Timer0 AVR temporizador contador


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timer0 avr atmega88En este caso se verá el uso del timer0 AVR como contador, temporizador y en modo comparador, el uso del timer0 AVR en modo PWM se verá en otro apartado, en lo que sigue se comentará para el caso del ATmega88 por lo que es muy importante que se tenga a mano la hoja  de datos del atmega88, para el caso de utilizar algún otro microcontrolador AVR el procedimiento será muy similar a lo aquí comentado, la programación se realizará con atmel studio.

El timer0 AVR es un temporizador contador de 8 bits, el registro donde se guardan los valores del timer0 AVR es el registro temporizador contador representado por TCNT0, cuando es utilizado como temporizador, sus valores aumentaran de uno en uno entre 0 y 255 con cada ciclo de reloj, por ejemplo si el oscilador con el que está funcionando el microcontrolador AVR es de 1MHz, entonces el registro TCNT0 aumentará una unidad en 1 us, si el registro TCNT0 se incrementa en 100 unidades habrán transcurrido 100us; cuando es utilizado como contador el temporizador AVR ya no aumenta su valor de uno en uno en cada ciclo de reloj, sino que lo hará mediante el flanco de subida o el flanco de bajada de alguna señal que llegue a un pin especial del AVR conectado al timer0 AVR, este pin es identificado como T0 que en el ATmega88 es el pin6 o PD4, esto puede variar de acuerdo al microcontrolador avr utilizado, pero siempre se llamará T0.

El registro TCNT0 del timer0 AVR puede ser leído y escrito, puede ser prescalado para que el tiempo en su incremento de valor en una unidad sea mayor, el timer0 AVR cuando alcanza su valor máximo de 255 se reinicia, volviendo a incrementar sus valores de 0 a 255, además cuando llega a su valor máximo y se reinicia puede producir una interrupción, lo cual se decide por programa.

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Timer0 AVR como contador

Para el ATmega88 el registro TCNT0 del timer0 AVR está formado por 8 bits por lo que se puede contar desde 0 hasta 255, al utilizar timer0 AVR como contador este no aumentará sus valores o su cuenta con cada ciclo de programa, en este caso el timer0 estará conectado al pin T0 por donde se le hará llegar una señal, la cual al cambiar de estado hará que el timer0 AVR se incremente en una unidad, estos incrementos en su cuenta pueden ser por cada flanco de subida o cada por flanco de bajada de la señal, el flanco a utilizar se elige por programa, por ejemplo su se elige el flanco de subida quiere decir que cada vez que la señal que llega al pin T0 pase de un bajo a un alto o de 0 a 1, el registro  TCNT0 aumentará en una unidad, de esta manera se le puede utilizar como contador, cuando la señal pase de un alto  a un bajo o de 1 a 0 el registro TCNT0 no aumentará su valor o no se incrementará.

Para programar el timer0 AVR como contador será necesario colocar todos los bits del registro TCCR0A a cero, esto es TCCR0A=0, en realidad esto no es necesario ya que el registro se inicializa automáticamente a 0, este registro será útil cuando se utilice el timer0 AVR en modo comparación y para la modulación de ancho de pulso PWM.

timer0 avr TCCR0A

El registro TCCR0B es el que permitirá utilizar el timer0 avr como contador:

temporizador contador avr tccr0b

Según se ve en la hoja de datos del ATmega88 para utilizar el timer0 AVR como contador, del registro TCCR0B hay que manipular sus bits 0, 1 y 2 (CS00, CS01 y CS02) los demás bits se pondrán a 0, se tienen dos posibilidades, para que el conteo se realice cuando la señal que llega al pin T0 pase de 0 a 1 o por flanco de subida estos 3 bits se pondrán a 1 esto es CS00=1, CS01=1 y CS02=1; y si el conteo será cuando la señal que llega al pin T0 pase de 1 a 0 o por flanco de bajada solo se pondrán a 1 los bits 1 y 2, mientras el bit0 se deja a 0 esto es CS00=0, CS01=1 y CS02=1.

timer0 avr TCCR0B bits

Al elegir alguna de las 2 posibilidades, cada vez que la señal digital que llegue al pin T0 pase de un alto a un bajo o de un bajo a un alto, según se haya elegido, el valor del contador, esto es el valor del registro TCNT0, aumentará en una unidad hasta un máximo de 255, luego se pondrá nuevamente a 0 y otra vez comenzará el conteo.

