单片机的定时器与计数器

引言

在嵌入式系统中，单片机的定时器和计数器是非常重要的模块。它们可以被用于处理时间相关的任务，例如延时，PWM生成，频率计算等等。本文将探索单片机定时器和计数器的多功能应用，并介绍一些常见的应用案例。

单片机定时器与计数器的基本原理

定时器和计数器通常是通过寄存器来控制的。主要包括以下几个寄存器：

• 控制寄存器：用于配置定时器的模式、工作频率等参数。
• 计数器寄存器：保存当前计数器的值。
• 输出比较寄存器：用于与计数器值进行比较并产生相应的输出信号。

定时器和计数器的工作原理是基于时钟信号的计数。它们可以通过外部时钟脉冲或内部时钟源进行计数。一旦计数到达某个特定的值，就会触发相应的中断或产生输出信号。

应用一：延时生成

定时器可以用于生成精确的延时。通过设定定时器的计数值和时钟频率，我们可以实现精确的延时控制。

以基于AVR单片机的C语言为例，以下代码实现了一个简单的延时函数，用于延时1秒钟：

#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>

void delay_sec(int seconds) {
    for (int i = 0; i < seconds; i++) {
        _delay_ms(1000); // 在_delay_ms( )函数的基础上拓展，延时1秒
    }
}

应用二：PWM生成

定时器可以用于生成脉宽调制（PWM）信号。PWM信号可以用来控制电机转速、LED亮度等。

以下是一个使用STM32单片机的定时器生成PWM信号的例子：

#include "stm32f4xx.h"
#include "stm32f4xx_gpio.h"
#include "stm32f4xx_rcc.h"
#include "stm32f4xx_tim.h"

void configure_timer(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_Init;
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
    TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInit;

    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);

    GPIO_Init.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
    GPIO_Init.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
    GPIO_Init.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
    GPIO_Init.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
    GPIO_Init.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_Init);

    GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource0, GPIO_AF_TIM2);

    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 8399;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 99;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);

    TIM_OCInit.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
    TIM_OCInit.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
    TIM_OCInit.TIM_Pulse = 4199;
    TIM_OCInit.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
    TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInit);

    TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}

int main(void) {
    configure_timer();
    while(1);
}

应用三：频率计算

利用定时器，我们可以简单地实现对外部信号的频率计算。

下面是一个基于Arduino的例子，用于计算外部信号的频率并显示在串口监视器上：

const int inputPin = 2;    // 外部信号输入引脚

void setup() {
    pinMode(inputPin, INPUT);
    attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(inputPin), countFrequency, RISING);
    Serial.begin(9600);
}

void loop() {
    // 保持主循环空闲
}

void countFrequency() {
    static unsigned long time = 0;
    static unsigned long count = 0;

    if (millis() - time > 1000) {
        float frequency = (float) count / (float) (millis() - time) * 1000;
        Serial.print("Frequency: ");
        Serial.print(frequency);
        Serial.println(" Hz");

        count = 0;
        time = millis();
    } else {
        count++;
    }
}

结论

本文介绍了单片机定时器和计数器的多功能应用。通过定时器和计数器，我们可以实现延时生成、PWM生成以及频率计算等功能。这些功能在嵌入式系统开发中非常常见，对于设计各种应用场景来说是非常有用的。

希望通过本文的介绍，读者可以更好地理解和应用单片机定时器和计数器模块，为自己的嵌入式系统开发提供更多的可能性。同时，也希望读者能够在实际应用中进一步探索和创新，为嵌入式系统带来更多的功能和创意。

本文来自极简博客，作者：温暖如初，转载请注明原文链接：单片机的定时器与计数器