Arduino纳米计时器

Question

我想了解更多关于 Arduino Nano 计时器的信息。

1. 有哪些定时器？
2. 它们会产生中断吗？
3. 哪些代码会为它们附加中断处理程序？
4. delay() 和 delayMicroseconds() 是如何实现的...
   • 他们使用定时器中断吗？ （如果是这样，我怎样才能在此期间执行其他代码？）
   • 还是他们反复轮询直到计时器达到某个值？
   • 或者它们是否将值递增 X 次？
   • 还是他们以其他方式做到这一点？

Answer 1

考虑 Arduino Nano 定时器的最佳方式是考虑底层芯片中的定时器：ATmega328。它有三个定时器：

• 定时器 0：8 位，芯片引脚 11 和 12 上的 PWM
• 定时器 1：16 位，芯片引脚 15 和 16 上的 PWM
• 定时器 2：8 位，芯片引脚 17 和 5 上的 PWM

所有这些定时器都可以产生两种中断：

• “值匹配”中断发生在添加到定时器每个滴答的定时器值达到定时器寄存器中的比较值时。
• 定时器值达到最大值时发生定时器溢出中断

不幸的是，没有 Arduino 函数可以将中断附加到定时器。要使用定时器中断，您需要编写更多的低级代码。基本上，您需要像这样声明interrupt routine：

ISR(TIMER1_OVF_vect) {
   ...
}

这将声明一个服务于 timer1 溢出中断的函数。然后您需要使用TIMSK1 寄存器启用定时器溢出中断。在上面的示例中，这可能如下所示：

TIMSK1 |= (1<<TOIE1);

或

TIMSK1 |= BV(TOIE1);

这会在 TIMSK1 寄存器中设置TOIE1（请生成 timer1 溢出中断）标志。假设您的中断已启用，您的 ISR(TIMER1_OVF_vect) 将在每次 timer1 溢出时被调用。

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Arduino的delay()函数在源代码（wiring.c）中如下所示：

void delay(unsigned long ms)
{
    uint16_t start = (uint16_t)micros();

    while (ms > 0) {
        if (((uint16_t)micros() - start) >= 1000) {
            ms--;
            start += 1000;
        }
    }
}

所以它在内部使用micros() 函数，该函数确实依赖于timer0 计数。 Arduino 框架使用 timer0 来计算毫秒数，实际上，timer0 是 millis() 函数获取值的地方。

另一方面，delayMicroseconds() 函数使用某些适时的微处理器操作来产生延迟；使用哪个函数取决于处理器和时钟速度；最常见的是nop()（无操作），它只需要一个时钟周期。 Arduino Nano 使用 16 MHz 时钟，源代码如下所示：

// For a one-microsecond delay, simply return. The overhead
// of the function call yields a delay of approximately 1 1/8 µs.
if (--us == 0)
    return;

// The following loop takes a quarter of a microsecond (4 cycles)
// per iteration, so execute it four times for each microsecond of
// delay requested.
us <<= 2;

// Account for the time taken in the proceeding commands.
us -= 2;

我们从中学到了什么：

• 1 µs 延迟什么都不做（函数调用就是延迟）
• 较长的延迟使用左移操作来计算延迟时间。