Ejemplo

Se utilizará el timer0 AVR como contador,  para ello se ha preparado el circuito tal como se muestra en la imagen, la señal digital será generada con la ayuda de un fotorresistor y una resistencia conectados al pin T0, se hará que le registro TCNT0 aumente su cuenta por cada flanco de subida, cada vez que al se ilumine el fotorresistor este disminuá su valor y al pin T0 le llegará un alto produciendo un flanco de subida, lo que provocará que el registro TCNT0 aumente en una unidad, cuando se deje de iluminar el fotorresistor este aumentará su valor por lo que al pin T0 le volverá a llegar un 0, pero esto no provocará el aumento del registro TCNT0 en una unidad, ya que será un flanco de bajada; los valores del registro TCNT0 serán vistos en el puerto B por medio leds, estos valores serán vistos por tanto en forma binario contando de 0 a 255, tras lo cual se reiniciará para volver a contar de 0 a 255.

timer0 avr circuito prueba

El programa realizado en el atmel studio para el uso del temporizador contador timer0 AVR como contador es el siguiente:

temporizador contador avr como contador

Timer0 AVR como temporizador

Para el ATmega88 el registro TCNT0 del timer0 AVR está formado por 8 bits por lo que se sus valores pueden ser desde 0 hasta 255, al utilizar timer0 AVR como temporizador este aumentará sus valores o su cuenta con cada ciclo de reloj,  sus valores aumentaran de uno en uno entre 0 y 255, por ejemplo si el oscilador con el que está funcionando el microcontrolador AVR es de 1MHz, entonces el registro TCNT0 aumentará una unidad en 1 us, si el registro TCNT0 se incrementa en 27 unidades habrán transcurrido 27us.

Normalmente el registro del timer0 TCNT0 irá aumentando su conteo con cada ciclo de reloj del microcontrolador, si se usa por ejemplo una frecuencia de trabajo (lo que se conoce como FCPU) de 1Mhz entonces el registro TCNT0 aumentará en una unidad cada microsegundo, y como este registro es de 8 bits este aumentará desde 0, o desde algún valor que se le ponga como valor inicial al registro TCNT0, hasta un máximo de 255, por ejemplo si va desde 0 hasta 255 habrán transcurrido 255us luego volverá a 0 pero en esa vuelta a 0 transcurre 1us mas, por lo cual en ir de 0 y volver a 0 transcurren 256us; no siempre se utiliza una FCPU de 1Mhz esto puede variar, por lo que como consecuencia variará el tiempo que trascurre para que el registro TCNT0 aumente su valor.

Para programar el timer0 AVR como temporizador será necesario colocar todos los bits del registro TCCR0A a cero, esto es TCCR0A=0, en realidad esto no es necesario ya que el registro se inicializa automáticamente a 0, este registro será útil cuando se utilice el timer0 AVR en modo comparación y para la modulación de ancho de pulso PWM.

timer0 avr TCCR0A

El registro TCCR0B es el que permitirá utilizar el timer0 avr como temporizador:

El timer0 AVR cuenta con lo que se conoce como el prescaler esto hace que la frecuencia de trabajo FCPU se divida por este prescaler, con lo que se logra que el timer0 AVR tarde un poco mas en aumentar su valor en una unidad; el prescaler puede tomar el valor de 1, 8, 64, 256 o 1024; estos valores se eligen programando los bits 0, 1 y 2 del registro TCCR0B, los bits 7 a 3 en este caso se pondrán a 0.

temporizador contador avr tccr0b

En la siguiente tabla se ve los valores que hay que dar a estos bits para obtener los diferentes valores de los prescaler para el temporizador timer0 AVR, observar que cuando estos bits son todos iguales a 0 el timer0 AVR está deshabilitado.

timer0 avr TCCR0B bits

Si el prescaler elegido es por ejemplo de 8 y la FCPU=1Mhz, entonces la frecuencia de trabajo del timer0 AVR Ftemp será de Ftemp=FCPU/prescaler, el tiempo  que tardará ahora el temporizador en aumentar una unidad será la inversa de este valor lo cual se conoce como periodo Ttemp=prescaler/FCPU por lo que en este caso Ttemp=(8)/(1Mz) de donde Ttemp=8us, esto quiere decir que ahora el timer0 AVR aumentará en una unidad cada 8us y en este caso entonces el registro TCNT0 para ir de 0 a 255 tardará 255*Ttemp=255*8us=2040us=2,040ms; la misma idea es para los demás prescaler.

