/***********************************************
****      AVR 定時(shí)器使用范例                   ***
****  	                                     ***
**** 作者：  HJJourAVR                        ***
**** 編譯器：WINAVR20050214                   ***
****                                         ***
****  	www.OurAVR.com	 2005.9.22           ***
***********************************************/
/*
本程序簡(jiǎn)單的示范了如何使用ATMEGA16的定時(shí)器
	AVR定時(shí)器的要點(diǎn)介紹
	T0工作于CTC模式，輸出1KHz/2KHz 50%占空比的方波
	T1工作于快速PWM模式兼輸入捕捉
	T2工作于相位修正PWM模式，輸出490Hz的8bit PWM波
      
出于簡(jiǎn)化程序考慮，各種數(shù)據(jù)沒(méi)有對(duì)外輸出，學(xué)習(xí)時(shí)建議使用JTAG ICE硬件仿真器
對(duì)于定時(shí)器，AVRstudio的軟件仿真是不準(zhǔn)確的。
*/

#include <avr/io.h>
#include <avr/signal.h>
#include <avr/interrupt.h>
//時(shí)鐘定為8MHz,F_CPU=8000000

//管腳定義
#define ICPKEY			6 	//ICP1  PD6 按鍵模擬ICP輸入
#define PWM0			3 	//OC0   PB3
#define PWM1A			5 	//OC1A  PD5
#define PWM1B			4 	//OC1B  PD4
#define PWM2			7 	//OC2   PD7

//宏定義
#define PWM1A_ON()		PORTD|= (1<<PWM1A)  //輸出高電平，燈亮
#define PWM1A_OFF()		PORTD&=~(1<<PWM1A)	//輸出低電平，燈滅



//全局變量
volatile unsigned int ICP_Time;		//記錄ICP輸入捕捉事件的發(fā)生時(shí)刻
volatile unsigned char T2PWM;		//設(shè)置T2的PWM值
volatile unsigned char T0OCR;		//設(shè)置T0的時(shí)間值

//仿真時(shí)在watch窗口，監(jiān)控這些變量。



void timer0_init(void) //CTC模式輸出1KHz/2KHz方波
{
 OCR0  = T0OCR;  //設(shè)定TOP值
 //TOP=8000000/(2*64*1000)-1=61.5  選61  1.008KHz(0.992mS)
 //TOP=8000000/(2*64*2000)-1=30.25 選30  2.016KHz(0.496ms)
 TCCR0 = (1<<WGM01)|(0<<WGM00)|(0<<COM01)|(1<<COM00)|(0<<CS02)|(1<<CS01)|(1<<CS00);
 //64分頻，CTC模式,OC0取反輸出方波
}

void timer1_init(void)
{

 OCR1A  = 39062;	//設(shè)定TOP值.時(shí)間5S(0.2Hz)
 //TOP=8000000/(1024*0.2)=39062.5
 OCR1B  = 15624;	//設(shè)定OC1B的PWM值 約2秒鐘 40%
 TCCR1A = (1<<COM1B1)|(0<<COM1B0)|(1<<WGM11)|(1<<WGM10);          		
 TCCR1B = (0<<ICES1)|(1<<WGM13)|(1<<WGM12)|(1<<CS12)|(0<<CS11)|(1<<CS10);
 //1024分頻,WGM1=15 快速PWM模式,TOP=OCRnA,ICP下降沿觸發(fā),OC1B正向PWM輸出,OC1A為普通IO
}

SIGNAL(SIG_INPUT_CAPTURE1) //輸入捕捉中斷
{
   ICP_Time=ICR1;  //讀取ICP輸入捕捉事件的發(fā)生時(shí)刻
}

SIGNAL(SIG_OUTPUT_COMPARE1A)//T1輸出比較A匹配中斷
{
	
	//在WGM1=15 快速PWM模式下，TOP=39062等同于5S左右的定時(shí)中斷
	T2PWM+=10;
	OCR2=T2PWM;			//修改T2的PWM值
	if (T0OCR==61)
		T0OCR=30;		//改成1KHz
	else 
	    T0OCR=61;		//改成2KHz
	OCR0=T0OCR;			//修改T0的時(shí)間值
	
