Capitulo 4 temporizador/contador

4.0 Introducción.

Los temporizadores/contadores son probablemente los periféricos complejos de mayor uso en los

microcontroladores. Los temporizadores/contadores son altamente versátiles, se pueden emplear

para medir periodos de tiempo, para determinar el ancho de un pulso, para medir una velocidad,

para medir frecuencia, o para proporcionar señales de salida. Ejemplos de aplicaciones pueden

incluir la medición de las revoluciones por minuto de un motor de automóvil, el periodo exacto de

un tiempo especifico, tal como el tiempo de trayectoria de una bala, producir tonos para crear

música o para producir la chispa de una bujía de un sistema de ignición, o proveer el ancho

especifico de un pulso u obtener frecuencias especificas para el control de la velocidad de un

motor. En este capítulo se estudian los temporizadores/contadores del AVR.

No obstante el empleo de dos modos distintos, temporizadores y contadores,

temporizadores/contadores son simples contadores binarios ascendentes. Cuando se emplea el

temporizador, el contador binario estará contando periodos de tiempo aplicados a sus entradas, y

en el modo contador, estará contando los eventos o pulsos de alguna naturaleza. Por ejemplo, si el

contador binario tiene pulsos de 1 milisegundo en su entrada, el periodo de tiempo puede ser

medido iniciando el contador al inicio de un evento y parando el contador al final del evento. La

cuenta final en el contador será el número de milisegundos que ha transcurrido durante el evento.

Cuando el temporizador/contador es empleado como un contador, los eventos a ser contados son

aplicados a la entrada del contador binario, el número de eventos es contado. Por ejemplo, el

contador puede ser empleado para contar el número de latas de sopa en una línea de llenado de

una fábrica de sopas, aplicando un pulso a la entrada del contador por cada lata de sopa. En

cualquier momento, el contador podrá ser leído para determinar cuántas latas de sopa han pasado

en la línea de llenado.

Los microcontroladores AVR poseen dos temporizadores/contadores de 8 bits y uno de 16 bits. En

uno y otro caso, lo importante para el programa es conocer cuando se alcanza la máxima cuenta y

los desbordamientos correspondientes. En el caso de un contador de 8 bits, la cuenta máxima que

puede alcanzar es 255, en cuyo caso la siguiente cuanta puede causar un desbordamiento y llevar

al contador a 0. En el caso del contador de 16 bits, lo mismo ocurre para 65,535.El evento de

desbordamiento es muy importante para que el programa lea exactamente los resultados del

temporizador/contador. De hecho, los desbordamientos son tan importantes que se proporciona

la interrupción cuando ocurre está en el temporizador/contador.

4.1 Temporizador y contador.

Un temporizador o timer, es un reloj especializado, que regularmente se ocupa para controlar la

secuencia de un evento o proceso. Un contador es en términos generales, un dispositivo que

almacena el número de veces que un evento se lleva a cabo.

Un temporizador en un microcontrolador AVR, es un registro que almacena el número de pulsos

de reloj que ocupa como base de tiempo y que, al llegar a un valor de sobre flujo, regularmente

genera una interrupción.

Por otro lado el contador del AVR es un registro que se compara constantemente contra otro

registro y que al igualarse el valor de ambos regularmente se genera una interrupción.

El AVR atmega8 posee tres temporizadores, dos de ellos, timer 0 y timer 2, son de 8 bits, mientras

que uno de ellos, el timer 1, es de 16 bits.

4.2 Uso de timer 1.

4.2.1 Registro de cuenta TCNT1.

Este es el registro encargado de llevar la cuenta de los pulsos de reloj.

4.2.2 Registro de control A, TCCR1A.

Bit 7:6 - COM1A1:0 Modo de salida de comparación para canal A.

Bit 5:4 - COM1B1:0 Modo de salida de comparación para canal B.

Bit 3 – Forzamiento de salida de comparación, canal A.

Bit2 – Forzamiento de salida de comparación, canal B.

Bit 1:0 – WGM11:10 Modo de generación de formas de onda.