Al utilizar los prescaler se tiene la ventaja de lograr tiempos mas largos para cada incremento en una unidad del registro TCNT0 del timer0 AVR, y por lo tanto realizar temporizaciones mas largas mientras el timer0 AVR incrementa sus valores.

De acuerdo a los tiempos que se quieran obtener al utilizar el timer0 AVR, habrá que utilizar el prescaler adecuado así como inicializar el registro TCNT0 también con un valor adecuado, no olvidar que este registro es de 8 bits y por lo tanto solo puede contener valores enteros entre 0 y 255.

Utilizando una regla de 3 simple se llega a la siguiente ecuación que ayudará a encontrar el valor inicial adecuado a cargar en el registro TCNT0 para obtener el tiempo buscado.

TCNT0=28-Tretardo*(FCPU/prescaler)

Donde TCNT0 es el valor inicial a cargar en este registro para obtener el  tiempo buscado, 28 porque el timer0 es de 8 bits, Tretardo es el tiempo que se quiere obtener con el timer0 AVR, FCPU es la frecuencia de trabajo del microcontrolador o del cristal utilizado, y prescaler será el prescaler elegido según la tabla anterior.

Por ejemplo si se quiere temporizar 50ms, en este caso 50ms sería el tiempo de retardo, y si el microcontrolador AVR trabaja con una FCPU de 1Mhz, habrá que elegir entre los posibles prescaler que se tienen, reemplazar en la ecuación anterior y ver si el número obtenido esta entre 0 y 255, de ser así la elección del prescaler es correcta, de lo contrario habrá que utilizar otro, por ejemplo si se elige un prescaler de 256 se tendría:

TCNT0=256-(50ms)(1Mhz)/256

TCNT0=60,6875

El valor obtenido está entre 0 y 255 aunque no es un número entero, por lo que hay que redondearlo a un entero cercano en este caso 60, al hacer esto la temporización no será exactamente 50ms pero si un valor bastante próximo y aceptable.

60 sería el valor inicial a cargar en el registro TCNT0 para obtener una temporización de 50ms con el timer0 AVR, esto quiere decir que si se inicia el timer0 AVR con 60 y un prescaler de 256, cuando aumente su valor de 60 a 255 habrán transcurrido 50ms.

Este proceso será el que se seguirá cuando se utilice el timer0 AVR como temporizador.

Ejemplo

Se utilizará el timer0 AVR como temporizador,  para ello se ha preparado el circuito tal como se muestra en la imagen, se hará parpadear un led conectado en el pin PD7 cada 50ms, este tiempo será obtenido mediante la temporización con el timer0 AVR aprovechando lo calculado hace un momento, la frecuencia de trabajo será de 1Mhz, el prescaler será de 256 y habrá que cargar el registro TCNT0 con un valor inicial de 60.

timer0 avr circuito

El programa realizado en el atmel studio para el uso del temporizar contador timer0 avr como temporizador es el siguiente:

 timer0 avr ejemplo código

Timer0 AVR en modo comparador modo CTC

timer0 avr atmega88Al utilizar el timer0 AVR en modo comparador ocurre que el registro TCNT0, que en este caso es de 8 bits, irá aumentando su valor de uno en uno desde 0 hasta que este se haga igual a un valor almacenado en el registro OCR0A (no en el registro OCR0B), en el momento que se hacen iguales los valores de los registros TCNT0 y OCR0A, el registro TCNT0 se pone automáticamente a cero o también se dice se borra, para nuevamente comenzar a aumentar su valor desde 0 hasta que se vuelva hacer igual al valor almacenado en el registro OCR0A.

A esto se lo conoce como el modo de trabajo CTC, que quiere decir borrado del timer por comparación.

