AVR timer(1)

タイマーについてまとめてみる。タイマーにはノーマルモード、CTCモード、PWMなどあるが今回はノーマルモードに限定する。
参考になるのはLUFAの作者であるDean Camera氏のチュートリアルで
http://www.avrfreaks.net/index.php?name=PNphpBB2&file=viewtopic&t=50106
および
http://www.fourwalledcubicle.com/AVRArticles.php
にPDF化された文書もある。

_delay_ms(), _delay_us()などがあるので、遅延するだけなら不要だが、
割り込みを使ってマイコンらしい効果的な使い方ができる。

Timer0 (8bit)

AVRのタイマーには8ビットのタイマー(通常はTimer0)と16ビットのタイマー(Timer1,etc)がある。
まず8ビットタイマーTimer0を使ってみる。
tiny13にはTimer0しかない。(tiny10もTimer0しかないが、16bitで他のCPUではTimer1に相当する。)
また、ArduinoではTimer0はmillis()などで使われている。
以下ではtiny13のFUSEを変更していない状態で考える。デフォルトではクロックを内蔵9.6MHzの8分周で使うので、TCNT0というレジスタは1/1.2MHz=83us毎に増えていき、255の次にオーバーフローして0に戻るということを繰返す。
まず、この仕組みだけを使って最も単純なコードを書いてみる。
256/1200000=21.33msのタイマー(4.7kHz)にしかならないので、Lチカでは点滅しているかどうかわからない。(オシロがあれば確認できる)

割り込みベクタはgrep vect iotn13.hとかで調べると、TIM0_OVF_vectである。(世代によってTIMER0だったり、TIM0だったりするので注意)
他の動作によらずTCNT0がオーバーフローしたときに割り込みが実行される。

タイマーに関するレジスタはTCCR0A, TCCR0B, TIMSK, TIFRなどである。

TCCR0A: Timer/Counter Control Register A

bit	7	6	5	4	3	2	1	0
TCCR0A	COM0A1	COM0A0	COM0B1	COM0B0	–	–	WGM01	WGM00
default	0	0	0	0	0	0	0	0

TCCR0B: Timer/Counter Control Register B

bit	7	6	5	4	3	2	1	0
TCCR0B	FOC0A	FOC0B	–	–	WGM02	CS02	CS01	CS00
default	0	0	0	0	0	0	0	0

TIMSK: Timer/Counter Interrupt Mask Register

bit	7	6	5	4	3	2	1	0
TIMSK	TOIE1	OCIE1A	OCIE1B	–	ICIE1	OCIE0B	TOIE0	OCIE0A
default	0	0	0	0	0	0	0	0

TIFR: Timer/Counter Interrupt Flag Register

bit	7	6	5	4	3	2	1	0
TIFR	TOV1	OCF1A	OCF1B	–	ICF1	OCF0B	TOV0	OCF0A
default	0	0	0	0	0	0	0	0

設定すべきことは
(1)timerのモード(ノーマル、CTC、PWMなど)
(2)クロック分周比
(3)タイマー割り込みの許可(TIMSK0: Timer Interrupt Mask RegisterのTOIE0:Timer/Counter0 Overflow Interrupt Enable)
(4)全ての割り込みの許可(sei)

(1)についてはWGM02:0で行なう。

Waveform Generation Mode Bit

Mode	WGM02	WGM01	WGM00	Timer/Counter Mode operation	TOP	update OCRx at	TOV flag set on
0	0	0	0	normal	0xFF	immediate	MAX
1	0	0	1	PWM, phase correct	0xFF	TOP	BOTTOM
2	0	1	0	CTC	OCR0A	immediate	MAX
3	0	1	1	Fast PWM	0xFF	TOP	MAX
4	1	0	0	reserved	–	–	–
5	1	0	1	PWM, phase corect	OCR0A	TOP	BOTTOM
6	1	1	0	reserved	–	–	–
7	1	1	1	Fast PWM	OCR0A	TOP	TOP

(2)についてはCS02:0で行なう。
Clock Select Bit

CS02	CS01	CS00	description
0	0	0	no clock source (Timer/Counter stopped)
0	0	1	clkIO (no prescaling)
0	1	0	clkIO/8
0	1	1	clkIO/64
1	0	0	clkIO/256
1	0	1	clkIO/1024
1	1	0	external clock source on T0. falling edge
1	1	1	external clock source on T0. rising edge