Los bits COM1A1:0 y COM1B1:0 controlan el estado de las terminales del microcontrolador –

OC1A y OC1B respectivamente- . Si una o ambas terminales de comparación COM1A1:0 son

puestas a uno, la salida OC1A anula la funcionalidad normal del puerto I/O conectando a la función

OC1A, lo mismo ocurre si ambos bits COM1B1:0, la salida OC1B anula la funcionalidad del puerto

I/O conectando a la función OC1B. Hay que notar que el registro DDR correspondiente a OC1A y

OC1B debe ser puesto a uno para habilitar la salida.

Cuando los bits OC1A o OC1B son conectados a la terminal, la función de los bits COM1x1:0 es

independiente de los bits WGM13:0. La siguiente tabla muestra los bits COM1x1:0 cuando se esta

trabajando el timer en modo no PWM.

COM1A1/COM1B1 COM1A0/COM1B0 Descripción

0 0 Operación normal del puerto, OC1A/OC1B desconectada

0 1 Conmutación OC1A/OC1B encendida en comparación 1 0 En cero OC1A/OC1B en comparación (poner salida en

nivel bajo) 1 1 Poner en uno OC1A/OC1B en comparación (poner

salida en nivel alto

4.2.3 Registro de control B, TCCR1B.

Bit 7 – INC1 Cancela de ruido de entrada de captura.

Bit 6 – ICES1 Selección de flanco de activación para entrada de captura.

Bit 5 – Reservado.

Bit 4:3 – WGM13:12 Modo de generación de formas de onda.

Bit 2:3 – CS12:10 Fuente de reloj para el temporizador 1. Estos últimos tres bits,

configuran la fuente de reloj que utiliza el temporizador 1, de acuerdo a la siguiente tabla.

CS12 CS11 CS10 Descripción

0 0 0 Sin fuente de reloj (timer/counter detenido) 0 0 1 Sistema de reloj, CK (sin pre escalador) 0 1 0 Sistema de reloj, CK/8 0 1 1 Sistema de reloj, CK/64 1 0 0 Sistema de reloj, CK/256 1 0 1 Sistema de reloj, CK/1024 1 1 0 Fuente externa en la terminal 1, flanco de subida 1 1 1 Fuente externa en la terminal 1, flanco de bajada

Tabla 4.1 Bits de selección de fuente de reloj.

4.2.4 Registro de salida de comparación 1A, OCR1A.

4.2.5 Registro de salida de comparación 1B, OCR1B.

Los registros OCR1A y OCR1B son constantemente comparados contra el valor del registro TCNT1,

una igualdad entre estos registros se puede utilizar para generar una interrupción.

4.2.6 Registro de entrada de captura 1, ICR1.

Este registro es actualizado cada vez que ocurre un evento e pin de captura ICP1.

4.2.7 Registro de mascaras de interrupción del timer/counter, TIMSK.

Bit 5 – TICIE1 Habilitación de interrupción por entrada de captura 1.

Bit 4 – OCIE1A Habilitación de interrupción por salida de comparación 1, canal A.

Bit 3 – OCIE1B Habilitación de interrupción por salida de comparación 1, canal B.

Bit 2 – TOIE1 Habilitación de interrupción por desbordamiento del timer 1.

4.2.8 Registro de banderas de interrupciones del timer/counter, TIFR.

Bit 5 – ICF1 Bandera de entrada de captura 1.

Bit 4 – OCF1A Bandera de salida de comparación 1, canal A.

Bit 3 - OCF1B Bandera de salida de comparación 1, canal B.

Bit 2 – TOV1 Bandera de desbordamiento del timer 1.

4.3 Práctica del timer 1.

4.3.1 Objetivo.

Comprender el funcionamiento de los timers del AVR atmega8 así como los registros que

intervienen en su configuración.

4.3.2 Material.

El material necesario para realizar esta práctica es el siguiente:

Cantidad cantidad

1 Cristal de cuarzo de 4 MHZ. 2 Capacitores de 22 pf 1 Interruptor tipo push button 1 Resistor de 10KΩ 1 Resistor de 1KΩ 4 Resistores de 220Ω 4 Diodos emisores de luz LEDs 1 Programador de microcontroladores 1 Microcontrolador atmega8 1 Fuente de alimentación de 5 volts Pinzas, protoboard, cable telefónico

4.3.3 Desarrollo.

Para realizar esta práctica se emplea el siguiente circuito.

Xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

4.3.4 Código.

//____________Inicio del programa

#include <avr/io.h>

#include <avr/interrupt.h>

#include <avr/signal.h>

#define step1 8

#define step2 4

#define step3 2

#define step4 1

static int8_t step; //declaración de una variable entera estática de 8 bits

void config_io(void) //declaración de una función de configuración IO

DDRC =0x0F; //configuración de puertos de IO

TCCR1B = _BV (CS11); //pre escala para el timer 1 (clk/8)

TIMSK = _BV (TOIE1); //activar interrupción por sobre flujo del timer 1

sei(); //activación de interrupciones globales

INTERRUPT (SIG_OVERFLOW1) //interrupción por sobre flujo timer 1

step++;

switch (step)

case (1):

PORTC=step4;

break;

case (2):

PORTC=step3;

break;

case (3):

PORTC=step2;

break;

case (4):

PORTC=step1;

step=0;

break;

void main (void) //función principal

config_io (); //llamada a función config_io

while (1);

//_____________fin de programa

4.4 Uso del counter 0.

A continuación veremos cómo configurar el counter 0 del AVR. Este timer/counter es de 8 bits. Su

configuración es análoga al timer 1, y que los registros para su configuración son similares.

4.4.1 Registro de control del timer 0, TCCR0.

Bit 2:0 – CS02:CS00 fuente de reloj para el timer/counter0.

CS02 CS01 CS00 Descripción

0 0 0 Sin fuente de reloj (timer/counter detenido) 0 0 1 Sistema de reloj, CK (sin pre escalador) 0 1 0 Sistema de reloj, CK/8 0 1 1 Sistema de reloj, CK/64 1 0 0 Sistema de reloj, CK/256 1 0 1 Sistema de reloj, CK/1024 1 1 0 Fuente externa en la terminal 0, flanco de subida 1 1 1 Fuente externa en la terminal 0, flanco de bajada

4.4.2 Registro de cuenta 0, TCNT0.

4.4.3 Registro de mascara de interrupciones de timer/counter, TIMSK y registro de banderas de

interrupción del timer/counter, TIFR.

Son los mismos registros que se utilizaron para configurar el timer 1, la diferencia radica en

seleccionar los bits adecuados para el timer 0.

4.5 Práctica del counter 0 y timer 1.

4.5.1 Objetivo.

Comprender el funcionamiento de los contadores del AVR atmega8 así como los registros que

interviene en su configuración.

4.5.2 Desarrollo.

Cantidad Descripción

1 Push button

1 Capacitor cerámico de 0.22 µf 2 Resistores de 10 kΩ 5 Resistores de 220Ω 4 LEDs 1 Programador de microcontroladores AVR 1 Microcontrolador atmega8 1 Protoboard, pinzas, cable telefónico, fuente de alimentación

4.5.3 Desarrollo.

Arma el circuito de la siguiente figura.

Xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

4.5.4 Código.

//____________Inicio del programa

#include <avr/io.h>

#include <avr/interrupt.h>

#include <avr/signal.h>

#define step1 8

#define step2 4

#define step3 2

#define step4 1

static int8_t step; //declaración de una variable entera estática de 8 bits

void config_io(void) //declaración de una función de configuración IO

DDRC =0x0F; //configuración de puertos de IO

DDRD=0b11101111; //PD2 como entrada

TIMSK = _BV (TOIE0); //activar interrupción por sobre flujo del timer 0

TCCR0=_BV (CS02) |_BV (CS01); // fuente externa, flanco de bajada

TCNT0=251; //cargar el 251 al registro de cuenta del timer/counter0

sei(); //activación de interrupciones globales

void config_timer1 (void)

TCCR1B=_BV (CS11); //pre escala para el timer 1 (clk/8)

TIMSK=_BV (TOIE1); //activar interrupción por sobre flujo del timer 1

INTERRUPT (SIG_OVERFLOW1) //interrupción por sobre flujo timer 1

step++;

Switch (step)

case (1):

PORTC=step4;

break;

case (2):

PORTC=step3;

break;

case (3):

PORTC=step2;

break;

case (4):

PORTC=step1;

step=0;

break;

INTERRUPT (SIG_OVERFLOW0)

Config_timer1 ();

void main (void) //función principal

config_io (); //llamada a función config_io

While (1);

//_____________fin de programa