AVR에서 Timer 사용하기

 

 

AVR에는 두가지 타입의 타이머가 있다. 2^8=256까지 카운터가 가능한 8비트 그리고 2^16=65535까지 카운터가 가능한 16비트 타이머..

카운터가 MAX값인 255에 도달하면 오버플로우가 발생하여 다시 값은 0이되는 것을 아래 그림에서 보여주고 있다.

 

 

Arduino Uno에서 사용하는 Atmega328p 마이크로 컨트롤러에는 3개의 타이머가 있다.

timer 0와 timer 2는 8비트 타이머이고 Timer1은 16 비트 타이머이다.

 

 

Prescaler

사용중인 크리스탈의 값 F_CPU = 4Mhz라고 가정하자. 그리고 16비트 타이머(최대값 65535)를 사용한다고 가정하면 최대 만들 수 있는 delay의 값 16.384ms이다. 계산 과정은 아래와 같다.

 

 

주기 = 1/주파수 = 1/4000000Hz = 0.00000025s = 0.00025ms

타이머 카운터 = 필요한 딜레이 시간 / 클록 시간 주기 – 1

65535 = X /0.00025ms -1

X = 65536*0.00025ms=16.384ms

 

그럼 20ms의 딜레이 시간을 얻을려면 어떻게 해야 할까? 프리스케일러를 사용하면 F_CPU의 값을 낮출 수 있다. 다시 말하면 시간 주기값을 크게 할 수 있다.

 

F_CPU = 4Mhz => 1/4000000Hz = 0.00000025s = 0.00025ms

4Mhz / 8 = 4000000/8 = 500000Hz => 0.000002 s = 0.002ms

4Mhz / 64 = 4000000/64 = 62500Hz => 0.000016 s = 0.016 ms

4Mhz / 256 = 4000000/256 = 15625Hz =>0.000064 s = 0.064ms

4Mhz / 1024 = 4000000/1024 = 3906.25 Hz=>0.000256 s = 0.256ms

 

이제 20ms의 시간을 얻기 위해 위해서 계산한 클록 시간 주기 값들을 식에 대입해보면

타이머 카운터 = 필요한 딜레이 시간 / 클록 시간 주기 – 1

20ms/0.00025ms– 1 = 80000-1 = 79999 => 16비트 타이머의 범위인 65535를 넘어가는 값이므로 사용 불가

20ms / 0.002ms -1 = 10000 – 1 = 9999 =>8 프리스케일러를 사용함으로써 이제 16비트 타이머를 사용하여 원하는 결과를 얻을 수 있다.

20ms/0.016ms-1=1250 – 1 =1249 =>64 프리스케일러를 사용함으로써 이제 16비트 타이머를 사용하여 원하는 결과를 얻을 수 있다.

20ms/0.064ms-1=312.5-1=311.5

20ms/0.256ms -1 = 78.125-1=77.125

 

 

프리스케일러(Prescaler) 선택하기

 

Required Delay = 250ms

F_CPU = 16Mhz

 

16Mhz / 8 = 16000000/8 = 2000000Hz => 0.0000005 s = 0.0005ms

250ms/0.0005ms-1 = 500000 -1 = 499999 =>16비트 사용범위를 넘어섬

 

16Mhz / 64 = 16000000/64 = 250000Hz => 0.000004 s = 0.004ms

250ms/0.004ms-1 = 62500 -1 = 62499 =>16비트 카운터 사용가능

>

16Mhz / 256 = 16000000/256 = 62500Hz => 0.000016 s = 0.016ms

250ms/0.016ms-1 = 15625 -1 = 15624 =>16비트 카운터 사용가능

 

16Mhz / 1024 = 16000000/1024 = 15625Hz => 0.000064 s = 0.064

250ms/0.064ms-1 = 3906.25 -1 = 3905.25 =>소수점 있음

 

64분주를 사용하는 경우

1. #include <avr/io.h>  
2. #include <avr/interrupt.h>  
3.     
4. ISR(TIMER1_COMPA_vect)  
5. {  
6.     PORTD ^= 0xFF;  
7. }  
8.     
9. int main(void)  
10. {  
11.     DDRD = 0xFF;    // PORTD 출력 모드  
12.     
13.     TCCR1A = 0x00;  
14.     TCCR1B = (1<<WGM12)|(1<<CS11)|(1<<CS10); // CTC 모드, 64 분주  
15.     TCCR1C = 0x00;  
16.     OCR1AH = (62499 >> 8);   
17.     OCR1AL = 62499 & 0xFF;  
18.     TIMSK1 = (1<<OCIE1A);    // 타이머1 출력 비교 인터럽트 A 허용  
19.     
20.     
21.     sei();                // 글로벌 인터럽트 허용  
22.     
23.     while(1);  
24. }  

 

256분주를 사용하는 경우

1. #include <avr/io.h>  
2. #include <avr/interrupt.h>  
3.     
4. ISR(TIMER1_COMPA_vect)  
5. {  
6.     PORTD ^= 0xFF;  
7. }  
8.     
9. int main(void)  
10. {  
11.     DDRD = 0xFF;    // PORTD 출력 모드  
12.     
13.     TCCR1A = 0x00;  
14.     TCCR1B = (1<<WGM12)|(1<<CS12); // CTC 모드, 256 분주  
15.     TCCR1C = 0x00;  
16.     OCR1AH = (15624  >> 8);   
17.     OCR1AL = 15624 & 0xFF;  
18.     TIMSK1 = (1<<OCIE1A);    // 타이머1 출력 비교 인터럽트 A 허용  
19.     
20.     
21.     sei();                // 글로벌 인터럽트 허용  
22.     
23.     while(1);  
24. }  

 

두 가지 모두 똑같은 결과를 얻을 수 있었다. 상태값이 250ms마다 변하므로 주기가 500ms인 파형이 그려지게 된다.