写这篇文章，纯粹是想为博客拉点点击量。在博客园，游客访问好像是不计入阅读量的，而作为一个十八线博主，注册用户的访问应该以搜索引擎为主，博客园首页为次，个位数的粉丝就别谈了。

所以，希望各位从搜索引擎点进来的朋友，多多评论，有问题咱们一起讨论。

我写过AVR单片机教程，设计过自己的Arduino板，希望你相信我能给你带来收获。

我不想听你放那么多屁，我只想知道周期为1ms的定时器中断怎么写！

什么是定时器

在ATmega328P单片机中，定时/计数器(Timer/Counter)是这样的组件：它需要一个时钟源，驱动一个8或16位的计数器递增或递减，当计数器等于一个值时，会触发一些操作，如产生中断、翻转引脚电平等。由于定时器的时钟源是系统时钟或外接晶振(一种产生频率精准的波的器件)分频得到的，一旦设置好定时器的工作参数，直到下次调整参数，定时器都会按照预期工作，与CPU执行的代码无关。

为什么要用定时器

之前有过这样的经历：跟一个优秀作品设计者聊了几句，他说同时控制舵机和扬声器很难控制好延时，扬声器输出的音乐节奏会乱。我第一反应当然是他没有用定时器中断，一问果然如此，并且他不知道中断也不知道定时器。

还有一位同学，写TI计算器的程序。在他的一个作品中，每次循环的计算量不定，循环间隔也不定，导致游戏效果不好。他的解决方法是根据计算量计算出循环最后需要的延时，使得循环间隔基本保持不变。

这种思路是相当优秀的。但是如果有定时器可用的话，编程难度会降低，循环间隔的一致性也会更好，是更加优秀的解决方案。

其实你一直在用定时器

Arduino Uno Rev3的3、5、6、9、10、11号端口可以使用analogWrite和tone函数，它们的功能都是利用定时器实现的。用函数确实方便，但是只知使用而不知其原理就只能停留在技术的表面——Arduino的强大封装对开发者的学习有两面性。

定时器其实不知道什么3号端口，它只知道OC2B。两种表示之间的对应关系如下表：端口编号硬件符号3PD3(PCINT19/OC2B/INT1)

5PD5(PCINT21/OC0B/T1)

6PD6(PCINT22/OC0A/AIN0)

9PB1(PCINT1/OC1A)

10PB2(PCINT2/SS/OC1B)

11PB3(PCINT3/OC2A/MOSI)

寄存器

寄存器是开发者与硬件打交道的方式。从编程的语法上，可以把寄存器当作是变量，可以对它赋值，也可以读取它的数值。

寄存器中的位有几种不同的组织结构，它们的存取方式也不尽相同：

TCCR1B寄存器中有4组参数：ICNC1、ICES1、WGM1[3:2]、CS1[2:0]。现在你完全无需理解这些字母的含义，但是得对这些数字有个概念：WGM1[3:2]表示从WGM13到WGM12；TCCR1B中的1表示该寄存器属于定时器1，ICNC1和WGM13等名字中的1也是；CS12中的2表示该位为CS1[2:0]位域(bitfield)中的第2位(最低位为第0位)。

ICNC1和ICES1都是1位的位域，它们的值可以是0或1；WGM1[3:2]是2位的位域，它的值可以是00、01、10、11；CS1[2:0]同理。

你也许一眼就能看出二进制的11在十进制中是3，但是你很可能看不出23对应10111。在Arduino编程中(语言为C++)，二进制数可以直接写，无需与十进制或十六进制转换。Arduino提供的方法是B10111，GCC提供的是0b10111(0b前缀字面量是C++14标准才规定的)。后者是我一直以来的习惯。

假如我要把这4个参数分别写为1、0、0b00、0b101，就要写：

TCCR1B =     1 << ICNC1

|     0 << ICES1

|  0b00 << WGM12

| 0b101 << CS10

;

全是0的可以不写，写是为了可读性。ICNC1是寄存器的第7位，所以代码中它的值就是7，其他位同理。

如果要判断ICNC1位是否为1：

if (TCCR1B & 1 << ICNC1)

// ...

如果要读取WGM1[3:2]位：

uint8_t wgm = (TCCR1B & 0b11 << WGM12) >> WGM12;

有的位因为不存在而不能写，如TCCR1B的第5位；有的位即使存在但是只读所以也不能写；有的位域分布于多个寄存器中，如WGM1[3:0]，低两位在TCCR1A，高两位在TCCR1B。

除了一个或多个位的位域以外，有些寄存器是整体使用的：

可以直接当变量读写：

OCR0A = 233;

uint8_t ocr0a = OCR0A;

还有16位寄存器，虽然读写不能用一句汇编搞定，但是高级语言层面上可以：

TCNT1 = 10086;

uint16_t tcnt1 = TCNT1;

不超过255的话可以只写低字节TCNT1L。

定时器相关寄存器总览：

定时器的工作模式

读数据手册无疑是深入了解单片机的最好方法，可惜很多人没这个耐心，几十页的英语也不是每个人都吃得消的。有些中文书打着介绍AVR单片机的幌子翻译数据手册，不仅没有营养还漏洞百出，我不也推荐。写这篇文章，也有避免后人重蹈覆辙的目的。

