怎样用arduino实现脉冲计数器

参考我这个程序

//code by Crenn from http://thebestcasescenario.com

//project by Charles Gantt from http://themakersworkbench.com

/*To disable interrupts:

cli() // disable global interrupts

and to enable them:

sei() // enable interrupts

*/

//Varibles used for calculations

int NbTopsFan

int Calc

//The pin location of the sensor

int hallsensor = 2

typedef struct{ //Defines the structure for multiple fans and their dividers

char fantype

unsigned int fandiv

}fanspec

//Definitions of the fans

fanspec fanspace[3]={{0,1},{1,2},{2,8}}

char fan = 1 //This is the varible used to select the fan and it's divider, set 1 for unipole hall effect sensor

//and 2 for bipole hall effect sensor

void rpm () //This is the function that the interupt calls

{

NbTopsFan++

}

//This is the setup function where the serial port is initialised,

//and the interrupt is attached

void setup()

{

pinMode(hallsensor, INPUT)

Serial.begin(9600)

attachInterrupt(0, rpm, RISING)

}

void loop ()

{

NbTopsFan = 0 //Set NbTops to 0 ready for calculations

sei() //Enables interrupts

delay (1000) //Wait 1 second

cli() //Disable interrupts

Calc = ((NbTopsFan * 60)/fanspace[fan].fandiv)//Times NbTopsFan (which is apprioxiamately the fequency the fan is spinning at) by 60 seconds before dividing by the fan's divider

Serial.print (Calc, DEC)//Prints the number calculated above

Serial.print (" rpm\r\n")//Prints " rpm" and a new line

}

ArduinoUno输出⾃定义频率的PWM（详解）

PWM

简单的说 ，就是在⼀些情况下，GPIO脚位不在的切换“有电”“没电”，

每秒种循环的⼏次即为其 Frequency(频率),

每次“有电”时间站⼀个循环的百分⽐称为其占空⽐

Arduino⾥的PWM

⾸先，Arduino Uno的5，6，9，10，3，11接⼝可以通过简单语句analogWrite(pin, dutyCycle)来实现⼀个指定占空⽐的PWM。其中pin的值选择（5，6，9，10，3，11），dutyCycle的值在0～255之间，0为占空⽐0%，255为占空⽐100%。但是这种⽅式PWM信号的频率是固定的默认值，⼤约1000Hz左右（16MHz/64/256）。

其次，⼿动切换⾼电平和低电平，再在中间加⼊delay函数，可以实现⾃定义频率的PWM：

void setup()

{

pinMode(13, OUTPUT)

}

void loop()

{

digitalWrite(13, HIGH)

delayMicroseconds(100)// Approximately 10% duty cycle @ 1KHz

digitalWrite(13, LOW)

delayMicroseconds(1000 - 100)//修改这⾥的1000可以调整频率

}

这个例⼦中：⼀个循环是1000us = 1ms，所以⼀秒循环1000次，因此Frequency是1KHz，

每个循环中：有电的⽐率是100/1000 * 100% = 10%，所以duty cycle（占空⽐）为10%

这样就可以模拟出5V * 10%=0.5V的电压

好处是任何⼀个引脚都能通过这样输出PWM，

但是，这种 *** 作需要CPU全神贯注的查数，任何其他的进程的⼲扰会导致输出的信号频率不准。

综上，需要底层的⼿段来控制Arduino实现PWM的频率调节。

调节Arduino⾥的时钟频率

Arduino Uno⾥有三个Timer：Timer0，Timer1，Timer2。 三个Timer都可以⾃定义调整频率，但是各有特点。Timer0负责控制delay 等函数，动了Timer0的频率会导致计时函数不准；Timer1的计数器是16位的，和Timer0，Timer2的8位计数器不太⼀样；Timer2的频率可调的档位更多，因为它有7档预除数，下⽂会进⼀步解释。这⾥选择Timer2进⾏调节 *** 作，先上代码：

void setup() {

// put your setup code here, to run once:

pinMode(3, OUTPUT)

pinMode(11, OUTPUT)

TCCR2A = _BV(COM2A0) | _BV(COM2B1) | _BV(WGM21) | _BV(WGM20)//Set Timer2 to varying top limit fast PWM mode

TCCR2B = _BV(WGM22) | _BV(CS22) | _BV(CS21) | _BV(CS20)//another way to set prescaler CS2=fff

OCR2A = 155//Top value A

OCR2B = 30//Toggle value B, Output at pin 3

//CS2 Divisor Frequency

//001 1 31372.55

//010 8 3921.16

//011 32 980.39

//100 64 490.20 <--DEFAULT

//101 128 245.10

//110 256 122.55

//111 1024 30.64

}

void loop() {

// put your main code here, to run repeatedly:

