使用 AVR 设置多个计时器

Question

我正在尝试使用 Teensy 2.0 微控制器（基于 ATMEGA32U4 8 位 AVR 16 MHz）设置两个定时器中断例程，以独立控制两个伺服电机

经过多次尝试 - 我能够在端口 C 的引脚 7 上设置一个，但是

1. 如何设置第二个 ISR 以独立于第一个 ISR 进行初始化和调用？
2. 我是否需要设置第二个计时器，如果需要，这样的代码应该是什么样的？

这里是设置代码：

int main(void)
{
    DDRE = 0xFF; 

    TCCR1A |= 1 << WGM12;       // Configure timer 1 for CTC mode 
    TCCR1B = (1<<WGM12) | (1<<CS11) ;

    OCR1A = 1000;   // initial            

    TIMSK1 |= 1 << OCIE1A;      // Output Compare A Match Interrupt Enable 
    sei();                      // enable interrupts 

    // ...code that sets pulseWidth based on app logic variable. 
    // Not showing as its not important
}


ISR(TIMER1_COMPA_vect)
{ 
    if (0 == pulseWidth)
    {
        return;
    }

    static uint8_t state = 0;
    int dutyTotal = 20*1000;    

    if (0 == state)
    {
        PORTC |= 0b10000000; 
        OCR1A = pulseWidth; 
        state = 1;
    }
    else if (1 == state)
    {
        PORTC &= 0b01111111; 
        OCR1A = dutyTotal - pulseWidth; 
        state = 0;
    }
}

Answer 1

虽然在不了解您的应用的更多信息的情况下很难给出明确的答案（例如，什么样的伺服/电机 - 我猜是 1-2ms pule 的 RC 型号？）有两种方法可以解决这个问题：

首先，在您的代码中，您似乎是通过切换 PC7 手动生成 PWM 信号。您可以通过增加状态数量来添加另一个输出 - 您需要比伺服器数量多一个来提供设置脉冲重复频率的间隙。当您需要驱动大量舵机时，这是一种常用技术，因为大多数 RC 舵机不关心脉冲相位或频率（在限制范围内），只关心脉冲宽度，因此您可以在之后生成一堆不同的脉冲其他在不同的输出上，而只使用一个像这样的计时器（在一种伪代码状态图中）：

State 0:
Turn on output 1
Set timer TOP to pulse duration 1.
Go to state 1:

State 1:
Turn off output 1
Turn on output 2
Set timer TOP to pulse duration 1.
Go to state 2:

State 2:
Turn off output 2
Set timer TOP to pulse duration 3.
Go to state 0:

“脉冲持续时间 3”设置 PRF（脉冲重复频率）。如果你想变得花哨， 您可以将其设置为 1/f-pd1-pd2，以提供恒定频率。

[ “TOP”是 AVR 的说法，用于设置计时器的换行（溢出）率。见数据表。 ]

其次，如果您只使用两个伺服系统，还有一种更简单的方法 - 使用定时器的硬件 PWM 功能。 AVR 定时器具有内置的 PWM 功能，可以为您进行引脚切换。 mega32 上的 Timer1 有两个 PWM 输出引脚，可以很好地用于您的两个伺服系统，然后您根本不需要（必然）需要中断处理程序。 如果您直接使用 PWM 驱动电机（例如通过 H 桥），这也是正确的解决方案。

为此，您需要将定时器置于 PWM 模式并启用 OC1A 和 OC1B 输出引脚，例如

/*
 * Set fast PWM mode on OC1A and OC1B with ICR1 as TOP
 * (Mode 14)
 */
TCCR1A = (1 << WGM11) | (1 << COM1B1) | (1 << COM1A1);
TCCR1B = (3 << WGM12);

/*
 * Clock source internal, pre-scale by 8
 * (i.e. count rate = 2MHz for 16MHz crystal)
 */
TCCR1B |= (1 << CS11);

/*
 * Set counter TOP value to set pulse repetition frequency.
 * E.g. 50Hz (good for RC servos):
 * 2e6/50 = 40000. N.B. This must be less than 65535.
 * We count from t down to 0 so subtract 1 for true freq.
 */
ICR1 = 40000-1;

/* Enable OC1A and OC1B PWM output */
DDRB |= (1 << PB5) | (1 << PB6);

/* Uncomment to enable TIMER1_OVF_vect interrupts at 50Hz */
/* TIMSK1 = (1 << TOV1); */

/*
 * Set both servos to centre (1.5ms pulse).
 * Value for OCR1x is 2000 per ms then subtract one.
 */
OCR1A = 3000-1;
OCR1B = 3000-1;

免责声明 - 此代码片段可以编译，但我尚未在实际设备上对其进行检查，因此您可能需要仔细检查寄存器值。查看完整的数据表http://www.atmel.com/Images/doc7766.pdf

另外，您的代码中可能有一些拼写错误，TCC1A 中不存在位 WGM12（您实际上设置了位 3，即 FOC1A -“强制比较”，请参阅数据表。）另外，您正在编写 DDRE启用端口 E 上的输出，但切换端口 C 上的引脚。

Answer 2

Halzephron，非常感谢您的回答。我没有足够高的声誉来标记您的答案，希望其他人会。

详情如下：

您能够使用单个 IRS 来控制多个伺服系统是绝对正确的 - 令人尴尬的是我没有想到这一点，但考虑到您更简单的解决方案的效果如何 - 我会使用它。

...另外，您正在编写 DDRE 以启用端口 E 上的输出，但切换端口 C 上的引脚。

谢谢，我把那行注释掉了，它的工作原理是一样的——（所以我根本不需要启用输出？）

位 WGM12 在 TCC1A 中不存在（您实际上设置了位 3，即 FOC1A -“强制比较”，请参阅数据表。）

我也删除了它，但保留了我的其余代码不变 - 它导致伺服系统移动更慢，扭矩和抖动更小，即使在到达所需位置后也是如此。伺服器发出一种奇怪的“颤抖”噪音（频率约为 10-20，我会说）和它的手臂颤抖，所以出于我不明白的原因 - 设置这个位似乎是必要的。

我怀疑每个电机的定时器非常不雅，所以我真的很喜欢你的第二种方法（内置定时器生成的 PWM），

...如果您直接使用 PWM 驱动电机（例如通过 H 桥），这也是正确的解决方案。

很好奇，为什么？ IE。使用这种方法与定时器生成的 PWM 有什么区别。

在您的代码中，我必须更改下面的行以获得 50HZ，否则我之前得到 25HZ（使用范围验证） ICR1 = 20000-1； // 是 40000 - 1;

我注意到范围的另一件事是，我拥有的定时器生成的 PWM 代码 - 产生的“矩形”形状比您附加的 PWM 代码 sn-p 少。使用我的代码，信号下降到 0 大约需要 0.5 毫秒，而你的代码绝对是瞬时的（这很棒）。这解决了我一直在努力解决的另一个问题：我可以让模拟伺服系统与我的代码（IRS 生成的 PWM）一起正常工作，但是我尝试过的任何数字伺服系统 - 只是没有移动，就好像它坏了一样。我猜信号的形状对于数字伺服系统至关重要，我从来没有在任何地方读过这个。或者可能是我不知道的其他东西。

作为旁注，我花了很多时间在另一个奇怪的地方 - 我取消了 TIMSK1 = (1

再次感谢您的帮助。