，可以通过修改TCNT0的初始值，幅度可调的正弦波则可以通过 修改OCR0的值来实现。软件设计也就是在中断服务程序中不断修改这些值。

5. 请思考采用定时器测量频率的方法，并讨论和给出你设计方法的频率测量精度和频率测

量范围。

在一只限定的时间内，对测量信号输入的个数计数，适用高频。例如限定时间为100ms，

则频率测量误差为正负10Hz.由于T/C0长度为8位，则测量范围为255Hz.

6. 请思考采用定时器测量周期的方法，并讨论和给出你设计方法的周期测量精度和周期测

量范围。

在一只限定脉冲个数之间的时间间隔，再转化为测量信号的频率，使用低频。例如限

定脉冲个数为N个，则在不考虑中断响应时间情况下，周期测量误差为正负（2微秒/N），否则为正负（2-5微秒/N）.