arduino 定时器与定时中断的使用

一、Arduino定时器简介

Arduino UNO有三个定时器，分别是timer0，timer1和timer2。每个定时器都有一个计数器，在计时器的每个时钟周期递增。当计数器达到存储在比较匹配寄存器中指定值时触发CTC定时器中断。一旦定时器计数器达到该值，它将在定时器时钟的下一个定时器上清零（复位为零），然后它将继续再次计数到比较匹配值。通过选择比较匹配值并设置定时器递增计数器的速度，你可以控制定时器中断的频率。

下面引出定时器各个寄存器的配置关系。

Timer0：PIN5和PIN6的PWM输出、delay()、millis()、delayMicroseconds()
Timer1：PIN9和PIN10的PWM输出、舵机库Servo.h、TimerOne库、使用两个tone变量时
Timer2：PIN3和PIN11的PWM输出、无源蜂鸣器的tone()、红外库IRremote.h默认使用Timer2

二、定时器基本概念

1、预分频系数与比较匹配器

Arduino时钟以16MHz运行。计数器的一个刻度值表示1 / 16,000,000秒（~63ns），跑完1s需要计数值16,000,000。

1、Timer0和timer2是8位定时器，可以存储最大计数器值255。

2、Timer1是一个16位定时器，可以存储最大计数器值65535。

一旦计数器达到其最大值，它将回到零（这称为溢出）。因此，需要对时钟频率进行分频处理，即预分频器。通过预分频器控制定时计数器的增量速度。预分频器与定时器的计数速度如下：

定时器速度(HZ) = Arduino时钟速度(16MHz) / 预分频器系数

因此，1预分频器将以16MHz递增计数器，8预分频器将在2MHz递增，64预分频器= 250kHz，依此类推。

三个定时器的预分频系数配置如表：

我将在下一步中解释CS12，CS11和CS10的含义。

现在您可以用以下步骤计算中断频率。以下公式：

中断频率（Hz）=（Arduino时钟速度16MHz）/（预分频器*（比较匹配寄存器+ 1）)

重新排列上面的等式，给出你想要的中断频率，你可以求解比较匹配寄存器值：

比较匹配寄存器= [16,000,000Hz /(预分频器*所需的中断频率)] - 1

记住，当你使用定时器0和2时，这个数字必须小于256，对于timer1小于65536。

所以如果你想每秒一次中断（频率为1Hz）：

比较匹配寄存器= [16,000,000 /(预分频器 * 1)] -1

预分频器为1024，你得到：

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

因为256 <15,624 <65,536，你必须使用timer1来实现这个中断。

定时器0：
Timer0是一个8位定时器。
在Arduino世界中，timer0用于定时器功能，如delay（），millis（）和micros（）。如果更改timer0寄存器，这可能会影响Arduino定时器功能。 所以你应该知道你在做什么。

定时器1：
Timer1是一个16位定时器。
在Arduino世界中，Servo库492在Arduino Uno上使用timer1（Arduino Mega上的timer5）。

定时器2：
Timer2是一个8bit定时器，如timer0。
在Arduino工作中，tone（）函数使用timer2。

Timer3，Timer4，Timer5：
定时器3,4,5仅适用于Arduino Mega主板。 这些定时器都是16位定时器。

三、定时器配置代码

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

  cli();////关闭全局中断

  //设置定时器0为10kHz(100us)
  TCCR0A = 0;//将整个TCCR0A寄存器设置为0
  TCCR0B = 0;//将整个TCCR0B寄存器设置为0
  TCNT0  = 0;//将计数器值初始化为0
  //设置计数器为10kHZ，即100us
  OCR0A = 24;//比较匹配寄存器= [16,000,000Hz /（预分频器*所需中断频率）] - 1
             //比较匹配寄存器=24,中断间隔=100us即中断频率10khz
  TCCR0A |= (1 << WGM01);//打开CTC模式
  TCCR0B |= (1 << CS01) | (1 << CS00); //设置CS01位为1，CS00位为1(64倍预分频)   
  TIMSK0 |= (1 << OCIE0A);//启用定时器比较中断
  

  //设置定时器1为1kHz
  TCCR1A = 0;//将整个TCCR1A寄存器设置为0
  TCCR1B = 0;//将整个TCCR1B寄存器设置为0
  TCNT1  = 0;//将计数器值初始化为0
  //设置计数器为1kHZ，即1ms
  OCR1A = 1999;// = (16*10^6)/(1000*8) - 1 (must be <65536)
  TCCR1B |= (1 << WGM12);//打开CTC模式
  TCCR1B |= (1 << CS11);//设置CS11位为1(8倍预分频)
  TIMSK1 |= (1 << OCIE1A);

  //设置定时器2为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);//打开CTC模式
  // Set CS21 bit for 8 prescaler
  TCCR2B |= (1 << CS21);   
  // enable timer compare interrupt
  TIMSK2 |= (1 << OCIE2A);

  sei();//打开全局中断

}

//中断0服务函数
ISR（TIMER0_COMPA_vect）{
//产生频率为10kHz / 2 = 5kHz的脉冲波
  if（toggle0）{
    digitalWrite（8，HIGH）;
    toggle0 = 0;
  }
  else{
    digitalWrite（8，LOW）;
    toggle0 = 1;
  }
}

ISR（TIMER1_COMPA_vect）{// timer1中断2Hz切换引脚13（LED）
//产生频率为2Hz / 2 = 1Hz的脉冲波
  if(toggle1>=500)
    digitalWrite(13,HIGH);
  if(toggle1<=500)
    digitalWrite(13,LOW);
  toggle1 += 1;
  if(toggle1 >= 1000)
    toggle1 = 0;
}
  
ISR（TIMER2_COMPA_vect）{// timer1中断8kHz切换引脚9
//产生频率为8kHz / 2 = 4kHz的脉冲波
  if（toggle2）{
    digitalWrite（9，HIGH）;
    toggle2 = 0;
  }
  else{
    digitalWrite（9，LOW）;
    toggle2 = 1;
  }
}


void loop（）{
  
}