}

由以上代码可见，需要的设置分为三个部分：pinMode，TCCR2A/B，OCR2A/B（这⾥的2是因为选择了Timer2）。

脉冲⽣成模式控制位（WGM）：⽤来设置时钟的模式

时钟选择位（CS）：设置时钟的预定标器

输出模式控制位（COMnA和COMnB）：使能/禁⽤/反相 输出A和输出B

输出⽐较器（OCRnA和OCRnB）：当计数器等于这两个值时，输出值根据不同的模式进⾏变化

pinMode：

Timer2所控制的管脚是pin11和pin3（Timer0控制5，6；Timer1控制9，10–这是chip的 datasheet上规定），所以把这两个管脚设为输出。

OCR2A/B：

这部分的解释需要提到Timer的结构和原理。

每个Timer⾥都有⼀个计数器和两个⽐较寄存器。Timer2⾥计数器从0数到255（8位）然后归0继续从头数；Timer2的两个⽐较寄存器分别为OCR2A和OCR2B。

⽐较寄存器就是你设置⼀个⼩于255的数，⽐如155。当计数器数到0时输出为⾼电平，数到155的时候改变输出为低电平。这样就实现了占空⽐的调节。在普通模式下（Fast

PWM），OCR2A控制pin11的占空⽐，OCR2B控制pin3的占空⽐。如下图所⽰

。

。

TCCR2A/B：

理解了Timer的原理，下⾯来讨论这个PWM的频率。Arduino Uno的芯⽚ATmega328，晶振频率为16MHz。Timer计数器的频率会在这个基础上除以⼀个预除数，Timer2可选择的预除数有（1，8，32，64，128，256，1024）。也就是说，如果预除数设为64（默认），计数器计数的频率是16MHz/64 。⼜因为计数器要数256下才会完成⼀个PWM周期，所以输出PWM的频率

16MHz/64/256（Frequency = 16 MHz / 64 / 256 = 976.5625Hz）， 约等于1000Hz。若果要获得最低的输出频率，预除数要选1024，得到的PWM是61Hz。

TCCR2A/B就是来控制Timer2计数器的模式与预除数的⼤⼩的，由于是分位赋值，看起来怪怪的，我来解释⼀下。先说CS2位，这个就是来控制Timer2计数器预除数的： _BV(CS22) | _BV(CS21) | _BV(CS20)的三部分由逻辑按位或“|”链接；每个BV是按位赋注（bit value）的意思；_BV(CS22 )= 在CS2⾥，1

2(把1左移2位) = 00000100；得到三部分分别是

00000100，00000010，00000001；按位或最终得到0111；查代码⾥的表得到对应的预除数是1024。

模式选择：

现在的问题是，我需要的是100Hz，不是1024预除数下的61Hz，如何实现？这就需要控制计数器模式来微调频率。请看下图：

这张图中的模式可以在原有的fast PWM基础上提⾼频率，得到图中OCnB所⽰的信号。这个模式叫做Varying the timer top limit: fast PWM。⽐较寄存器OCR2A在这⾥不再控制管脚11的占空⽐，⽽是设定⼀个计数器的上限：计数器不⽤数到255⽽是达到OCR2A就可以归零。OCR2B依然控制管脚3的占空⽐。

为了让pin11有活⼲，这⾥设置TCCR2A⾥的COM2A位=01(表⽰数到极限就把pin11的电平反转，本应⽤不需要)，COM2B位=10（表⽰pin3输出⾮反转PWM）。

那么是如何选择模式的？剩下的WGM2位就是确定模式的。在fast PWM模式下，WGM2位是011，Varying the timer top limit: fast PWM模式下，WGM2位是111。所以需要_BV(WGM22) | _BV(WGM21) | _BV(WGM20)。处于我所不理解的原因，这个赋值可以被分为两部分分别写在TCCR2A和TCCR2B⾥。有明⽩的⾼⼿⿇烦留个⾔解释⼀下。

频率计算

到这⾥，所有设置已经解释完。下⾯来计算⼀下100Hz输出的PWM具体参数应该设为多少。

pin3的输出频率=16MHz / 1024/ （OCR2A + 1），因此100Hz对应的OCR2A=155。（+1是因为fast PWM是从0开始数到上限值）

占空⽐ = （OCR2B+1）/ （OCR2A+1），所以：

占空⽐OCR2B值

20%30

占空⽐OCR2B值

25%38

33%51

50%77

100%155

常见的模式（“快速PWM”和“相位修正PWM”）

快速PWM

对于快速PWM来说，时钟都是从0计数到255。当计数器=0时，输出⾼电平1，当计数器等于⽐较寄存器时，输出低电平0。所以输出⽐较器越⼤，占空⽐越⾼。这就是传说中的快速PWM模式。后⾯的例⼦会解释如何⽤OCRnA和OCRnB设置两路输出的占空⽐。很明显这种情况下，这两路输出的周期是相同的，只是占空⽐不同。

快速PWM的例⼦

下⾯这个例⼦以Timer2为例，把Pin3和Pin11作为快速PWM的两个输出管脚。其中：

WGM的设置为011，表⽰选择了快速PWM模式；

COM2A和COM2B设置为10，表⽰A和B输出都是⾮反转的PWM；

CS的设置为100，表⽰时钟周期是系统时钟的1/64；

OCR2A和OCR2B分别是180和50，表⽰两路输出的占空⽐；

pinMode(3, OUTPUT)

pinMode(11, OUTPUT)

