Таймери Arduino UNO — Частина 3. Режими роботи таймерів (CTC, Fast PWM, Phase Correct PWM)

Теорія

Режим CTC (Clear Timer on Compare Match)

У режимі CTC (скидання таймера за збігом) лічильник таймера рахує до заданого значення в регістрі OCRnA, після чого автоматично скидається в нуль. Це зручно для генерації точних інтервалів часу та сигналів заданої частоти.

Режим Fast PWM

Fast PWM — це режим генерації ШІМ (широтно-імпульсної модуляції), у якому таймер швидко рахує від нуля до максимуму і одразу скидається. Використовується, коли потрібна максимальна частота ШІМ, наприклад, для керування яскравістю світлодіодів або швидкістю двигунів.

Режим Phase Correct PWM

Phase Correct PWM — режим, за якого таймер рахує вгору до максимального значення, а потім назад до нуля. Завдяки цьому форма сигналу симетрична, що зменшує спотворення, але частота вдвічі менша порівняно з Fast PWM.

Регістр TCCRnA і TCCRnB

Режим роботи таймера задається комбінацією бітів у регістрах TCCRnA та TCCRnB:

WGMn0..WGMn2 — вибір режиму роботи (Normal, CTC, Fast PWM, Phase Correct PWM).
COMnA1, COMnA0 — налаштування поведінки виводу OCnA.
CSn0..CSn2 — вибір передільника (prescaler) — 1, 8, 64, 256, 1024.

Передільники (prescalers)

Передільник ділить частоту тактового генератора (зазвичай 16 МГц для Arduino UNO) для уповільнення рахунку таймера. Наприклад, при передільнику 64 частота таймера буде 16 МГц / 64 = 250 кГц.

Практика

Генерація точного сигналу 1 кГц на піні


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

  // Налаштування Timer1 у режимі CTC
  TCCR1A = 0;
  TCCR1B = 0;

  OCR1A = 7999;            // (16 МГц / (2 * 1 кГц)) - 1 при передільнику 1
  TCCR1B |= (1 << WGM12);  // CTC режим
  TCCR1B |= (1 << CS10);   // Передільник 1
  TCCR1A |= (1 << COM1A0); // Перемикання стану піна OC1A (D9)
}

void loop() {
  // Сигнал генерується апаратно
}

Налаштування частоти ШІМ на Timer2


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

  // Налаштування Timer2 у Fast PWM
  TCCR2A = 0;
  TCCR2B = 0;

  TCCR2A |= (1 << WGM21) | (1 << WGM20); // Fast PWM
  TCCR2A |= (1 << COM2B1);               // Вивід ШІМ на OC2B (D3)
  TCCR2B |= (1 << WGM22);                // Встановлення TOP через OCR2A

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

void loop() {
}

Проєкт: Генератор квадратного сигналу із заданою частотою

У цьому проєкті ми генеруватимемо сигнал на піні D9 з частотою, яку задає змінна frequency.


int frequency = 2000; // Частота в Гц

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

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

  int prescaler = 8; // Вибір передільника
  OCR1A = (16000000 / (2 * prescaler * frequency)) - 1;

  TCCR1B |= (1 << WGM12);  // CTC
  TCCR1B |= (1 << CS11);   // Передільник 8
  TCCR1A |= (1 << COM1A0); // Перемикання стану на OC1A (D9)
}

void loop() {
  // Сигнал генерується апаратно
}

Таким чином, можна легко генерувати стабільні частоти без використання delay() або millis(), що особливо корисно для точних вимірювальних і керуючих систем.

<< Проекти << Усі товари >> Статті, уроки >>