Таймеры Arduino UNO — Часть 3. Режимы работы таймеров (CTC, Fast PWM, Phase Correct PWM)

Теория

Режим CTC (Clear Timer on Compare Match)

В режиме CTC (сброс таймера по совпадению) счётчик таймера считает до заданного значения в регистре OCRnA, после чего автоматически сбрасывается в ноль. Это удобно для генерации точных интервалов времени и сигналов заданной частоты.

Режим Fast PWM

Fast PWM — это режим генерации ШИМ (широтно-импульсной модуляции), при котором таймер быстро считает от нуля до максимума и сразу сбрасывается. Этот режим используется, когда нужна максимальная частота ШИМ, например, для управления яркостью светодиодов или скоростью двигателей.

Режим Phase Correct PWM

Phase Correct PWM — режим, при котором таймер считает вверх до максимального значения, а затем обратно вниз до нуля. Благодаря этому форма сигнала симметрична, что уменьшает искажения, но частота в два раза ниже по сравнению с Fast PWM.

Регистр TCCRnA и TCCRnB

Режим работы таймера задаётся комбинацией битов в регистрах TCCRnA и TCCRnB:

WGMn0..WGMn2 — выбор режима работы (Normal, CTC, Fast PWM, Phase Correct PWM).
COMnA1, COMnA0 — настройка поведения вывода OCnA.
CSn0..CSn2 — выбор предделителя (prescaler) — 1, 8, 64, 256, 1024.

Предделители (prescalers)

Предделитель делит частоту тактового генератора (обычно 16 МГц для Arduino UNO) для замедления счёта таймера. Например, при делителе 64 частота таймера будет 16 МГц / 64 = 250 кГц.

Практика

Генерация точного сигнала 1 кГц на пине


void setup() {
  pinMode(9, OUTPUT);

  // Настройка Timer1 в CTC режиме
  TCCR1A = 0;
  TCCR1B = 0;

  OCR1A = 7999;            // (16 МГц / (2 * 1 кГц)) - 1 при делителе 1
  TCCR1B |= (1 << WGM12);  // CTC режим
  TCCR1B |= (1 << CS10);   // Предделитель 1
  TCCR1A |= (1 << COM1A0); // Переключение состояния пина OC1A (D9)
}

void loop() {
  // Ничего не делаем, сигнал генерируется аппаратно
}

Настройка частоты ШИМ на Timer2


void setup() {
  pinMode(3, OUTPUT);

  // Настройка Timer2 в Fast PWM
  TCCR2A = 0;
  TCCR2B = 0;

  TCCR2A |= (1 << WGM21) | (1 << WGM20); // Fast PWM
  TCCR2A |= (1 << COM2B1);               // Вывод ШИМ на OC2B (D3)
  TCCR2B |= (1 << WGM22);                // Установка TOP через OCR2A

  OCR2A = 124;  // TOP = 124 → Частота = 16МГц / (64 * (124+1)) ≈ 2 кГц
  OCR2B = 62;   // 50% скважность
  TCCR2B |= (1 << CS22); // Делитель 64
}

void loop() {
}

Проект: Генератор квадратного сигнала с заданной частотой

В этом проекте мы будем генерировать сигнал на пине D9 с частотой, которую задаёт переменная frequency.


int frequency = 2000; // Частота в Гц

void setup() {
  pinMode(9, OUTPUT);

  // Настройка Timer1 для CTC
  TCCR1A = 0;
  TCCR1B = 0;

  int prescaler = 8; // Выбираем предделитель
  OCR1A = (16000000 / (2 * prescaler * frequency)) - 1;

  TCCR1B |= (1 << WGM12);  // CTC
  TCCR1B |= (1 << CS11);   // Предделитель 8
  TCCR1A |= (1 << COM1A0); // Переключение состояния на OC1A (D9)
}

void loop() {
  // Сигнал генерируется аппаратно
}

Таким образом, мы можем легко генерировать стабильные частоты без использования delay() или millis(), что особенно полезно для точных измерительных и управляющих систем.

<< Проекты << Все товары >> Статьи, уроки >>