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AVR progra programa mació ción n en C – 09 Timer/Co Timer/Cou unter0 nter0 del ATmega Tmega16 16 – Parte Parte 1 (Modo (Modo Norma Normal) l) | Vida ida Embe Embebida bida

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AVR programación en C – 09 Timer/Counter0 del ATmega16 ATmega16 – Parte 1 (Modo Normal) Posted by alfreedom on August August 17, 2014 Posted in: ATmega16, AVR, C, Tutoriales. Tagged: atmega, ATmega16, ATmega32, avr, C, progamacion, progamacion, timer timer , timer/counte timer/counter0, tim timer0, tu tutorial. 7 Comments Comments

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AVR programación en C – 09 Timer/Counter0 del ATmega16 – Parte 1 (Modo Normal) | Vida Embebida

Los timers o temporizadores son características estándar de casi todos los microcontroladores, así que es muy importante aprender su uso. Los microcontrolador AVR tiene temporizadores muy poderosos y multifuncionales, pueden medir tiempo, generar frecuencias, contar eventos externos, hacer comparaciones, sincronizar tareas, generar una onda PWM, etc. El tema de los timers es un tanto complicado y extenso, en esta serie de post se trata de dar una breve explicación del funcionamiento y programación del timer0 en el ATmega16.

El timer0 del ATmega16 es un contador/temporizador de 8 bits (puede contar hasta 255) síncrono, es decir, que depende del reloj del CPU (sólo su reloj, no el CPU) para funcionar, es un módulo independiente del núcleo del AVR lo que reduce la carga del micro. Cada timer tiene asociado un reloj que fija el paso que debe marcar y una o más unidades compradoras. El reloj del timer0 es derivado del reloj del CPU y puede tener dos fuentes distintas: si se usa la fuente de reloj interna del CPU, el reloj del CPU pasa primero por un divisor de frecuencia (prescaler) y la salida de este divisor va al timer, si se usa una fuente de reloj externa por el pin T0, primero será sincronizada con el reloj interno antes de pasar al prescaler. Los valores de división (prescaler) ya están establecidos para cada timer, en el caso del timer0 la frecuencia del CPU puede ser dividida por un factor de 1, 8, 64, 256 o 1024, generando así la frecuencia de conteo. Por cada unidad comparadora existe un pin asociado a ella, normalmente marcado como OCx (Output Compare x) que es donde se puede generar una frecuencia de salida por la unidad comparadora del timer. El timer0 tiene 4 modos de funcionamiento que se pueden configurar programando sus registros asociados: Modo Normal: El timer cuenta desde 0 a 255 y se desborda reiniciando la cuenta. Puede generar interrupción al desbordarse o cuando la comparación del conteo concuerde con un valor determinado. Modo CTC: En este modo el timer0 es reiniciado a 0 cuando una comparación entre el timer y un valor determinado coincide. Opcional mente puede configurarse para que al haber una coincidencia genera una interrupción o cambie el estado de un pin. Modo Fast PWM: Este modo permite generar una onda PWM de alta frecuencia. El timer cuenta desde 0 a 255 y reinicia la cuenta. Con cada cuenta el valor del timer0 se compara con un valor determinado que cuando coinciden cambia el estado de uno de los pines de salida PWM, y cuando se reinicia el timer este pin vuelve a cambiar su estado. Modo Phase Correct PWM: Este modo ofrece una onda PWM de alta resolución, a diferencia del modo Fast PWM, el timer cuenta hacia adelante y hacia atrás antes de hacer el cambio de estado del pin PWM, es decir cuenta de 0 a 255 al llegar a 255 cuenta de 255 a 0, obteniendo una salida PWM más limpia pero de menor frecuencia. https://vidaembebida.wordpress.com/2014/08/17/avr-programacion-en-c-09-timercounter0-del-atmega16-parte1/

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Registros del Timer/Counter0 Para controlar los modos de funcionamiento y la frecuencia de trabajo, el timer0 tiene asociados varios registros los cuales se describen mas adelante. A parte de los registros, el timer0 tiene la capacidad recibir una frecuencia de reloj externa mediante el pin T0 (PB0) y de cambiar el estado de la salida en el pin OC0, que es la salida del comparador del timer:

TCCR0: (Timer/Counter Control Register) Este registro configura la frecuencia a la que trabajará el timer, el modo de trabajo y si el timer controlará la salida del pin asociado a el, en este caso el pin OC0.

