AVR入門その４

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前回 の続きです。今回はタイマ割り込みを使って数字を表示します。。

目次

16. 前回のプログラムの問題点

前回 は7セグで4桁の数字を表示しました。しかし、前回の方法だと7セグを点灯している間は他の処理ができなくなってしまいます。これは、点灯した後に5ms待機する処理をCPU側でやってしまっているためです。今回は、タイマ割り込みというものを使ってこの問題を解決します。

17. タイマ割り込み

CPUはクロックの合図に合わせて演算を行います。前回のプログラムでは、5ms経過することをCPU側でクロックを数えていました。タイマカウンタは、クロックが何回数えたかを教えてくれる部品です。 タイマカウンタが数えた値がある値になったとき、CPUの処理を中断して特定の処理が実行されます。このように、CPUの処理を中断させて特定の処理を実行することを割り込みといいます。 タイマ割り込みをすることによって。一定時間待つという処理をCPUとは独立に行うことができます。

17.1. タイマカウンタの使い方

今回使うAVRマイコンにはタイマが3つあります。ここではTIMER0を使います。

クロックからパルス波を一つ受け取るごとに、タイマカウンタは一つずつ数え上げていきます。TIMER0は8bitなので0~255の256回数え上げることができます。

17.2. プリスケーラ

ATmega88のクロック周波数は1MHzだから、このままだと128μsしか数えることができません。そこで使うのがプリスケーラです。

プリスケーラはタイマの分解能を変える部品です。例えば、タイマの分解能を1/1024にすれば、128msまで数えることができます。

17.3. タイマのモード

何も設定しなければ、256まで数えたときに割り込みが発生します。しかし、これでは8msごとにしか割り込みできません。

タイマの割り込みのタイミングはいくつか存在します。そのうち、コンペアマッチAは、カウンタがレジスタOCR0Aに達したとき割り込みが発生します。

今回は、OCR0Aに160を入れれば5msごとに割り込みが発生します。このように、最大値まで行かなくてもタイマが0になるモードをCTCモードといいます。

18. レジスタの設定

では、具体的にどのようなプログラムを書けばよいのか解説します。

18.1. Timer/Counter Control Register

TCCR0A76543210
ビット名COM0A1COM0A0COM0B1COM0B0--WGM01WGM00
値00000010
TCCR0B76543210
ビット名FOC0AFOC0B--WGM02CS02CS01CS00
値00000101

上の二つのレジスタはセットで考えます。

まず、WGM02、WGM01、WGM00はタイマの動作モードを指定するビットです。

  • Normalモード は標準のモードで、最大値255(=0xFF)まで数え上げます。
  • PWM,Phase Correct は三角波のPWMを出力します。
  • Fast PWM　はのこぎり波のPWMを出力します。
  • CTC が今回使うモードで、OCR0Aに達したらタイマを0にセットします。

次に、CS02,CS01,CS00はプリスケーラを設定するビットです。

今回はプリスケーラを使わないので、二行目（つまり0,0,1）で設定します。

18.2. Timer/Counter Interrupt Mask Register

TIMSK076543210
ビット名-----OCIE0BOCIE0ATOIE0
値00000010

TIMSK0は割り込みの種類を選択するレジスタです。

  • TOIE0=1ならオーバーフロー割り込みが有効
  • OCIE0A=1ならコンペアマッチA割り込みが有効
  • OCIE0B=1ならコンペアマッチB割り込みが有効

今回はコンペアマッチA割り込みを有効にしたいので、

TIMSK0=0x02

とします。

18.3. 割り込みハンドラ

割り込みで呼び出される処理は

ISR(TIMER0_COMPA_vect){
	/* 処理 */
}

に書きます。また、割り込みを許可するためには

sei();

とsei関数を呼び出します。逆に、割り込みを禁止したいときは

cli();

とcli関数を呼び出します。

19. プログラム

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

unsigned char buf[4];

void display(int i);

int main(void){
	DDRD=0xFF;
	PORTD=0b00000000;
	DDRB=0x0F;
	PORTB=0x00;

	//timer0 制御レジスタA
	TCCR0A = 0b00000010;
	//timer0 制御レジスタB
	TCCR0B = 0b00000101;
	//timer0 割り込み設定
	TIMSK0 = 0b00000010;
	OCR0A=4;
	//割り込みを許可
	sei();
	int i=0;
	while(1){
		i--;
        if(i<0){
            i=9999;
        }
		display(i);
		_delay_ms(1000);
	}
	return 0;
}

void display(int i){
	const unsigned char digit[]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F};
	/*ピンの接続:
	 * PORTD:
	 * 	0 -> A		
	 * 	1 -> B		    A
	 * 	2 -> C		  +---+
	 * 	3 -> D		F | G |B
	 * 	4 -> E		  +---|
	 * 	5 -> F		E |   |C
	 * 	6 -> G		  +---+ .
	 * 	7 -> DP		    D   DP
	 * */
	i=i%10000;
	buf[3]=digit[i%10];
	buf[2]=digit[(i%100)/10];
	buf[1]=digit[(i%1000)/100];
	buf[0]=digit[i/1000];
}

ISR(TIMER0_COMPA_vect){
	static int sw=0;
	sw=(sw+1)%4;
	PORTB=1<<sw;
	PORTD=buf[sw];
}
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