Si se utiliza el modo CTC y se tiene almacenado un valor en el registro OCR0A, eso quiere decir que por el pin 12 (pin OC0A) o el pin 11 (pin OC0B), mas adelante se verá como elegir el pin a utilizar en este caso para atmega88, cuando el valor del registro TCNT0 se haga igual al valor almacenado en el registro OCR0A ocurrirá algún evento en alguno de estos pines, como por ejemplo que si el  pin está a uno se pondrá a cero, o si está a cero se pondrá a uno; es necesario ademas configurar el pin a utilizar como una salida mediante el registro DDRx dependiendo en que puerto este el pin, que para el atmega88 está en el puerto D.

En el modo de trabajo CTC del timer0 se utilizarán los registros TCCR0A y  TCCR0B

El registro TCCR0A con este registro se elige si el evento a ocurrir como respuesta por comparación a la igualdad entre el registro TCNT0 y el registro OCR0A, será por el pin OC0A u OC0B, en la siguiente imagen se tiene el registro TCCR0A, en el se pueden ver los nombres dados a sus bits.

timer0 avr TCCR0A

Los bits 7 y 6 son para elegir que el evento cuando ocurra la comparación sea por el pin OC0A, para elegir el tipo de evento que ocurrirá cuando se iguale el registro TCNT0 con el registro OCR0A, en el caso de utilizar el pin OC0A para las combinaciones de los bits 7 y 6 se tiene la siguiente tabla, si ambos bits son 0 la opción OC0A del pin no está disponible trabajando el pin como una entrada salida digital normal.

timer0 avr modo comparador1

Si por ejemplo los bits 6 y 7 se ponen a 0 el pin 12(pin OC0A) no se verá afectado por la comparación pudiendo utilizarse como una entrada salida digital, si por ejemplo el el bit7 se pone a 0 y el bit6 a 1 entonces el estado del pin OC0A alternará cada vez que la comparación ocurra, si el bit7 y el bt6 se ponen a 1 ocurrirá que si el pin OC0A estaba a 0 este se pondrá a 1, pero si estaba a 1 este no se verá afectado.

Los bits 5 y 4 son para elegir que el evento cuando ocurra la comparación sea por el pin OC0B, para elegir el tipo de evento que ocurrirá cuando se iguale el registro TCNT0 con el registro OCR0A, en el caso de utilizar el pin OC0B para las combinaciones de los bits 5 y 4 se tiene la siguiente tabla, si ambos bits son 0 la opción OC0A del pin no está disponible trabajando el pin como una entrada salida digital normal.

timer0 avr modo comparador2

Si por ejemplo los bits 5 y 4 se ponen a 0 el pin 11(pin OC0B) no se verá afectado por la comparación pudiendo utilizarse como una entrada salida digital, si por ejemplo el el bit5 se pone a 0 y el bit4 a 1 entonces el estado del pin OC0B alternará cada vez que la comparación ocurra, si el bit5 y el bt4 se ponen a 1 ocurrirá que si el pin OC0B estaba a 0 este se pondrá a 1, pero si estaba a 1 este no se verá afectado.

Los bits 3 y 2 no se utilizan por lo que se les suele pones a 0.

El bit1 para utilizar el modo CTC tiene que ser puesto a 1, ¡Muy importante!

El bit0 este bit en el modo comparación se pone a 0, será utilizado en el modo PWM.

El registro TCCR0B con este registro se elige el prescaler a utilizar, para obtener en cuanto tiempo se quiere que el registro TCNT0 se iguale al registro OCR0A, en la siguiente imagen se tiene el registro TCCR0B, en el se pueden ver los nombres dados a sus bits.

temporizador contador avr tccr0b

Los bits 7 y 6 no son utilizados en el modo CTC por lo que se les pone a 0.

Los bits 5 y 4 no se utilizan por lo que se les suele poner a 0.

El bit3  este bit en el modo comparación se pone a 0, será utilizado en el modo PWM.