Registro TCCR0 (Timer/Counter Control Register) FOC0: Escribiendo un 1 en este bit, fuerza a que se realice una coincidencia de comparación y actúa sobre el pin OC0 si se usa. WGM01:0: Configura el modo de funcionamiento del timer0.

https://vidaembebida.wordpress.com/2014/08/17/avr-programacion-en-c-09-timercounter0-del-atmega16-parte1/

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COM01:0: Estos bits configuran el uso del comparación dependiendo del modo que se trabaje.

pin

OC0

con

el

modulo

de

Salida del comparador en modo NO‑PWM (Normal ó CTC)

Salida del comparador en modo FAST PWM

Salida del comparador en modo PHASE CORRECT PWM CS02:0: Con estos bits se selecciona la fuente del reloj para el timer, puede ser interna con un prescaler o externa con una señal de reloj en el pin T0. https://vidaembebida.wordpress.com/2014/08/17/avr-programacion-en-c-09-timercounter0-del-atmega16-parte1/

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Configuración del prescaler para frecuencia del Timer/Counter0 TCNT0: (Timer/Counter Register) Este registro es el que guarda la cuenta del Timer/Counter0 (0 a 255).

Registro TCNT0 (Timer/Counter Register) OCR0: (Output Compare Register) Aquí se guarda el valor a comparar con el registro TCNT0. Cuando el valor del registro TCNT0 coincide con el valor guardado en este registro, se realiza el evento programado para la coincidencia en comparación, ya sea generar una interrupción o cambiar el estado del pin OC0.

Registro OCR0 TIMSK: (Timer Interrup Mask Register) En este registro se encuentran los bits de habilitación de interrupciones para cada timer, a nosotros nos interesa el bit TOIE0(0) y OCIE0(1) que son los correspondientes al timer0.

Regitro TIMSK (Timer/Counter Interrup Mask Register) TOIE0: Escribir a 1 en este bit habilita la interrupción por desbordamiento del TimerCounter0 (Timer/Counter Overflow Interrupt Enable 0) si también se habilitan las interrupciones https://vidaembebida.wordpress.com/2014/08/17/avr-programacion-en-c-09-timercounter0-del-atmega16-parte1/

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globales con el bit I en SREG. OCIE0:Escribir a 1 en este bit habilita la interrupción por coincidencia en la comparación del Timer/Counter0con el registro OCR0 (Output Compare Interrupt Enable 0), si también se habilitan las interrupciones globales con el bit I en SREG. TIFR: (Timer Interrup Flag Register) En este registro se encuentran las banderas de interrupciones para cada timer, a nosotros nos interesa el bit TOV0(0) y OCF0(1) que son los correspondientes al timer0.

Registro TIFR TOV0: Cuando este bit se pone a 1 se genera la interrupción por desbordamiento del Timer/Counter0. Este bit se limpia cuando cuando entra a la función que atiende la interrupción o escribiendo un 1 en este bit. OCF0: Cuando este bit se pone a 1 se genera la interrupción por coincidencia en la comparación del Timer/Counter0 con el registro OCR0. Este bit se limpia cuando cuando entra a la función que atiende la interrupción o escribiendo un 1 en este bit.

Como se mencionó anteriormente, los timers son complicados, así que en este primer post dedicado al Timer/Counter0, se verá su funcionamiento en modo Normal con ejemplos que usen poleo e interrupciones y fuentes de reloj internas y externas. Se hace esto de explicar un modo en cada post con el fin de profundizar y utilizar todas las características del timer.

