单片机定时器原理与结构教程.pdfVIP

单片机定时器原理与结构教程

1单片机定时器概述

1.1定时器的基本概念

定时器是单片机中一个重要的功能模块，它通过计数来实现定时或计数功

能。定时器通常由一个计数器、一个预分频器和一些控制寄存器组成。计数器

在每个时钟周期增加或减少一个数值，当计数器的值达到预设值时，会产生一

个中断信号，通知单片机执行特定的任务。

1.1.1工作原理

定时器的工作原理基于时钟信号。当定时器启动后，它会根据时钟信号进

行计数。如果定时器被配置为定时模式，它会以单片机的内部时钟为基准进行

计数；如果被配置为计数模式，它则会对外部事件进行计数。

1.1.2作用

定时器在单片机中扮演着多种角色：-定时功能：用于控制程序的执行周

期，如定时执行中断服务程序。-计数功能：用于对外部事件进行计数，如脉

冲信号的频率测量。-PWM生成：通过定时器的输出比较功能，可以生成精确

的脉冲宽度调制（PWM）信号。

1.2定时器在单片机中的作用

定时器在单片机中主要用于实现精确的时间控制和事件计数。例如，在控

制电机速度、测量信号频率、实现定时任务等方面，定时器都是不可或缺的。

通过配置定时器的预分频器和计数模式，可以灵活地调整定时器的计数速度和

计数方向，从而满足不同的应用需求。

1.2.1实例：使用定时器控制LED闪烁

假设我们使用一个8位的定时器来控制LED每秒闪烁一次。单片机的时钟

频率为12MHz，定时器的预分频器设置为256，这样定时器的计数频率为

46.875kHz。为了实现1秒的定时，我们需要计数46875次。

#includeavr/io.h

#includeutil/delay.h

voidsetupTimer(){

设置定时器为模式，预分频器为

//1CTC256

1

TCCR1A=0;//设置为普通模式

TCCR1B=(1WGM12)|(1CS12);//设置为CTC模式，预分频器为256

OCR1AH=0;//设置比较寄存器的高8位

OCR1AL=188;//设置比较寄存器的低8位，使得计数到46875时产生中断

TIMSK1=(1OCIE1A);//启用输出比较中断A

}

intmain(void){

DDRB|=(1PB0);//设置PB0为输出

setupTimer();

sei();//开启全局中断

while(1){

//主程序循环，定时器中断将控制LED闪烁

}

//定时器中断服务程序

ISR(TIMER1_COMPA_vect){

PORTB^=(1PB0);//翻转PB0的输出状态

}

}

1.3定时器的分类

单片机中的定时器根据其结构和功能的不同，可以分为以下几类：

1.8位定时器：如ATmega328P中的定时器0，它是一个8位的定时

器，可以工作在多种模式下，包括普通模式、CTC模式、快速PWM模式

和相位正确PWM模式。

2.16位定时器：如ATmega328P中的定时器1和定时器2，它们是

16位的定时器，提供了更宽的计数范围，适合需要更长定时或更高精度

计数的应用。

3.高级定时器：某些单片机如STM32系列，提供了高级定时器，它

们具有更多的功能，如多个捕获/比较通道、死区插入、自动重载等，适

用于复杂的定时和计数需求。

1.3.1位定时器示例：ATmega328P的定时器0

在ATmega328P中，定时器0是一个8位的定时器，它可以通过以下方式

配置为CTC模式，实现1秒的定时：

#includeavr/io.h

#includeavr/interrupt.h

voidsetupTimer(){

//设置定时器0为CTC模式，预分频器为256

2

TCCR0A=(1WGM01)|(1WGM00);//设置为CTC模式