Los bits 2, 1, y 0 son utilizados para elegir el prescaler de acuerdo a las combinaciones de estos bits, según la siguiente tabla.

timer0 avr TCCR0B bits

Timer0 AVR en modo comparador modo CTC el registro OCR0A

En el registro OCR0A se cargará el valor hasta el cual se quiere que llegue el registro TCNT0 en el modo CTC, por lo que hay que ver como se puede encontrar el valor adecuado a cargar en el registro OCR0A, se ha visto que para utilizar el timer0 AVR como temporizador hay que cargar el registro TCNT0 con un valor obtenido de la siguiente ecuación:

TCNT0=28-Tretardo*(FCPU/prescaler)-1

Para el caso de utilizar el timer0 AVR en modo de comparación o CTC hay que cargar en el registro OCR0A, la cantidad de veces que tiene que contar el registro TCNT0, lo que viene a ser el máximo valor al que el registro TCNT0 puede llegar que es 255 menos lo que sería necesario cargar en el registro TCNT0 para obtener el tiempo buscado, entonces de la ecuación anterior se tendría que cargar el registro OCR0A:

OCR0A  = 28-TCNT0-1 = Tretardo*(FCPU/prescaler)

entonces:

OCR0A= Tretardo*(FCPU/prescaler)

El registros OCR0A es de 8 bits por lo que el valor obtenido mediante la ecuación anterior tendrá que ser un número entero comprendido entre 0 y 255, de no ser así el valor no será válido.

Por ejemplo, para lograr que la comparación ocurra cada 50ms, utilizando un prescaler de 256 será necesario cargar el registro OCR0A con el valor de

OCR0A=(50ms)(1Mhz)/256

De donde OCR0A=195,3125

El valor obtenido está entre 0 y 255 aunque no es un número entero, por lo que hay que redondearlo al entero mas cercano en este caso 195, al hacer esto la comparación no ocurrirá exactamente a los 50ms pero si en un momento bastante próximo y aceptable.

Para el registro TCNT0 del timer0 AVR, si se carga el registro OCR0A con 195 y se utiliza un prescaler de 256, entonces cuando aumente el valor del registro TCNT0 de 0 a 195 habrán transcurrido 50ms.

195 sería el valor a cargar en el registro OCR0A para que cada 50ms el valor del registro TCNT0 llegue a 195 y por comparación se produzca un evento en el pin OC0A u OC0B, tras lo cual el registro TCNT0  se pondrá automáticamente a 0 para volver a aumentar su valor nuevamente hasta 195 en un lapso de 50ms y se vuelva ha repetir el proceso.

Con los valores obtenidos se hará el siguiente ejemplo.

Ejemplo:

Para el ejemplo del uso del temporizador contador timer0 avr en modo CTC, se utilizará el pin 11 o pin OC0B del ATmega88 como el pin en el que ocurrirá un evento, que será que cada vez que ocurra la la igualdad entre el registro TCNT0 y el registro OCR0A el estado de este pin OC0B cambie, este pin hay que configurar como una salida digital mediante el DDRD correspondiente, se hará que el pin OC0B cambie de estado cada 50ms, esto será observado mediante un led conectado a este pin.

Será necesario entonces utilizando los cálculos anteriores cargar el registro OCR0A=195, del registro TCCR0A hay que poner a 1 su bit4 para que el evento por cambio de estado sea por el pin OC0B, y también hay que poner a 1 su bit1 para hacer trabajar el timer0 el modo CTC, sus demás bits se ponen a 0.

TCCR0A=0b00010010;//cambio estado en el pin OC0B modo CTC

Del registro TCCR0B poner a 1 su bit2 y sus demás bits a 0 para tener el prescaler de 256, para hacer que un led conectado al pin OC0B cambie de estado cada 50ms.

TCCR0B=00000100;//prescaler de 256

El circuito utilizado para ver el uso del temporizador contador timer0 avr en modo CTC es el siguiente:

timer0 avr modo comparación circuito

El programa realizado en el atmel studio para el uso del temporizador contador timer0 AVR en modo CTC es el siguiente:

timer0 AVR como CTC código

La siguiente es una imagen de la simulación hecha para el ejemplo del uso del timer0 AVR en modo CTC, se puede ver que el cambio de estado del pin OC0B es cada 50ms.

timer0 AVR como CTC simulación

Si he logrado ayudarte en cuanto a la utilización del timer0 AVR como contador, temporizador y comparador, comparte este enlace para poder ayudar a muchas personas mas, el uso del timer0 AVR en modo PWM se verá en otra sección. Muchas Gracias.

Atte MrElberni.

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