Timer/Counter0 en Modo Normal En este modo el timer0 cuenta desde BOTTOM hasta TOP (BOTTOM = 0, TOP = 255) y al pasar la cuenta empieza de nuevo desde BOTTOM. El timer puede generar interrupciones de desbordamiento (al pasar de TOP a BOTTOM) y de coincidencia en comparación con el registro https://vidaembebida.wordpress.com/2014/08/17/avr-programacion-en-c-09-timercounter0-del-atmega16-parte1/

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OCR0. En estos primero ejemplos se usara el reloj del CPU como fuente de reloj para el timer, descartando el pin T0. Para saber a que frecuencia y con que periodo trabajará el timer, es necesario saber algunas fórmulas para calcular tiempos con exactitud. Para calcular la frecuencia del timer, se divide la frecuencia del CPU entre el prescaler deseado:

Fórmula para calcular la Frecuencia del Timer Por lo que el periodo de la cuenta del timer sería el inverso a la frecuencia del timer:

Fórmula para calcular el Periodo de cuenta del Timer Esto significa que el timer se incrementara cada Ttimer segundos, si queremos saber cada cuanto tiempo se desbordará el timer, se multiplica el periodo del timer por la resolución del timer, que en este caso es de 8 bits (256):

Fórmula para calcular el tiempo de desbordamiento del Timer Con la fórmula anterior podemos saber cada cuanto tiempo se desborda el timer, pero si queremos saber el que valor que debe de tener el timer para un determinado tiempo dentro del rango Toverflow se aplica una sencilla regla de 3:


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Fórmula para calcular el valor del Timer para determinado tiempo. Por ejemplo: Supongamos que tenemos nuestro micro con una frecuencia de 8 Mhz y un prescaler para el timer de 1024, la frecuencia del timer sería: Ft = 8000000 Hz / 1024 = 7812.5 Hz Tt = 1 /7812.5 Hz = 0.000128 segundos = 128 microsegundos Tovf = 128 microsegundos * 256 = 32768 microsegundos = 32.8 milisegundos

Con estos valores el timer se desbordaría cada 32.8 milisegundos, si queremos medir en intervalos de 10 milisegundos, aplicamos la regla de 3 para saber que valor tendrá el timer cuando hayan transcurrido 10 ms: Cuenta del Timer = 10 ms * 256 / 32.8 + 1 = 79.4

Esto quiere decir que cuando el timer haya contado 79 pasos habrán transcurrido aproximadamente 10 ms. Ejemplo1: configuraremos el timer0 con un prescaler de 1024 con una frecuencia de CPU = 8Mhz para que el timer se desborde cada 32ms, y una vez que se desborde cambaremos el estado de un led en el puerto PB0: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

// #include int

main(void) { // Timer0 modo normal, sin usar el pin OC0, prescaler de 1024 TCCR0 = _BV(CS00) | _BV(CS02); // Puerto PB0 como salida. DDRB = _BV(PB0); PORTB = 0;


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while(1)

{

// si ya hubo desbordamiento del timer0: if( (TIFR & _BV(TOV0)) ){ PORTB ^= _BV(PB0); // conmuta el led TIFR |= _BV(TOV0); // limpia la bandera } } return

0;

} //

Primeramente el programa configura el timer y el puerto PB0 como salida y en el ciclo infinito checa constantemente la bandera de interrupción por desbordamiento del timer, si está en 1 quiere decir que el timer se ha desbordado (pasó de 255 a 0) y se conmuta el estado del led para despues limpiar la bandera de interrupción. Ejemplo2: Este ejemplo tiene el mismo objetivo que el anterior, cambiar el estado del led al desbordarse el timer, solo que aquí en vez de estar checando la bandera de desbordamiento, se usa la interrupción por desbordamiento del timer0 que se ejecuta cada 32 ms, lo que libera al CPU para ejecutar otras tareas. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27

// #include #include int

main(void) { // Timer0 modo normal, sin usar el pin OC0, prescaler de 1024 TCCR0 = _BV(CS00) | _BV(CS02); // habilta interrupción por desbordamiento de timer0 TIMSK = _BV(TOIE0);

// habilita interrupciones globales sei(); // Puerto PB0 como salida. DDRB = _BV(PB0);; PORTB = 0; while(1) return

{} // CPU libre

0;

} // función para atender la interrupción ISR(TIMER0_OVF_vect){


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// se conmuta el estado del led PORTB ^= _BV(PB0); } //

Ejemplo3: En este ejemplo se usa el timer para contar intervalos de 10 milisegundos, que se almacenarán en una variable para generar un retardo de 1 segundo para parpadear un led. Se necesita saber cual es el valor del timer para 10 ms, se usa la regla de 3: Cuenta del Timer = 10 ms * 256 / 32.8 + 1 = 79.4, cuando el timer cuente 79 pasos habran transcurrido 10 ms. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36

