用示波器“看” arduino (4) ----Timer0

zoologist

Arduino 默认使用了 Timer0 【参考1】，在 \arduino-1.6.3\hardware\arduino\avr\cores\arduino\wiring.c 有

1. #if defined(__AVR_ATtiny24__) || defined(__AVR_ATtiny44__) || defined(__AVR_ATtiny84__)
   
2. ISR(TIM0_OVF_vect)
   
3. #else
   
4. ISR(TIMER0_OVF_vect)
   
5. #endif
   
6. {
   
7.         // copy these to local variables so they can be stored in registers
   
8.         // (volatile variables must be read from memory on every access)
   
9.         unsigned long m = timer0_millis;
   
10.         unsigned char f = timer0_fract;
    
11. 
    
12.         m += MILLIS_INC;
    
13.         f += FRACT_INC;
    
14.         if (f >= FRACT_MAX) {
    
15.                 f -= FRACT_MAX;
    
16.                 m += 1;
    
17.         }
    
18. 
    
19.         timer0_fract = f;
    
20.         timer0_millis = m;
    
21.         timer0_overflow_count++;
    
22. }

复制代码

简单的说，设置Timer0 1ms触发一次，然后其中的计数器会自动加1。同样的文件中还能看到millis( ) micros() 和delay() 函数都用到这个计数值。所以有如下结论：
1.        如果修改了Timer0的计时频率，这些函数都会受到影响
2.        如果你关闭了Timer0，那么这些函数都会失效
3.        如果你是编写中断服务，进入你的服务程序之后，关闭了中断，那么不可以使用这些函数

我们尝试修改这个文件，插入翻转pin的代码，可以看到，示波器上一直显示电平有变化

1. #if defined(__AVR_ATtiny24__) || defined(__AVR_ATtiny44__) || defined(__AVR_ATtiny84__)
   
2. ISR(TIM0_OVF_vect)
   
3. #else
   
4. ISR(TIMER0_OVF_vect)
   
5. #endif
   
6. {
   
7.         // copy these to local variables so they can be stored in registers
   
8.         // (volatile variables must be read from memory on every access)
   
9.         unsigned long m = timer0_millis;
   
10.         unsigned char f = timer0_fract;
    
11. 
    
12.         m += MILLIS_INC;
    
13.         f += FRACT_INC;
    
14.         if (f >= FRACT_MAX) {
    
15.                 f -= FRACT_MAX;
    
16.                 m += 1;
    
17.         }
    
18. 
    
19.         timer0_fract = f;
    
20.         timer0_millis = m;
    
21.         timer0_overflow_count++;
    
22.         //LABZ_Debug_Start
    
23.         digitalWrite(9,LOW);
    
24.         digitalWrite(9,HIGH);
    
25.         digitalWrite(9,LOW);       
    
26.         //LABZ_Debug_End
    
27. }
    

复制代码

验证的代码非常简单：

1. void setup() {
   
2.   // put your setup code here, to run once:
   
3.   pinMode(9,OUTPUT);
   
4. }
   
5. void loop() {
   
6. }

复制代码

运行结果


放大之后可以看出间隔在1ms左右


同样的程序我们在主程序中使用noInterrupts关掉中断，显示出来始终为低电平，因为Timer0也被关掉了。

1. void setup() {
   
2.   // put your setup code here, to run once:
   
3.   pinMode(9,OUTPUT);
   
4.   noInterrupts();
   
5. }
   
6. 
   
7. void loop() {
   
8.   // put your main code here, to run repeatedly:
   
9. 
   
10. }

复制代码

运行结果


当然，某些时候我们只需要关闭Timer0的中断，可以用屏蔽溢出中断的方法，设置TOIE0为0即可。

1. cbi (TIMSK0, TOIE0);
   
2. 
   
3. #define OutPin 8
   
4. #ifndef cbi
   
5. #define cbi(sfr, bit) (_SFR_BYTE(sfr) &= ~_BV(bit))
   
6. #endif
   
7. #ifndef sbi
   
8. #define sbi(sfr, bit) (_SFR_BYTE(sfr) |= _BV(bit))
   
9. #endif
   
10. 
    
11. void setup() {
    
12.   // put your setup code here, to run once:
    
13.   pinMode(OutPin,OUTPUT);
    
14.   digitalWrite(OutPin,LOW);
    
15.   cbi (TIMSK0, TOIE0);
    
16. }
    
17. 
    
18. void loop() {
    
19.   // put your main code here, to run repeatedly:
    
20.   
    
21. }

复制代码

和上图没差别。

直接关闭Timer0的source也能达到关闭TImer0的效果，设置CS00==CS01==CS02
bitWrite(TCCR0B, CS00, 0);
bitWrite(TCCR0B, CS01, 0);
bitWrite(TCCR0B, CS02, 0);

1. #define OutPin 9
   
2. 
   
3. void setup() {
   
4.   // put your setup code here, to run once:
   
5.   pinMode(OutPin,OUTPUT);
   
6.   digitalWrite(OutPin,LOW);
   
7. 
   
8. }
   
9. 
   
10. void loop() {
    
11.   delay(1000);
    
12.   bitWrite(TCCR0B, CS00, 0);
    
13.   bitWrite(TCCR0B, CS01, 0);
    
14.   bitWrite(TCCR0B, CS02, 0);  
    
15.   delayMicroseconds(10000);
    
16.   digitalWrite(OutPin,HIGH);   
    
17. }

复制代码

进入 loop函数之后 delay 1s 持续有中断产生，之后关闭了中断就出现一直为低的情况，接下来是10ms的delay，最后再拉高(这样只是为了让波形清晰可辩)。

  
特别注意：如果用delay替换delayMicroseconds，那么看到的波形将会是一直为低。读者可以思考一下原因。

参考：

1.        http://letsmakerobots.com/node/28278 Arduino 101: Timers and Interrupts

2.        \arduino-1.6.3\hardware\arduino\avr\cores\arduino\Arduino.h
#define interrupts() sei()
#define noInterrupts() cli()

3. https://arduinodiy.wordpress.com/2012/02/28/timer-interrupts/

Clock Select bit description
CS12        CS11        CS10        Description
0        0        0        No clock source (Timer/Counter stopped)
0        0        1        clki/o/1 (No prescaling)
0        1        0        clki/o/8 (From Prescaler)
0        1        1        clki/o/64 (From Prescaler)
1        0        0        clki/o/256 (From Prescaler)
1        0        1        clki/o/1024 (From Prescaler)
1        1        0        External clock source on T1 pin. Clock on falling edge
1        1        1        External clock source on T1 pin. Clock on rising edge

komoya

深度好文章