05. タイマー割り込み

AVR のタイマ割り込みを使う

タイマー割り込み #Arduino - Qiita

事前知識

タイマー割り込みとは

タイマー割り込みとは、マイコン内蔵のタイマーが発火したときメインループを中断して任意の処理を行うことができる機能である。

タイマーについて

ATmega328P は 8 ビットの Timer0、16 ビットの Timer1、8 ビットの Timer2 を持つ。

タイマーはそれぞれクロックが入るたびに 1 だけカウントしていき、オーバーフローしたら割り込みが入る。(後述する CTC を使う場合は CTC の設定値を超えたときに割り込みが入る。)

クロック周波数 16Mhz で 8 ビットのタイマーを使ったとき、カウンターの最大値は \(2^8\) なので 16us 間隔の発火になる。

\[ \frac{1}{16 \times 1000 \times 1000} \times 2^8 = 16 \times 10^{-6} \mathrm{s} \]

タイマー割り込みの間隔をもっと短くしたい場合は CTC を使えば良い。

タイマー割り込みの間隔をもっと長くしたい場合は 16 ビットのタイマーを使うなり、後述するプリスケーラを使えば良い。

CTC

通常タイマーはカウンターがオーバーフローしたら発火するが、CTC(Counter Timer Circuit)という方式を使うとカウンターが一定の値になったときに割り込みを発火させることができる。これを使って割り込み間隔を細かくできる。

プリスケーラ

プリスケーラを使うとタイマーのカウンターを遅らせることができる。ATmega328P では 8 分割、64 分割、256 分割、1024 分割に対応している。8 分割だと8 数えるたびにタイマーをカウントするみたいな感じになる。

実装例

#define F_CPU 16000000UL

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

ISR(TIMER0_COMPA_vect)  //タイマ割り込み
{
  PORTB ^= 0b00100000;    // PB5をビット反転させる
}

int main(void) {
  DDRB  = 0b11111111;   // PBxのピンのうち、全てを出力に設定する
  PORTB = 0b00000000;   // PBxのピン全ての出力を0にする

  // TCCR0Aレジスタ
  // 以下WGM02が0の場合
  // 0b******00: タイマーが0xFFになったら割り込み発火
  // 0b******10: CTC(タイマーが任意の値になったら発火)
  TCCR0A = 0b00000010;   // CTC有効

  // OCR0Aレジスタ
  OCR0A = 0xff;    // CTCの上限値。255にすると255クロックで割り込み発火。

  // TCCR0Bレジスタ
  // 0b*****xxx: 分周率の設定(001: プリスケールなし, 010: 8分割, 011: 64分割)
  TCCR0B = 0b00000001;  // これを有効にしないとワンショットになる

  // TIMSK0レジスタ
  // 0b*****x**: OCIE0B。Timer0の比較一致B割り込みの許可。
  // 0b******x*: OCIE0A。Timer0の比較一致A割り込みの許可。このビットを1に設定すると、OCR0Aに設定した値に達したときに割り込みが発生する。
  // 0b*******x: TOIE0。Timer0のオーバーフロー割り込み許可。
  TIMSK0 |= (1 << OCIE0A);

  // 割り込みを有効にする
  sei();

  while(1) {
    ;
  }

  return 0;
}