Рудякова А.Н., Липинский А.Ю., Данилов В.В., Рудяков И.Ю. Аппаратно-программные средства встраиваемых компьютерных систем

Подождите немного. Документ загружается.

Средства реализации заданных

временных параметров встраиваемых систем

121

таймера-счетчика 0. В режиме ШИМ данный флаг устанавливается, если

таймер-счетчик 0 изменяет направление счета на значении 0x00.

Схема предделителя таймера-счетчика 0 приведен на рис. 3.12.

Рис. 3.12

Тактовый источник таймера-счетчика 0 обозначен как clkT0. По

умолчанию clkT0 подключен к системному источнику синхронизации ввода-

вывода clkI/O. Путем установки бита AS0 в регистре ASSR таймер-счетчик 0

тактируется асинхронно с вывода TOSC1. Данная функция позволяет

использовать таймер-счетчик 0 в качестве часов реального времени (RTC).

Если AS=1, то выводы TOSC1 и TOSC2 более не выполняют функции линий

порта С, а

между ними может быть подключен кварцевый резонатор в

качестве отдельного тактового источника таймера-счетчика 0. Генератор

оптимизирован под использование кварца на частоту 32768 Гц. Подключение

к выводу TOSC1 внешнего тактового источника не рекомендуется.

Предделитель таймера-счетчика 0 позволяет выбрать следующие

тактовые сигналы: clkT0S/8, clkT0S/32, clkT0S/64, clkT0S/128, clkT0S/256 и

clkT0S/1024. Кроме того, имеется возможность остановить синхронизацию.

Глава 3

122

Установка бита PSR0 в регистре SFIOR сбрасывает предделитель. Данная

функция позволяет программисту работать с более прогнозируемым

поведением предделителя.

Регистр специальных функций ввода-вывода SFIOR:

Разряд 7 6 5 4 3 2 1 0

TSM - - - ACME PUD PSR0 PSR321

Чтение/запись Чт./Зп. Чт. Чт. Чт. Чт./Зп. Чт./Зп. Чт./Зп. Чт./Зп.

Исх. значение 0 0 0 0 0 0 0 0

Разряд 7 - TSM: Режим синхронизации таймера-счетчика.

Установка бита TSM активизирует режим синхронизации таймеров-

счетчиков. В данном режиме после установки бита PSR0 или PSR321

соответствующий предделитель будет постоянно находиться в сброшенном

состоянии. В этом состоянии гарантируется, что все соответствующие

таймеры-счетчики будут остановлены и могут быть одинаково настроены без

риска изменения состояния одного из них

во время конфигурации. Если

после этого сбросить бит TSM, то биты PSR0 и PSR321 сбрасываются

аппаратно, а таймеры-счетчики начинают счет одновременно.

Разряд 1 - PSR0: Сброс предделителя таймера-счетчика 0.

Если данный бит равен лог. 1, то предделитель таймера-счетчика 0

сбрасывается. Данный бит обычно сбрасывается аппаратно сразу после

установки. Если данный бит устанавливается, когда таймер-счетчик 0

работает в

асинхронном режиме, то он остается равным 1 пока не сбросится

предделитель таймера-счетчика 0. Данный бит не сбрасывается аппаратно,

если бит TSM=1.

Средства реализации заданных

временных параметров встраиваемых систем

123

Практикум 3. Прерывание по переполнению таймера-счетчика

Краткие справочные сведения

Подпрограмма обработки прерывания в WinAVR определяется при

помощи макроопределения ISR() – interrupt service routine, при этом

указывается имя вектора прерывания в WinAVR (список имен прерываний

приведен в приложении 3). По умолчанию, при входе в обработчик

прерывания, флаг общего разрешения прерываний сбрасывается, а при

выходе – восстанавливается.

Для обработки вложенных прерываний, обработчик прерываний нужно

определять с параметром ISR_NOBLOCK, например:

#include <avr/interrupt.h>

ISR(TIMER0_OVF_vect, ISR_NOBLOCK) {

// код обработчика

}

При этом прерывания разрешаются сразу после входа в обработчик.

Применять этот параметр следует с осторожностью, поскольку при таком

вызове возможно переполнение стека, а также возникновение бесконечно

вложенных прерываний.

