arduino 定時器與定時中斷的使用

一、Arduino定時器簡介

Arduino UNO有三個定時器，分別是timer0，timer1和timer2。每個定時器都有一個計數器，在計時器的每個時鐘週期遞增。當計數器達到存儲在比較匹配寄存器中指定值時觸發CTC定時器中斷。一旦定時器計數器達到該值，它將在定時器時鐘的下一個定時器上清零（復位爲零），然後它將繼續再次計數到比較匹配值。通過選擇比較匹配值並設置定時器遞增計數器的速度，你可以控制定時器中斷的頻率。

下面引出定時器各個寄存器的配置關係。

二、定時器基本概念

1、預分頻係數與比較匹配器

Arduino時鐘以16MHz運行。計數器的一個刻度值表示1 / 16,000,000秒（~63ns），跑完1s需要計數值16,000,000。

1、Timer0和timer2是8位定時器，可以存儲最大計數器值255。

2、Timer1是一個16位定時器，可以存儲最大計數器值65535。

一旦計數器達到其最大值，它將回到零（這稱爲溢出）。因此，需要對時鐘頻率進行分頻處理，即預分頻器。通過預分頻器控制定時計數器的增量速度。預分頻器與定時器的計數速度如下：

定時器速度(HZ) = Arduino時鐘速度(16MHz) / 預分頻器係數

因此，1預分頻器將以16MHz遞增計數器，8預分頻器將在2MHz遞增，64預分頻器= 250kHz，依此類推。

三個定時器的預分頻係數配置如表：

我將在下一步中解釋CS12，CS11和CS10的含義。

現在您可以用以下步驟計算中斷頻率。以下公式：

中斷頻率（Hz）=（Arduino時鐘速度16MHz）/（預分頻器*（比較匹配寄存器+ 1）)

重新排列上面的等式，給出你想要的中斷頻率，你可以求解比較匹配寄存器值：

比較匹配寄存器= [16,000,000Hz /(預分頻器*所需的中斷頻率)] - 1

記住，當你使用定時器0和2時，這個數字必須小於256，對於timer1小於65536。

所以如果你想每秒一次中斷（頻率爲1Hz）：

比較匹配寄存器= [16,000,000 /(預分頻器 * 1)] -1

預分頻器爲1024，你得到：

比較匹配寄存器= [16,000,000 /（1024 * 1）] -1 = 15,624

因爲256 <15,624 <65,536，你必須使用timer1來實現這個中斷。

定時器0：
Timer0是一個8位定時器。
在Arduino世界中，timer0用於定時器功能，如delay（），millis（）和micros（）。如果更改timer0寄存器，這可能會影響Arduino定時器功能。 所以你應該知道你在做什麼。

定時器1：
Timer1是一個16位定時器。
在Arduino世界中，Servo庫492在Arduino Uno上使用timer1（Arduino Mega上的timer5）。

定時器2：
Timer2是一個8bit定時器，如timer0。
在Arduino工作中，tone（）函數使用timer2。

Timer3，Timer4，Timer5：
定時器3,4,5僅適用於Arduino Mega主板。 這些定時器都是16位定時器。

三、定時器配置代碼

  int toggle0,toggle1,toggle2;
  void setup(){

  cli();////關閉全局中斷

  //設置定時器0爲10kHz(100us)
  TCCR0A = 0;//將整個TCCR0A寄存器設置爲0
  TCCR0B = 0;//將整個TCCR0B寄存器設置爲0
  TCNT0  = 0;//將計數器值初始化爲0
  //設置計數器爲10kHZ，即100us
  OCR0A = 24;//比較匹配寄存器= [16,000,000Hz /（預分頻器*所需中斷頻率）] - 1
             //比較匹配寄存器=24,中斷間隔=100us即中斷頻率10khz
  TCCR0A |= (1 << WGM01);//打開CTC模式
  TCCR0B |= (1 << CS01) | (1 << CS00); //設置CS01位爲1，CS00位爲1(64倍預分頻)   
  TIMSK0 |= (1 << OCIE0A);//啓用定時器比較中斷
  

  //設置定時器1爲1kHz
  TCCR1A = 0;//將整個TCCR1A寄存器設置爲0
  TCCR1B = 0;//將整個TCCR1B寄存器設置爲0
  TCNT1  = 0;//將計數器值初始化爲0
  //設置計數器爲1kHZ，即1ms
  OCR1A = 1999;// = (16*10^6)/(1000*8) - 1 (must be <65536)
  TCCR1B |= (1 << WGM12);//打開CTC模式
  TCCR1B |= (1 << CS11);//設置CS11位爲1(8倍預分頻)
  TIMSK1 |= (1 << OCIE1A);

  //設置定時器2爲8kHz
  TCCR2A = 0;// set entire TCCR2A register to 0
  TCCR2B = 0;// same for TCCR2B
  TCNT2  = 0;//initialize counter value to 0
  // set compare match register for 8khz increments
  OCR2A = 249;// = (16*10^6) / (8000*8) - 1 (must be <256)
  // turn on CTC mode
  TCCR2A |= (1 << WGM21);//打開CTC模式
  // Set CS21 bit for 8 prescaler
  TCCR2B |= (1 << CS21);   
  // enable timer compare interrupt
  TIMSK2 |= (1 << OCIE2A);

  sei();//打開全局中斷

}

//中斷0服務函數
ISR（TIMER0_COMPA_vect）{
//產生頻率爲10kHz / 2 = 5kHz的脈衝波
  if（toggle0）{
    digitalWrite（8，HIGH）;
    toggle0 = 0;
  }
  else{
    digitalWrite（8，LOW）;
    toggle0 = 1;
  }
}

ISR（TIMER1_COMPA_vect）{// timer1中斷2Hz切換引腳13（LED）
//產生頻率爲2Hz / 2 = 1Hz的脈衝波
  if(toggle1>=500)
    digitalWrite(13,HIGH);
  if(toggle1<=500)
    digitalWrite(13,LOW);
  toggle1 += 1;
  if(toggle1 >= 1000)
    toggle1 = 0;
}
  
ISR（TIMER2_COMPA_vect）{// timer1中斷8kHz切換引腳9
//產生頻率爲8kHz / 2 = 4kHz的脈衝波
  if（toggle2）{
    digitalWrite（9，HIGH）;
    toggle2 = 0;
  }
  else{
    digitalWrite（9，LOW）;
    toggle2 = 1;
  }
}


void loop（）{
  
}