}

void timer2_init(void)//相位修正PWM模式
{
 OCR2  = T2PWM;  //設(shè)定PWM值(最大值固定為255，8bit)
 TCCR2 = (0<<WGM21)|(1<<WGM20)|(1<<COM21)|(0<<COM20)|(0<<CS22)|(1<<CS21)|(1<<CS20);
 //32分頻，相位修正PWM模式，PWM頻率為490Hz,OC2正向PWM輸出
 //fPWM=fclk_IO/(2*N*TOP)=8000000/(2*32*255)=490Hz
}


int main(void)
{

    //上電默認(rèn)DDRx=0x00,PORTx=0x00 輸入，無(wú)上拉電阻
    PORTA =0xFF;									//不用的管腳使能內(nèi)部上拉電阻。
    PORTC =0xFF;
    PORTB =~ (1<<PWM0);								//低電平，燈滅
    DDRB  =  (1<<PWM0);								//輸出
    PORTD =~((1<<PWM1A)|(1<<PWM1B)|(1<<PWM2));		//低電平，燈滅
    DDRD  =  (1<<PWM1A)|(1<<PWM1B)|(1<<PWM2);		//輸出
    
    
    T2PWM=0x80;
    T0OCR=30;
    ICP_Time=0x0000;
    
	timer0_init();
	timer1_init();
	timer2_init();

	TIMSK = (1<<TICIE1)|(1<<OCIE1A); 				//使能T1輸入捕捉中斷，T1輸出比較A匹配中斷(作定時(shí)用)

    sei();											//使能全局中斷
    while (1)
    {
    	if (ICP_Time>15624)
    		PWM1A_ON();			//如果數(shù)值大于15624(約2秒)，OC1A輸出高電平
    	else 
    		PWM1A_OFF();		//否則輸出低電平
    }
}

/*
程序運(yùn)行效果
     引腳OC0（每5秒鐘切換）交替輸出1KHz和2KHz的50%占空比方波,接到無(wú)源蜂鳴器上，能聽(tīng)到不同頻率的聲音
     引腳OC1B輸出0.2Hz的40%占空比的PWM波，精度39061級(jí)(略大于15bit)
     引腳OC2輸出490Hz的PWM波，精度8bit，每5秒鐘PWM值增大10級(jí)，對(duì)應(yīng)的LED亮度將會(huì)隨之變化)
     
     ICP由引腳ICP1上的按鍵觸發(fā)，ICP_Time將會(huì)記錄下時(shí)間發(fā)生的時(shí)刻(相對(duì)于T1定時(shí)器的本次計(jì)數(shù)開(kāi)始時(shí)間)，
     如果數(shù)值大于15624(約2秒)，OC1A輸出高電平，否則輸出低電平(剛好跟OC1B反相)

     如果使用AVR-51實(shí)驗(yàn)板作本實(shí)驗(yàn)，注意輸出電平和LED的關(guān)系。還有蜂鳴器的聲音較大，耳朵比較難受)
*/




/*
附錄 AVR定時(shí)器的要點(diǎn)介紹
 (大部分摘自 M16中文手冊(cè)，未能一一測(cè)試)

  M16的T1 16位定時(shí)器一共有15種工作模式，其他2個(gè)8位定時(shí)器(T0/T2)相對(duì)簡(jiǎn)單，除了T2有異步工作模式用于RTC應(yīng)用外
                       (可以利用溢出中斷和比較匹配中斷作定時(shí)功能)
  分5種工作類型
  1  普通模式 WGM1=0
    跟51的普通模式差不多，有TOV1溢出中斷，發(fā)生于TOP時(shí)
    1 采用內(nèi)部計(jì)數(shù)時(shí)鐘     用于 ICP捕捉輸入場(chǎng)合---測(cè)量脈寬/紅外解碼
        (捕捉輸入功能可以工作在多種模式下，而不單單只是普通模式)
    2 采用外部計(jì)數(shù)脈沖輸入  用于 計(jì)數(shù)，測(cè)頻
    其他的應(yīng)用，采用其他模式更為方便，不需要像51般費(fèi)神
    
  2 CTC模式 [比較匹配時(shí)清零定時(shí)器模式] WGM1=4,12
  	跟51的自動(dòng)重載模式差不多
  	1 用于輸出50%占空比的方波信號(hào)
  	2 用于產(chǎn)生準(zhǔn)確的連續(xù)定時(shí)信號(hào)
  	WGM1=4時(shí)， 最大值由OCR1A設(shè)定，TOP時(shí)產(chǎn)生OCF1A比較匹配中斷
  	WGM1=12時(shí)，最大值由ICF1設(shè)定， TOP時(shí)產(chǎn)生ICF1輸入捕捉中斷
  	注:WGM=15時(shí)，也能實(shí)現(xiàn)從OC1A輸出方波，而且具備雙緩沖功能
  	計(jì)算公式： fOCn=fclk_IO/(2*N*(1+TOP))
     變量N 代表預(yù)分頻因子(1、8、32,64、256,1024)。  	
     