ノーマルモードでWGM02|WGM01|WGM00=000。
プリスケーラなしでCS02|CS01|CS00=001。
タイマーのオーバフロー割り込みを許可(TOIE0=1)することで、TCNT0=255の次にオーバーフローするとISR(TIM0_OVF_vect)が呼ばれる。

// for ATtiny13
#include <avr/io.h>;
#include <avr/interrupt.h>;

ISR(TIM0_OVF_vect)
{
    PORTB ^= (1<<PB0);
}

void init_timer()
{
    TCCR0A = 0; // normal mode
    TCCR0B = (1<<CS00); // prescaler = 1
    TIMSK0 |= (1<<TOIE0);
    //TCNT0 = 0;
}

int main()
{
    DDRB =(1<<PB0);
    init_timer();
    sei(); // enable global interrupts
    while(1) {
    }
}

次に肉眼でも動作がわかるようにしたい。
16bitタイマなら65535まで数えることができるが、8bitタイマでは255が限界なので分周を使う。

TCCR0B = (1<<CS00); // FCPU
TCCR0B = (1<<CS01); // FCPU/8
TCCR0B = (1<<CS01)|(1<<CS00); // FCPU/64
TCCR0B = (1<<CS02); // FCPU/256
TCCR0B = (1<<CS02)|(1<<CS00); // FCPU/1024

のように変えることで、TCNT0の進み方を遅くする。
分周比1024の場合は1tick=1024/120000=85msで256カウントで0.22s(約4.6Hz)になる。

Timer1 (16bit)

16ビットタイマーについても同様だが、tiny13にはないので、以下では定番のtiny2313を使う。
世代によってレジスタ名が微妙に違うので、ヘッダファイルなりデータシートなりで調べる。
上のコードでは
TIM0_OVF_vect → TIMER0_OVF_vect, TIMSK0→TIMSK
などとする。

// for ATtiny2313
#include <avr/io.h>;
#include <avr/interrupt.h>;
ISR(TIMER0_OVF_vect)
{
    PORTB ^= (1<<PB0);
}

void init_timer0()
{
    TCCR0A = 0; // normal mode
    TCCR0B = (1<<CS02)|(1<<CS00); // prescaler 1024
    TIMSK |= (1<<TOIE0);
    TCNT0 = 0;
}

int main()
{
    DDRB = (1<<PB0);
    init_timer0();
    sei();
    while(1) {
    }
    return 0;
}

Timer1の場合も0->1とする程度でほぼ同様に書ける。
ただし、TCNT1は16ビットで0-65535までを取るので、prescalerなしでも54.6ms=18Hzになる。

// for ATtiny2313
#include <avr/io.h>;
#include <avr/interrupt.h>;
ISR(TIMER1_OVF_vect)
{
   PORTB ^= (1<<PB0);
}

void init_timer1()
{
    TCCR1A = 0; // normal mode
    TCCR1B = (1<<CS10);    // prescaler 1
    TIMSK |= (1<<TOIE1);
    //TCNT1 = 0;
}

int main()
{
    DDRB = (1<<PB0);
    init_timer1();
    sei();
    while(1) {
    }
    return 0;
}

2つのLEDを別のタイミングで動かすような場合に_delay_ms()を使うと、かえって難しいが、
割り込みを使えば、設定しておいて、sei()で一気に動き出す。

timer0のレジスタを見ただけでもかなり微妙な名前の違いがあり、一つのコードでいろいろなCPUに使いまわそうとすると、CPUごとに場合分けして書くということになる。そういうときに

#if defined(__AVR_ATtiny13__) || defined(__AVR_ATtiny10__)
    TIMSK0 |= (1<<TOIE0);
#else defined(__AVR_ATtiny2313__)
    TIMSK |= (1<<TOIE0);
#endif

のように書くことである程度ポータブルにできる(が読みにくくなる)。

広告

‹ AVR入門(3) ピン入力と割り込み

ubuntuでのarduino (3) ›

カテゴリー: AVR