Пример выполнения

Задание: При помощи прерывания по переполнению таймера-счетчика 0

микроконтроллера ATMega16, работающего на частоте 16МГц, включать и

выключать светодиоды от LED0 до LED2 (см. схему на рис. ПР3.1) с

интервалом в 0.25с, 0.5с и 1с, соответственно.

Глава 3

124

LED2

PD2

LED1

PD1

LED0

PD0

PB0/T0/XCK

PB1/T1

PB2/AIN0/INT2

PB3/AIN1/OC0

PB4/SS

PB5/MOSI

PB6/MISO

PB7/SCK

RESET

XTAL2

XTAL1

PD0/RXD

PD1/TXD

PD2/INT0

PD3/INT1

PD4/OC1B

PD5/OC1A

PD6/ICP1

PD7/OC2

PC0/SCL

PC1/SDA

PC2/TCK

PC3/TMS

PC4/TDO

PC5/TDI

PC6/TOSC1

PC7/TOSC2

PA7/ADC7

PA6/ADC6

PA5/ADC5

PA4/ADC4

PA3/ADC3

PA2/ADC2

PA1/ADC1

PA0/ADC0

AREF

AVCC

ATMEGA16

PD0

PD1

PD2

PD0

PD1

PD2

Рис. ПР3.1

Исходный текст программы для решения поставленного задания

#include <avr/io.h>

#include <avr/interrupt.h>

volatile uint8_t led_0_counter = 0,

led_1_counter = 0;

volatile uint16_t led_2_counter = 0;

ISR(TIMER0_OVF_vect) {

TCNT0 = 130;

led_0_counter++;

led_1_counter++;

led_2_counter++;

}

int main(void) {

uint8_t leds_lighting = 0x00; // маска для зажигания светодиодов

// инициализация порта D

DDRD = 0xff;

PORTD = 0xff;

// инициализация таймера-счетчика 0

TCNT0 = 130; // начальное значение (255 - 125)

TIMSK = (1 << TOV0); // разрешение прерывания по переполнению T/C0

TCCR0 = (1 << CS02); // предделитель на 256, запуск счетчика

Средства реализации заданных

временных параметров встраиваемых систем

125

// общее разрешение прерываний

sei();

while(1) {

if(led_0_counter == 125) {

led_0_counter = 0;

leds_lighting ^= 0b00000001; // меняем бит на противоположный

PORTD = ~leds_lighting;

}

if(led_1_counter == 250) {

led_1_counter = 0;

leds_lighting ^= 0b00000010;

PORTD = ~leds_lighting;

}

if(led_2_counter == 500) {

led_2_counter = 0;

leds_lighting ^= 0b00000100;

PORTD = ~leds_lighting;

}

return(1);

}

Начальное значение TCNT0 и коэффициент деления предделителя,

задаваемый битами CS00, CS01 и CS02 в регистре TCCR0 выбраны таким

образом, чтобы в каждом временном интервале из задания – 0.25с, 0.5с и 1с

укладывалось целое количество вызовов прерывания по переполнению

таймера-счетчика 0.

Собираем схему, изображенную на рис. ПР3.1 в Proteus, указав в

параметрах модели микроконтроллера скомпилированный файл проекта

AVR Studio, а

также тактовую частоту (см. Практикум 2).

Запускаем схему на симуляцию, светодиоды при этом включаются и

выключаются через 0.25с, 0.5с и 1с, как и указано в задании. Один из

моментов приведен на рис. ПР3.2.

Глава 3

126

LED2

PD2

LED1

PD1

LED0

PD0

Рис. ПР3.2

Для того, чтобы проверить точность задания временных интервалов,

измеряем их осциллографом (см. рис. ПР.3.3).

Варианты заданий

Для микроконтроллера ATMega16 с тактовой частотой 16МГц (схема на

рис. ПР3.1) включать и выключать светодиоды от LED0 до LED2) с

Средства реализации заданных

временных параметров встраиваемых систем

127

заданными в варианте (см. табл. ПР3.1) интервалами при помощи

прерывания по переполнению таймера-счетчика 0. Выполнить

моделирование схемы в Proteus, зарисовать полученные временные

диаграммы. Записать программу в микроконтроллер ATMega16 стенда

УСМК-2010, убедиться в корректности ее работы.

