• Bit 7:6 – COM1A1:0: Compare Output Mode for Channel A
• Bit 5:4 – COM1B1:0: Compare Output Mode for Channel B
• Bit 3:2 – COM1C1:0: Compare Output Mode for Channel C

Биты COM1A1:0, COM1B1:0 и COM1C1:0 управляют поведением выводов сравнения (OC1A, OC1B и OC1C соответственно). Если один или оба бита COM1A1:0 установлены в лог. 1, то выход OC1A заменяет обычный функционал порта GPIO на функционал ШИМ. То же самое относится и к битам COM1B1:0 и COM1C1:0, они по тому же самому принципу переназначают функционал портов GPIO для выводов, к которым относятся сигналы OC1B и OC1C. Однако имейте в виду, что регистр направления (Data Direction Register, DDR) должен иметь в лог. 1 биты, соответствующие разрядам OCnA, OCnB или OCnC, чтобы разрешить работу выходного драйвера для сигналов ШИМ.

Когда сигналы OC1A, OC1B или OC1C подключены к выводу порта, функция бит COM1A1:0, COM1B1:0 или COM1C1:0 зависит от настройки бит WGM13:0. Таблица 14-1 показывает функциональность бит COM1x1:0, когда биты WGM13:0 установлены в режим Normal или CTC (режимы не PWM).

Таблица 14-1. Compare Output Mode, не PWM.

Таблица 14-2 показывает функционал бит COM1x1:0, когда биты WGM13:0 установлены в режим Fast PWM.

Таблица 14-2. Compare Output Mode, Fast PWM⁽¹⁾.

Примечание (1). Специальный случай возникает, когда значение OCR1A, OCR1B, OCR1C равно TOP, и установлены биты COM1A1, COM1B1, COM1C1. В этом случае событие совпадения (Compare Match) игнорируется, но установка или очистка осуществляется на значении TOP. Подробнее см. описание "Fast PWM Mode" в даташите на микроконтроллер ATmega32U4.

Таблица 14-3 показывает функционал бит COM1x1:0, когда биты WGM13:0 установлены в режим Phase Correct and Frequency Correct PWM.

Таблица 14-3. Compare Output Mode, Phase Correct and Phase and Frequency Correct PWM⁽¹⁾.

Примечание (1). Специальный случай возникает, когда значение OCR1A, OCR1B, OCR1C равно TOP, и установлены биты COM1A1, COM1B1, COM1C1. Подробнее см. описание "Phase Correct PWM Mode" в даташите на микроконтроллер ATmega32U4.

• Bit 1:0 – WGM11:0: Waveform Generation Mode

Вместе с битами WGM13:2, которые находятся в регистре TCCR1B (см. врезку ниже), эти биты управляют последовательностью счета, источником максимального значения (TOP) счетчика, и какой будет использоваться тип генерации формы сигнала, см. таблицу 14-4. Режимы работы, поддерживаемые таймером/счетчиком: Normal mode (счетчик), Clear Timer on Compare match (CTC) mode (сброс таймера при совпадении), и три типа режимов ШИМ (Pulse Width Modulation, PWM). Подробнее см. "Modes of Operation" в даташите на микроконтроллер ATmega32U4.

Таблица 14-4. Описание бит режимов генерации (Waveform Generation).

Примечание: имена бит CTC1 и PWM11:0 устарели. Используйте вместо них имена WGM12:0. Однако функциональность этих бит и их размещение в регистрах совместимы с предыдущими версиями таймера.

• Bit 7 – ICNCn: Input Capture Noise Canceler

Установка этого бита в лог. 1 активирует подавитель шума на входе захвата (Input Capture Noise Canceler). Когда активирован Noise Canceler, то сигнал с вывода Input Capture Pin (ICP1) проходит через цифровой фильтр. Функция фильтра требует, чтобы на входе появились друг за другом 4 одинаковые выборки уровня, чтобы было определено действительное изменение ICP1. Таким образом, захват по входу в случае фильтрации срабатывает с задержкой 4 такта системных тактов.

• Bit 6 – ICESn: Input Capture Edge Select

Этот бит выбирает, какой перепад на Input Capture Pin (ICP1) используется для срабатывания события захвата. Когда бит ICES1 записан в лог. 0, в качестве активного перепада используется переход логического уровня из 1 в 0, и когда ICES1 установлен в лог. 1, активным будет перепад нарастания (0 -> 1).

