/***********************************************
****      AVR 定時器使用范例                   ***
****  	                                     ***
**** 作者：  HJJourAVR                        ***
**** 編譯器：WINAVR20050214                   ***
****                                         ***
****  	www.OurAVR.com	 2005.9.22           ***
***********************************************/
/*
本程序簡單的示范了如何使用ATMEGA16的定時器
	AVR定時器的要點介紹
	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
      
出于簡化程序考慮，各種數據沒有對外輸出，學習時建議使用JTAG ICE硬件仿真器
對于定時器，AVRstudio的軟件仿真是不準確的。
*/

#include <avr/io.h>
#include <avr/signal.h>
#include <avr/interrupt.h>
//時鐘定為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輸入捕捉事件的發生時刻
volatile unsigned char T2PWM;		//設置T2的PWM值
volatile unsigned char T0OCR;		//設置T0的時間值

//仿真時在watch窗口，監控這些變量。



void timer0_init(void) //CTC模式輸出1KHz/2KHz方波
{
 OCR0  = T0OCR;  //設定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;	//設定TOP值.時間5S(0.2Hz)
 //TOP=8000000/(1024*0.2)=39062.5
 OCR1B  = 15624;	//設定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,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輸入捕捉事件的發生時刻
}

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的時間值
	
}

void timer2_init(void)//相位修正PWM模式
{
 OCR2  = T2PWM;  //設定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DDRx=0x00,PORTx=0x00 輸入，無上拉電阻
    PORTA =0xFF;									//不用的管腳使能內部上拉電阻。
    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(作定時用)

    sei();											//使能全局中斷
    while (1)
    {
    	if (ICP_Time>15624)
    		PWM1A_ON();			//如果數值大于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,接到無源蜂鳴器上，能聽到不同頻率的聲音
     引腳OC1B輸出0.2Hz的40%占空比的PWM波，精度39061級(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，對應的LED亮度將會隨之變化)
     
     ICP由引腳ICP1上的按鍵觸發，ICP_Time將會記錄下時間發生的時刻(相對于T1定時器的本次計數開始時間)，
     如果數值大于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實驗板作本實驗，注意輸出電平和LED的關系。還有蜂鳴器的聲音較大，耳朵比較難受)
*/




/*
附錄 AVR定時器的要點介紹
 (大部分摘自 M16中文手冊，未能一一測試)

  M16的T1 16位定時器一共有15種工作模式，其他2個8位定時器(T0/T2)相對簡單，除了T2有異步工作模式用于RTC應用外
                       (可以利用溢出中斷和比較匹配中斷作定時功能)
  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，發生于TOP時
    1 采用內部計數時鐘     用于 ICP捕捉輸入場合---測量脈寬/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 采用外部計數脈沖輸入  用于 計數，測頻
    其他的應用，采用其他模式更為方便，不需要像51般費神
    
  2 CTC模式 [比較匹配時清零定時器模式] WGM1=4,12
  	跟51的自動重載模式差不多
  	1 用于輸出50%占空比的方波信號
  	2 用于產生準確的連續定時信號
  	WGM1=4時， 最大值由OCR1A設定，TOP時產生OCF1A比較匹配中斷
  	WGM1=12時，最大值由ICF1設定， TOP時產生ICF1輸入捕捉中斷
  	注:WGM=15時，也能實現從OC1A輸出方波，而且具備雙緩沖功能
  	計算公式： fOCn=fclk_IO/(2*N*(1+TOP))
     變量N 代表預分頻因子(1、8、32,64、256,1024)。  	
     
  3 快速PWM模式 WGM1=5,6,7,14,15 
    單斜波計數，用于輸出高頻率的PWM信號(比雙斜波的高一倍頻率)
    都有TOV1溢出中斷，發生于TOP時
    比較匹配后可以產生OCF1x比較匹配中斷.
   	WGM1=5時, 最大值為0x00FF， 8位分辨率
   	WGM1=6時, 最大值為0x01FF， 9位分辨率
   	WGM1=7時, 最大值為0x03FF，10位分辨率 
  	WGM1=14時,最大值由ICF1設定， TOP時產生ICF1輸入捕捉中斷 (單緩沖)
  	WGM1=15時,最大值由OCR1A設定，TOP時產生OCF1A比較匹配中斷(雙緩沖,但OC1A將沒有PWM能力，最多只能輸出方波)
  	改變TOP值時必須保證新的TOP值不小于所有比較寄存器的數值
    注意，即使OCR1A/B設為0x0000，也會輸出一個定時器時鐘周期的窄脈沖，而不是一直為低電平
    計算公式：fPWM=fclk_IO/(N*(1+TOP))