Таблица ПР3.1

№

LED0 (время, с) LED1 (время, с) LED2 (время, с)

включен выключен включен выключен включен выключен

1 0.2 0.35 0.1 0.1 0.25 0.15

2 0.5 0.5 0.15 0.25 0.1 0.35

3 0.15 0.5 0.3 0.1 0.5 0.5

Глава 3

128

3.3. Шестнадцатибитные таймеры-счетчики

16-разрядные таймеры-счетчики предназначены для точного задания

временных интервалов, генерации прямоугольных импульсов и измерения

временных характеристик импульсных сигналов.

Основные отличительные особенности:

- 16-разрядные счетчики (в т.ч. возможность организации 16-разр.

ШИМ);

- три раздельных блока сравнения ;

- двойная буферизация регистров порога сравнения (OCR);

- один блок захвата;

- подавитель шума на входе блока

захвата;

- режим сброса таймера при совпадении с порогом сравнения

(автоматическая перезагрузка);

- широтно-импульсная модуляция без генерации ложных импульсов при

записи нового порога сравнения в OCR (двойная буферизация) и фазовая

коррекция;

- переменный период ШИМ;

- частотный генератор;

- счетчик внешних событий;

- 10 самостоятельных источников прерываний (TOV1, OCF1A, OCF1B,

OCF1C, ICF1, TOV3, OCF3A, OCF3B, OCF3C и ICF3);

В виду идентичности таймеров 1 и 3

используется общая форма записи –

индекс “n” заменяет номер таймера-счетчика (1 или 3), а “x” заменяет

наименование канала сравнения (A,B или C). Однако при программировании

необходимо использовать фактические номера и наименования. Например,

для записи нового состояния таймера-счетчика 1 в программе необходимо

указывать TCNT1.

Средства реализации заданных

временных параметров встраиваемых систем

129

Укрупненная функциональная схема 16-разр. таймера-счетчика показана

на рис. 3.13. Регистры ввода-вывода, а также биты или линии ввода-вывода, к

которым организован доступ от ЦПУ, выделены жирной линией.

Рис. 3.13

Регистр таймера-счетчика (TCNTn), регистры порогов сравнения

(OCRnA/B/C), a также регистр захвата (ICRn) являются 16-разрядными

регистрами. В связи с этим, во время доступа к этим регистрам должна быть

соблюдена специальная процедура. Регистры управления таймером

Глава 3

130

(TCCRnA/B/C) являются 8-разр. регистрами, поэтому, доступ к ним со

стороны ЦПУ не связан с какими-либо ограничениями. Все сигналы запросов

на прерывание представлены в регистре флагов прерываний таймеров (TIFR)

и регистре флагов расширенных прерываний (ETIFR). Все прерывания

индивидуально маскируются регистром макси прерываний таймеров

(TIMSK) и регистром маски расширенных прерываний (ETIMSK). Регистры

(E)TIFR и (E)TIMSK не представлены

на функциональной схеме, т.к. они

совместно используются другими таймерами микроконтроллера.

Таймер-счетчик может тактироваться внутренне через предделитель или

внешне тактовым источником, подключенным к выводу Tn. Блок выбора

тактового источника позволяет выбрать тактовый источник и фронт, по

которому будет изменяться состояние таймера-счетчика. Если тактовый

источник не задан, то таймер-счетчик находится

в неактивном состоянии.

Сигнал на выходе блока выбора тактового источника является тактовым

сигналом таймера (clkTn).

Значение регистров порогов сравнения (OCRnA/B/C) непрерывно

сравнивается со значением счетчика. Результат сравнения может

использоваться для генерации прямоугольных импульсов с ШИМ или с

переменной частотой на выходах OCnA/B/C. В случае определения

совпадения значений сравниваемых регистров устанавливается

соответствующий флаг прерываний (OCFnA/B/C),

который в свою очередь

может служить источником прерывания.

Регистр захвата позволяет запомнить состояние таймера-счетчика при

возникновении заданного внешнего события (фронт внешнего сигнала) на

входе захвата фронта ICPn или на выводах аналогового компаратора. На

входе захвата фронта предусмотрена схема цифровой фильтрации

(подавитель шума) для снижения риска срабатывания схемы захвата от

помехи.

Верхний предел или максимальное значение таймера-счетчика в

зависимости от режима работы таймера могут определяться значением в

OCRnA, ICRn или иметь фиксированные значения. Если OCRnA задает