当然，除了有代码示例以外，本文再“详解”也详细不过数据手册，不过至少可以让你对定时器有个大致的印象，不致于让你读的时候一头雾水。

ATmega328P有3个定时器：定时器0、定时器1和定时器2(简单粗暴)。0和2都是8位的，2支持异步工作；1是16位的，精度更高，支持更多工作模式。我接触过其他型号的单片机，AVR的定时器是相对简单的。

定时器有3种工作模式：普通模式、CTC模式、PWM模式，其中PWM还分快速PWM、相位矫正(波形居中)PWM、相位与频率矫正PWM(频率可以任取，仅限定时器1)。

先讲各种模式中共通的部分。定时器需要一个时钟源，它可以是：时钟源适用范围无所有

clkI/O/N,N=1,8,64,256,1024clkI/O/N,N=1,8,64,256,1024

(clkI/OclkI/O为系统时钟，16MHz)定时器0/1

T0(4)引脚上升/下降沿定时器0

T1(5)引脚上升/下降沿定时器1

clkT2S/N,N=1,8,32,64,128,256,1024clkT2S/N,N=1,8,32,64,128,256,1024

(clkT2SclkT2S为系统时钟或外置32kHz晶振)定时器2

工作模式之间的区别在于计数器的变化方向与范围，介绍之前需要先下3个定义：名称描述BOTTOM0，计数器的最小值

MAX对8位定时器为0xFF，对16位定时器为0xFFFF，计数器的最大可能值

TOP计数器达到这个值时，可能会被清零，或变化方向改变

对定时器0和2，可以为MAX或OCRnA

对定时器1，可以为0x00FF、0x01FF、0x03FF、OCR1A或ICR1普通模式中，计数器从0开始增长到MAX，然后溢出回到0，周而复始。频率为(clkclk为定时器时钟频率)

clkMAX+1clkMAX+1

CTC模式和快速PWM模式中，计数器从0开始增长到TOP，然后不再继续增长而是直接回到0，重新开始增长。频率为

clkTOP+1clkTOP+1

两种相位矫正PWM模式中，计数器从0到TOP，再从TOP回到0，如此循环。频率为

clk2TOPclk2TOP

计数器比较

当计数器的值与OCRnA或OCRnB相等时，可以对OCnx的电平进行一些操作。所有模式下，OCnx都可以不连接定时器。

非PWM模式下，可以把OCnx置为低电平、高电平或翻转电平，tone就是这样实现的；

PWM模式下，有正相和反相两种模式，正相为OCRnx越大占空比越高，analogWrite就是这样实现的；反相反之；有些配置下OCnA可以被翻转，请参考数据手册。

由于引脚电平可以有宏观表现，我们终于可以开始写代码了。

先试试tone。在9号端口上连接一个蜂鸣器，使用定时器1的CTC模式，产生440Hz方波：

void setup() {

pinMode(9, OUTPUT);

TCCR1A = 0b01 << COM1A0 | 0b00 << WGM10;

TCCR1B = 0b01 << WGM12 | 0b001 << CS10;

OCR1A = 18181;

}

void loop() {

}

OCR1A = 18181是怎么来的呢？每次计数器与OCR1A相等电平翻转，两次为一周期，频率为clk2(OCR1A+1)clk2(OCR1A+1)。先取clkclk为不分频试试，算出OCR1A为18181，没有超过最大值65535，因此就取这个。如果超过了，就要把定时器频率下调，直到OCRnx合理为止。

void setup() {

pinMode(3, OUTPUT);

TCCR2A = 0b10 << COM2B0 | 0b11 << WGM20;

TCCR2B = 0 << WGM22 | 0b100 << CS20;

}

int brightness = 0;

int fadeAmount = 5;

void loop() {

OCR2B = brightness;

brightness = brightness + fadeAmount;

if (brightness <= 0 || brightness >= 255)

fadeAmount = -fadeAmount;

delay(30);

}

如果要让程序以频率为参数计算出合适的分频系数与OCRnx值，可以参考tone的实现。

再试试analogWrite。在3号端口上连接一个LED，使用定时器2的快速PWM模式，实现呼吸灯的效果：

在快速PWM模式中，正相输出占空比不能为0，反相输出占空比不能为1，如果要达到这两个值，需要断开引脚与定时器的连接，用digitalWrite等方法输出。

定时器中断

懒得写了，我抄我自己：中断，是单片机的精华。

当一个事件发生时，CPU会停止当前执行的代码，转而处理这个事件，这就是一个中断。触发中断的事件成为中断源，处理事件的函数称为中断服务程序(ISR)。

中断在单片机开发中有着举足轻重的地位——没有中断，很多功能就无法实现。比如，在程序干别的事时接受UART总线上的输入，而uart_scan_char等函数只会接收调用该函数后的输入，先前的则会被忽略。利用中断，我们可以在每次接受到一个字节输入时把数据存放到缓冲区中，程序可以从缓冲区中读取已经接收的数据。

AVR单片机支持多种中断，包括外部引脚中断、定时器中断、总线中断等。每一个中断被触发时，通过中断向量表跳转到对应ISR。如果一个中断对应的ISR不存在，链接器会把复位地址

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