// #include #define RETARDO 1000 // 1000 milisegundos ‐ 1 segundo int

main(void) { int

milis=0;

// Timer en modo normal, sin salida por OC0 con prescaler de 1024 TCCR0 = _BV(CS00) | _BV(CS02); // Puerto PB0 como salida. DDRB = _BV(PB0); PORTB = 0; while(1)

{

if(TCNT0

>= 79) // si ya pasaron 10 milisegundos

{

TCNT0=0; if((milis+=10) >= RETARDO) // si ya pasaron 1000 milisegu { // cambia el estado del led PORTB ^= _BV(PB0); // reinicia el contador de milisegundos milis=0; }

} } return

0;

} //


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Como se ve, se tiene que estar haciendo la comparación del valor del timer constantemente para saber si ya pasaron 10 ms, esto le toma tiempo al procesador. Para ahorrar ese tiempo muerto se pueden emplear dos métodos: el primero es haciendo que el timer se desborde cada 10 ms, o sea, cada que pasen 79 incrementos y así hacer todo desde la función de interrupción por desbordamiento, y el segundo es usar la interrupción por coincidencia en comparación con el timer0 y el registro OCR0, así el registro de comparación se carga con el valor 79 (para 10 ms) y cuando el valor del timer0 coincida con el valor del registro OCR0, se ejecutará el código en dicha interrupción. Es necesario reiniciar el valor del timer a 0 en la función de interrupción para que vuelva a contar, de lo contrario el timer seguirá su cuenta hasta el desbordamiento y no se ejecutara la interrupción en ese lapso. Aquí pongo el código de los dos programas: Programa 1: Interrupción por desbordamiento. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37

// #define RETARDO 1000 // 1000 milisegundos ‐ 1 segundo #define F_CPU 8000000 #define LED PB0 #include #include volatile int int

milis=0;

main(void) { // Timer en modo normal, sin salida por OC0 con preescaler de 1024 TCCR0 = _BV(CS00) | _BV(CS02); // Activa interrupción por debordamiento del timer0 TIMSK = _BV(TOV0); // puerto PB0 como salida DDRB = _BV(LED); PORTB = 0; // carga el timer con 177 para que se desborde a los 10ms TCNT0 = 177;

// Avtiva interrupciones globales sei(); while(1)

{

} return

0;

} ISR(TIMER0_OVF_vect){


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// El timer se desborda cada 10ms // recarga el timer con 177 de nuevo TCNT0 = 177; if((milis += 10) >= RETARDO){ milis=0; PORTB ^= _BV(LED); }

} //

Programa 2: Interrupción por Coincidencia en comparación. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41

// #define RETARDO 1000 // 1000 milisegundos ‐ 1 segundo #define F_CPU 8000000 #define LED PB0 #include #include volatile int int

milis=0;

main(void) { // Timer en modo normal, sin salida por OC0 con preescaler de 1024 TCCR0 = _BV(CS00) | _BV(CS02); // Activa interrupción por comparación del timer0 TIMSK = _BV(OCIE0); // puerto PB0 como salida DDRB = _BV(LED); PORTB = 0; // carga registro comparador con 79 OCR0 = 79;

// Avtiva interrupciones globales sei(); while(1)

{

} return

0;

} ISR(TIMER0_COMP_vect){ // reinicia el timer TCNT0 = 0; if((milis += 10) >= RETARDO){


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milis=0; PORTB ^= 0xFF; }

} //

Como se ve en este segundo ejemplo, el timer se tiene que reiniciar cada que la comparación coincide, para evitar esto, se usa el modo CTC del timer, que automáticamente limpia el timer cuando coincide con el registro OCR0, este modo se explicará en el siguiente post relacionado a el timer0 del ATmega16. Espero la información les haya sido de utilidad, nos vemos la próxima!. Acá los programas para descargar.

(hᣖps://github.com/alfreedom/Vida‑ Embebida/tree/master/Ejemplos/Atmega16/Timer0%20Modo%20Normal) Código fuente de los ejemplos. Fred!

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