  3 快速PWM模式 WGM1=5,6,7,14,15 
    單斜波計(jì)數(shù)，用于輸出高頻率的PWM信號(hào)(比雙斜波的高一倍頻率)
    都有TOV1溢出中斷，發(fā)生于TOP時(shí)
    比較匹配后可以產(chǎn)生OCF1x比較匹配中斷.
   	WGM1=5時(shí), 最大值為0x00FF， 8位分辨率
   	WGM1=6時(shí), 最大值為0x01FF， 9位分辨率
   	WGM1=7時(shí), 最大值為0x03FF，10位分辨率 
  	WGM1=14時(shí),最大值由ICF1設(shè)定， TOP時(shí)產(chǎn)生ICF1輸入捕捉中斷 (單緩沖)
  	WGM1=15時(shí),最大值由OCR1A設(shè)定，TOP時(shí)產(chǎn)生OCF1A比較匹配中斷(雙緩沖,但OC1A將沒(méi)有PWM能力，最多只能輸出方波)
  	改變TOP值時(shí)必須保證新的TOP值不小于所有比較寄存器的數(shù)值
    注意，即使OCR1A/B設(shè)為0x0000，也會(huì)輸出一個(gè)定時(shí)器時(shí)鐘周期的窄脈沖，而不是一直為低電平
    計(jì)算公式：fPWM=fclk_IO/(N*(1+TOP))

  4 相位修正PWM模式 WGM1=1,2,3,10,11 
    雙斜波計(jì)數(shù)，用于輸出高精度的，相位準(zhǔn)確的，對(duì)稱的PWM信號(hào)
    都有TOV1溢出中斷，但發(fā)生在BOOTOM時(shí)
    比較匹配后可以產(chǎn)生OCF1x比較匹配中斷.
   	WGM1=1時(shí), 最大值為0x00FF， 8位分辨率
   	WGM1=2時(shí), 最大值為0x01FF， 9位分辨率
   	WGM1=3時(shí), 最大值為0x03FF，10位分辨率 
  	WGM1=10時(shí),最大值由ICF1設(shè)定， TOP時(shí)產(chǎn)生ICF1輸入捕捉中斷 (單緩沖)
  	WGM1=11時(shí),最大值由OCR1A設(shè)定，TOP時(shí)產(chǎn)生OCF1A比較匹配中斷(雙緩沖,但OC1A將沒(méi)有PWM能力，最多只能輸出方波)
    改變TOP值時(shí)必須保證新的TOP值不小于所有比較寄存器的數(shù)值
    可以輸出0%~100%占空比的PWM信號(hào)
    若要在T/C 運(yùn)行時(shí)改變TOP 值，最好用相位與頻率修正模式代替相位修正模式。若TOP保持不變，那么這兩種工作模式實(shí)際沒(méi)有區(qū)別
    計(jì)算公式：fPWM=fclk_IO/(2*N*TOP)

  5 相位與頻率修正PWM模式 WGM1=8，9 
    雙斜波計(jì)數(shù)，用于輸出高精度的、相位與頻率都準(zhǔn)確的PWM波形
    都有TOV1溢出中斷，但發(fā)生在BOOTOM時(shí)
    比較匹配后可以產(chǎn)生OCF1x比較匹配中斷.
  	WGM1=8時(shí),最大值由ICF1設(shè)定， TOP時(shí)產(chǎn)生ICF1輸入捕捉中斷 (單緩沖)
  	WGM1=9時(shí),最大值由OCR1A設(shè)定，TOP時(shí)產(chǎn)生OCF1A比較匹配中斷(雙緩沖,但OC1A將沒(méi)有PWM能力，最多只能輸出方波)
    相頻修正修正PWM 模式與相位修正PWM 模式的主要區(qū)別在于OCR1x 寄存器的更新時(shí)間
    改變TOP值時(shí)必須保證新的TOP值不小于所有比較寄存器的數(shù)值
    可以輸出0%~100%占空比的PWM信號(hào)
    使用固定TOP 值時(shí)最好使用ICR1 寄存器定義TOP。這樣OCR1A 就可以用于在OC1A輸出PWM 波。
    但是，如果PWM 基頻不斷變化(通過(guò)改變TOP值)， OCR1A的雙緩沖特性使其更適合于這個(gè)應(yīng)用。
    計(jì)算公式：fPWM=fclk_IO/(2*N*TOP)