  4 相位修正PWM模式 WGM1=1,2,3,10,11 
    雙斜波計數，用于輸出高精度的，相位準確的，對稱的PWM信號
    都有TOV1溢出中斷，但發生在BOOTOM時
    比較匹配后可以產生OCF1x比較匹配中斷.
   	WGM1=1時, 最大值為0x00FF， 8位分辨率
   	WGM1=2時, 最大值為0x01FF， 9位分辨率
   	WGM1=3時, 最大值為0x03FF，10位分辨率 
  	WGM1=10時,最大值由ICF1設定， TOP時產生ICF1輸入捕捉中斷 (單緩沖)
  	WGM1=11時,最大值由OCR1A設定，TOP時產生OCF1A比較匹配中斷(雙緩沖,但OC1A將沒有PWM能力，最多只能輸出方波)
    改變TOP值時必須保證新的TOP值不小于所有比較寄存器的數值
    可以輸出0%~100%占空比的PWM信號
    若要在T/C 運行時改變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際沒有區別
    計算公式：fPWM=fclk_IO/(2*N*TOP)

  5 相位與頻率修正PWM模式 WGM1=8，9 
    雙斜波計數，用于輸出高精度的、相位與頻率都準確的PWM波形
    都有TOV1溢出中斷，但發生在BOOTOM時
    比較匹配后可以產生OCF1x比較匹配中斷.
  	WGM1=8時,最大值由ICF1設定， TOP時產生ICF1輸入捕捉中斷 (單緩沖)
  	WGM1=9時,最大值由OCR1A設定，TOP時產生OCF1A比較匹配中斷(雙緩沖,但OC1A將沒有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 模式的主要區別在于OCR1x 寄存器的更新時間
    改變TOP值時必須保證新的TOP值不小于所有比較寄存器的數值
    可以輸出0%~100%占空比的PWM信號
    使用固定TOP 值時最好使用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(通過改變TOP值)， OCR1A的雙緩沖特性使其更適合于這個應用。
    計算公式：fPWM=fclk_IO/(2*N*TOP)

T/C 的時鐘源
	T/C 的時鐘源可以有多種選擇，由CS12:0控制，分別用于高速(低分頻)/長時間(高分頻)/外部計數場合
	一個16位定時器，在8MHz系統時鐘驅動下，可以實現uS級的高速定時和長達8秒的超長定時，這可是標準51的弱點

	CS12 CS11 CS10 說明
  	  0    0    0  無時鐘源     (T/C 停止)
  	  0    0    1  clkIO/1    ( 無預分頻) 
  	  0    1    0  clkIO/8    ( 來自預分頻器)
  	  0    1    1  clkIO/64   ( 來自預分頻器)
  	  1    0    0  clkIO/256  ( 來自預分頻器) 
  	  1    0    1  clkIO/1024 ( 來自預分頻器)
  	  1    1    0  外部T1 引腳，下降沿驅動
  	  1    1    1  外部T1 引腳，上升沿驅動
  分頻器復位
    在高預分頻應用時，	通過復位預分頻器來同步T/C 與程序運行,可以減少誤差。
	但是必須注意另一個T/C是否也在使用這一預分頻器，因為預分頻器復位將會影響所有與其連接的T/C。
  
  外部時鐘源
	由于使用了引腳同步邏輯，建議外部時鐘的最高頻率不要大于fclk_IO/2.5。
	外部時鐘源不送入預分頻器
	選擇使用外部時鐘源后，即使T1引腳被定義為輸出，其T1引腳上的邏輯信號電平變化仍然會驅動T/C1 計數，這個特性允許用戶通過軟件來控制計數。
	