TCCR2A = _BV(COM2A1) | _BV(COM2B1) | _BV(WGM21) | _BV(WGM20)

TCCR2B = _BV(CS22)

OCR2A = 180

OCR2B = 50

这段代码看上去有点晕，其实很简单。_BV(n)的意思就是1

n，是移位命令。

COM2A1，表⽰COM2A的第1位（靠，其实是第2位，不过程序员们是从0开始数数的）。所以_BV(COM2A1)表⽰COM2A = 10；

类似的，_BV(WGM21) | _BV(WGM20) 表⽰ WGM2 = 011。

在Arduino Duemilanove开发板，上⾯这⼏⾏代码的结果为：

输出 A 频率: 16 MHz / 64 / 256 = 976.5625Hz

输出 A 占空⽐: (180+1) / 256 = 70.7%

输出 B 频率: 16 MHz / 64 / 256 = 976.5625Hz

输出 B 占空⽐: (50+1) / 256 = 19.9%

频率的计算⾥都除以了256，这是因为除以64是得到了时钟的计数周期，⽽256个计数周期是⼀个循环，所以PWM的周期指的是这个循环。

另外，占空⽐的计算都加了1，这个还是因为⽆聊的程序员们都从0开始计数。

相位修正PWM

另外⼀种PWM模式是相位修正模式，也有⼈把它叫做“双斜率PWM”。这种模式下，计数器从0数到255，然后从255再倒数到0。当计数器在上升过程中遇到⽐较器的时候，输出0；在下降过程中遇到⽐较器的时候，输出1。说实话，我觉得这种模式除了频率降低了⼀倍之外，没看出和快速PWM有什么区别。可能是在集成电路的底层级别上有区别吧。原⽂说“它具有更加对称的输出”，好吧，也许⽼外都⽐较傻吧。

相位修正PWM的例⼦

下⾯的例⼦还是以Timer2为例，设置Pin3和Pin11为输出管脚。其中WGM设置为001，表⽰相位修正模式，其他位设置和前⾯的例⼦相同：

pinMode(3, OUTPUT)

pinMode(11, OUTPUT)

TCCR2A = _BV(COM2A1) | _BV(COM2B1) | _BV(WGM20)

TCCR2B = _BV(CS22)

OCR2A = 180

OCR2B = 50

在Arduino Duemilanove开发板，上⾯这⼏⾏代码的结果为：

输出 A 频率: 16 MHz / 64 / 255 / 2 = 490.196Hz

输出 A 占空⽐: 180 / 255 = 70.6%

输出 B 频率: 16 MHz / 64 / 255 / 2 = 490.196Hz

输出 B 占空⽐: 50 / 255 = 19.6%

⼀般来说，普通⽤户是不需要设置这些时钟参数。Arduino默认有⼀些设置，所有的时钟周期都是系统周期的1/64。Timer0默认是快速PWM，⽽Timer1和Timer2默认是相位修正PWM。具体的设置可以查看Arduino源代码中writing.c的设置。

需要特别特别注意的是，Arduino的开发系统中，millis()和delay()这两个函数是基于Timer0时钟的，所以如果你修改了Timer0的时钟周期，这两个函数也会受到影响。直接的效果就是delay(1000)不再是标准的1秒，也许会变成1/64秒，这个需要特别注意

在程序中使⽤analogWrite(pin, duty_cycle)函数的时候，就启动了PWM模式；当调⽤digitalWrite()函数时则取消了PWM模式。请参考wiring_analog.c和 wiring_digital.c⽂件。

还有⼀件很有意思的现象，对于快速PWM模式，如果我们设置analogWrite(5, 0)，实际上应该有1/256的占空⽐，事实上你会发现输出的是永远低电平的0。这个实际上是在Arduino系统中强制设定的，如果发现输⼊的是0，那么就关闭PWM。随之⽽来的问题是，如果我们设置analogWrite(5, 1)，那么占空⽐是多少呢？答案是2/256，也就是说0和1之间是有⼀个跳跃

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ArduinoUno输出自定义频率的PWM（详解）

ArduinoUno输出⾃定义频率的PWM（详解）

PWM

简单的说 ，就是在⼀些情况下，GPIO脚位不在的切换“有电”“没电”，

每秒种循环的⼏次即为其 Frequency(频率),

每次“有电”时间站⼀个循环的百分⽐称为其占空⽐

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Arduino⾥的PWM

⾸先，Arduino Uno的5，6，9，10，3，11接⼝可以通过简单语句analogWrite(pin, dutyCycle)来实现⼀个指定占空⽐的PWM。其中pin的值选择（5，6，9，10，3，11），dutyCycle的值在0～255之间，0为占空⽐0%，255为占空⽐100%。但是这种⽅式PWM信号的频率是固定的默认值，⼤约1000Hz左右（16MHz/64/256）。

其次，⼿动切换⾼电平和低电平，再在中间加⼊delay函数，可以实现⾃定义频率的PWM：

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