T/C 的時(shí)鐘源
	T/C 的時(shí)鐘源可以有多種選擇，由CS12:0控制，分別用于高速(低分頻)/長(zhǎng)時(shí)間(高分頻)/外部計(jì)數(shù)場(chǎng)合
	一個(gè)16位定時(shí)器，在8MHz系統(tǒng)時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)下，可以實(shí)現(xiàn)uS級(jí)的高速定時(shí)和長(zhǎng)達(dá)8秒的超長(zhǎng)定時(shí)，這可是標(biāo)準(zhǔn)51的弱點(diǎn)

	CS12 CS11 CS10 說(shuō)明
  	  0    0    0  無(wú)時(shí)鐘源     (T/C 停止)
  	  0    0    1  clkIO/1    ( 無(wú)預(yù)分頻) 
  	  0    1    0  clkIO/8    ( 來(lái)自預(yù)分頻器)
  	  0    1    1  clkIO/64   ( 來(lái)自預(yù)分頻器)
  	  1    0    0  clkIO/256  ( 來(lái)自預(yù)分頻器) 
  	  1    0    1  clkIO/1024 ( 來(lái)自預(yù)分頻器)
  	  1    1    0  外部T1 引腳，下降沿驅(qū)動(dòng)
  	  1    1    1  外部T1 引腳，上升沿驅(qū)動(dòng)
  分頻器復(fù)位
    在高預(yù)分頻應(yīng)用時(shí)，	通過(guò)復(fù)位預(yù)分頻器來(lái)同步T/C 與程序運(yùn)行,可以減少誤差。
	但是必須注意另一個(gè)T/C是否也在使用這一預(yù)分頻器，因?yàn)轭A(yù)分頻器復(fù)位將會(huì)影響所有與其連接的T/C。
  
  外部時(shí)鐘源
	由于使用了引腳同步邏輯，建議外部時(shí)鐘的最高頻率不要大于fclk_IO/2.5。
	外部時(shí)鐘源不送入預(yù)分頻器
	選擇使用外部時(shí)鐘源后，即使T1引腳被定義為輸出，其T1引腳上的邏輯信號(hào)電平變化仍然會(huì)驅(qū)動(dòng)T/C1 計(jì)數(shù)，這個(gè)特性允許用戶通過(guò)軟件來(lái)控制計(jì)數(shù)。
	
輸入捕捉單元
	T/C 的輸入捕捉單元可用來(lái)捕獲外部事件，并為其賦予時(shí)間標(biāo)記以說(shuō)明此時(shí)間的發(fā)生時(shí)刻。
	外部事件發(fā)生的觸發(fā)信號(hào)由引腳ICP1 輸入，也可通過(guò)模擬比較器單元來(lái)實(shí)現(xiàn)。
	時(shí)間標(biāo)記可用來(lái)計(jì)算頻率、占空比及信號(hào)的其它特征，以及為事件創(chuàng)建日志。
	
	輸入捕捉單元可以工作在多種工作模式下
	(使用ICR1定義TOP的(WGM1=12，14，10，8)波形產(chǎn)生模式時(shí),ICP1與輸入捕捉功能脫開(kāi)，從而輸入捕捉功能被禁用。)
	在任何輸入捕捉工作模式下都不推薦在操作過(guò)程中改變TOP值
	
	當(dāng)引腳ICP1 上的邏輯電平( 事件) 發(fā)生了變化，或模擬比較器輸出ACO 電平發(fā)生了變化，并且這個(gè)電平變化為邊沿檢測(cè)器所證實(shí)，輸入捕捉即被激發(fā)：
	16位的TCNT1 數(shù)據(jù)被拷貝到輸入捕捉寄存器ICR1，同時(shí)輸入捕捉標(biāo)志位ICF1 置位。
	如果此時(shí)ICIE1 = 1，輸入捕捉標(biāo)志將產(chǎn)生輸入捕捉中斷。
	中斷執(zhí)行時(shí)ICF1 自動(dòng)清零，或者也可通過(guò)軟件在其對(duì)應(yīng)的I/O 位置寫入邏輯"1” 清零。
	
	注意，改變觸發(fā)源有可能造成一次輸入捕捉。因此在改變觸發(fā)源后必須對(duì)輸入捕捉標(biāo)志執(zhí)行一次清零操作以避免出現(xiàn)錯(cuò)誤的結(jié)果
	
	除去使用ICR1定義TOP的波形產(chǎn)生模式外， T/C中的噪聲抑制器與邊沿檢測(cè)器總是使能的。
	(其實(shí)就是永遠(yuǎn)使能??)
	使能噪聲抑制器后，在邊沿檢測(cè)器前會(huì)加入額外的邏輯電路并引入4個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期的延遲.
	噪聲抑制器使用的是系統(tǒng)時(shí)鐘，因而不受預(yù)分頻器的影響
	