輸入捕捉單元
	T/C 的輸入捕捉單元可用來捕獲外部事件，并為其賦予時間標記以說明此時間的發生時刻。
	外部事件發生的觸發信號由引腳ICP1 輸入，也可通過模擬比較器單元來實現。
	時間標記可用來計算頻率、占空比及信號的其它特征，以及為事件創建日志。
	
	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)波形產生模式時,ICP1與輸入捕捉功能脫開，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程中改變TOP值
	
	當引腳ICP1 上的邏輯電平( 事件) 發生了變化，或模擬比較器輸出ACO 電平發生了變化，并且這個電平變化為邊沿檢測器所證實，輸入捕捉即被激發：
	16位的TCNT1 數據被拷貝到輸入捕捉寄存器ICR1，同時輸入捕捉標志位ICF1 置位。
	如果此時ICIE1 = 1，輸入捕捉標志將產生輸入捕捉中斷。
	中斷執行時ICF1 自動清零，或者也可通過軟件在其對應的I/O 位置寫入邏輯"1” 清零。
	
	注意，改變觸發源有可能造成一次輸入捕捉。因此在改變觸發源后必須對輸入捕捉標志執行一次清零操作以避免出現錯誤的結果
	
	除去使用ICR1定義TOP的波形產生模式外， T/C中的噪聲抑制器與邊沿檢測器總是使能的。
	(其實就是永遠使能??)
	使能噪聲抑制器后，在邊沿檢測器前會加入額外的邏輯電路并引入4個系統時鐘周期的延遲.
	噪聲抑制器使用的是系統時鐘，因而不受預分頻器的影響
	
	使用輸入捕捉中斷時，中斷程序應盡可能早的讀取ICR1 寄存器
	如果處理器在下一次事件出現之前沒有讀取ICR1 的數據， ICR1 就會被新值覆蓋，從而無法得到正確的捕捉結果。
	
	測量外部信號的占空比時要求每次捕捉后都要改變觸發沿。
	因此讀取ICR1 后必須盡快改變敏感的信號邊沿。改變邊沿后，ICF1 必須由軟件清零( 在對應的I/O 位置寫"1”)。
	若僅需測量頻率，且使用了中斷發生，則不需對ICF1 進行軟件清零。
	
輸出比較單元
	16位比較器持續比較TCNT1與OCR1x的內容，一旦發現它們相等，比較器立即產生一個匹配信號。
	然后OCF1x 在下一個定時器時鐘置位。
	如果此時OCIE1x = 1， OCF1x 置位將引發輸出比較中斷。
	(就是說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)
	
	輸出比較單元A(OCR1A) 的一個特質是定義T/C 的TOP 值( 即計數器的分辨率)。
	TOP 值還用來定義通過波形發生器產生的波形的周期。
	
	由于在任意模式下寫TCNT1 都將在下一個定時器時鐘周期里阻止比較匹配，在使用輸出比較時改變TCNT1就會有風險，不管T/C是否在運行
	這個特性可以用來將OCR1x初始化為與TCNT1 相同的數值而不觸發中斷。

  強制輸出比較（FOC）
	工作于非PWM 模式時，可以通過對強制輸出比較位FOC1x 寫”1” 的方式來產生比較匹配。
	強制比較匹配不會置位 OCF1x 標志，也不會重載/ 清零定時器，
	但是OC1x 引腳將被更新，好象真的發生了比較匹配一樣(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 波形發生器利用COM1x1:0 來確定下一次比較匹配發生時的輸出比較OC1x 狀態；
	2 COM1x1:0 還控制OC1x 引腳輸出的來源。
	只要COM1x1:0 不全為零，波形發生器的輸出比較功能就會重載OC1x 的通用I/O 口功能。
	但是OC1x 引腳的方向仍舊受控于數據方向寄存器 (DDR)。
	從OC1x 引腳輸出有效信號之前必須通過數據方向寄存器的DDR_OC1x 將此引腳設置為輸出。
	
	波形發生器利用COM1x1:0 的方法在普通模式、CTC 模式和PWM 模式下有所區別。
	對于所有的模式，設置COM1x1:0=0 表明比較匹配發生時波形發生器不會操作OC1x寄存器

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