	使用輸入捕捉中斷時(shí)，中斷程序應(yīng)盡可能早的讀取ICR1 寄存器
	如果處理器在下一次事件出現(xiàn)之前沒(méi)有讀取ICR1 的數(shù)據(jù)， ICR1 就會(huì)被新值覆蓋，從而無(wú)法得到正確的捕捉結(jié)果。
	
	測(cè)量外部信號(hào)的占空比時(shí)要求每次捕捉后都要改變觸發(fā)沿。
	因此讀取ICR1 后必須盡快改變敏感的信號(hào)邊沿。改變邊沿后，ICF1 必須由軟件清零( 在對(duì)應(yīng)的I/O 位置寫"1”)。
	若僅需測(cè)量頻率，且使用了中斷發(fā)生，則不需對(duì)ICF1 進(jìn)行軟件清零。
	
輸出比較單元
	16位比較器持續(xù)比較TCNT1與OCR1x的內(nèi)容，一旦發(fā)現(xiàn)它們相等，比較器立即產(chǎn)生一個(gè)匹配信號(hào)。
	然后OCF1x 在下一個(gè)定時(shí)器時(shí)鐘置位。
	如果此時(shí)OCIE1x = 1， OCF1x 置位將引發(fā)輸出比較中斷。
	(就是說(shuō)輸出比較可以工作在所有工作模式下，但PWM模式下更好用，功能更強(qiáng))
	
	輸出比較單元A(OCR1A) 的一個(gè)特質(zhì)是定義T/C 的TOP 值( 即計(jì)數(shù)器的分辨率)。
	TOP 值還用來(lái)定義通過(guò)波形發(fā)生器產(chǎn)生的波形的周期。
	
	由于在任意模式下寫TCNT1 都將在下一個(gè)定時(shí)器時(shí)鐘周期里阻止比較匹配，在使用輸出比較時(shí)改變TCNT1就會(huì)有風(fēng)險(xiǎn)，不管T/C是否在運(yùn)行
	這個(gè)特性可以用來(lái)將OCR1x初始化為與TCNT1 相同的數(shù)值而不觸發(fā)中斷。

  強(qiáng)制輸出比較（FOC）
	工作于非PWM 模式時(shí)，可以通過(guò)對(duì)強(qiáng)制輸出比較位FOC1x 寫”1” 的方式來(lái)產(chǎn)生比較匹配。
	強(qiáng)制比較匹配不會(huì)置位 OCF1x 標(biāo)志，也不會(huì)重載/ 清零定時(shí)器，
	但是OC1x 引腳將被更新，好象真的發(fā)生了比較匹配一樣(COMx1:0 決定OC1x 是置位、清零，還是交替變化)。
	
比較匹配輸出單元
	比較匹配模式控制位COM1x1:0 具有雙重功能。
	1 波形發(fā)生器利用COM1x1:0 來(lái)確定下一次比較匹配發(fā)生時(shí)的輸出比較OC1x 狀態(tài)；
	2 COM1x1:0 還控制OC1x 引腳輸出的來(lái)源。
	只要COM1x1:0 不全為零，波形發(fā)生器的輸出比較功能就會(huì)重載OC1x 的通用I/O 口功能。
	但是OC1x 引腳的方向仍舊受控于數(shù)據(jù)方向寄存器 (DDR)。
	從OC1x 引腳輸出有效信號(hào)之前必須通過(guò)數(shù)據(jù)方向寄存器的DDR_OC1x 將此引腳設(shè)置為輸出。
	
	波形發(fā)生器利用COM1x1:0 的方法在普通模式、CTC 模式和PWM 模式下有所區(qū)別。
	對(duì)于所有的模式，設(shè)置COM1x1:0=0 表明比較匹配發(fā)生時(shí)波形發(fā)生器不會(huì)操作OC1x寄存器

訪問(wèn)16位寄存器
	寫16 位寄存器時(shí)，應(yīng)先寫入該寄存器的高位字節(jié).
		usigned int k;
		k=0x1234;
		TCNT1H=(unsigned char)(k>>8);
		TCNT1L=(unsigned char) k;
	而讀16 位寄存器時(shí)應(yīng)先讀取該寄存器的低位字節(jié).
		usigned int k;
	    k=TCNT1L;
	    k+=(unsigned int)(TCNT1H<<8)；
	使用“C” 語(yǔ)言時(shí)，編譯器會(huì)自動(dòng)處理16位操作.
		usigned int k;
		k=0x1234;
		TCNT=k;
		k=TCNT1;
*/