Когда сработал захват в соответствии с установкой бита ICES1, значение счетчика копируется в регистр захвата Input Capture Register (ICR1). Это событие также установит бит Input Capture Flag (ICF1), и это вызовет прерывание Input Capture Interrupt, если оно разрешено.

Когда ICR1 используется в качестве значения TOP (см. описание бит WGM13:0, которые находятся в регистрах TCCR1A и TCCR1B), то ICP1 отключается, и соответственно функция захвата по входу запрещена.

• Bit 5 – Reserved Bit

Этот бит зарезервирован для использования в будущем. Чтобы обеспечить совместимость с будущими микроконтроллерами, в него следует записывать 0, когда записывается регистр TCCR1B.

• Bit 4:3 – WGM13:2: Waveform Generation Mode

См. информацию по этим битам в описании регистра TCCR1A (врезка выше, таблица 14-4).

• Bit 2:0 – CS12:0: Clock Select

Эти три бита выбирают тактовую частоту для таймера счетчика, см. рис. 13-8 и 13-9 в даташите на микроконтроллер ATmega32U4.

Таблица 14-5. Описание бит выбора тактов.

Если используется внешний вывод для тактирования Timer/Counter1, то перепады на выводе T1 все равно будут подсчитаны счетчиком, даже если T1 сконфигурирован как выход. Эта функция дает возможность программно управлять счетом.

• Bit 7– PINMUX: PLL Input Multiplexer

Этот бит выбирает входную тактовую частоту для PLL:

PINMUX = 0: вход PLL подключен к PLL Prescaler, который получает в качестве источника главную системную частоту (Primary System Clock).

PINMUX = 1: вход PLL напрямую подключен к внутреннему калиброванному RC-генератору 8 МГц. Этот режим позволяет работать USB Low Speed без использования внешнего кварцевого резонатора, или при использовании внешнего резонатора на частоту, отличающуюся от 8 или 16 МГц.

• Bit 6– PLLUSB: PLL Postcaler for USB Peripheral

Этот бит выбирает коэффициент деления между выходной частотой PLL и входной частотой модуля USB:

PLLUSB = 0: нет деления прямое подключение (если PLL Output = 48 МГц).

PLLUSB = 1: частота PLL Output делится на 2, и передается в модуль USB (если PLL Output = 96 МГц).

• Bit 5:4 – PLLTM1:0: PLL Postcaler for High Speed Timer

Эти биты кодируют коэффициент деления между выходной частотой ФАПЧ (PLL Output) и тактовым входом высокоскоростного таймера (High Speed Timer).

Имейте в виду, что коэффициент деления 1.5 вводит некоторый дополнительный джиттер в тактовую частоту, но связанная с этим ошибка близка к нулю, поскольку средняя скважность тактов 50% (см. рис. 6-7).

Рис. 6-7. Работа PLL Postcaler с коэффициентом деления 1.5.

• Bit 3:0 – PDIV3:0 PLL Lock Frequency

Эти биты конфигурируют опорную частоту внутреннего генератора ФАПЧ, управляемого напряжением (PLL internal VCO clock reference) в соответствии с требуемой выходной частотой.

Оптимальная конфигурация PLL на 5V (выделено в таблице жирным шрифтом): PLL output = 96 МГц, поделенная на 1.5 для генерации тактов 64 МГц для High Speed Timer, и деленная на 2 для генерации тактовой частоты 48 МГц блока USB.

• Бит 7 - PWM4X: PWM Inversion Mode

Когда этот бит установлен в лог. 1, выбирается режим инверсии ШИМ (PWM Inversion Mode), и инвертируются выходы Dead Time Generator, OC4x и ~OC4x.

• Бит 6 - PSR4: Prescaler Reset Timer/Counter4

Когда этот бит установлен в лог. 1, прескалер Timer/Counter4 будет сброшен (без влияния на TCNT4). Этот бит очистится аппаратно после завершения выполнения этой операции сброса прескалера. Запись в лог. 0 этого бита не оказывает никакого эффекта. Этот бит всегда читается как 0.

• Биты 5,4 - DTPS41, DTPS40: Dead Time Prescaler

Отдельный прескалер Dead Time, установленный перед Dead Time Generator, может делить частоту тактов Timer/Counter4 (PCK или CK) на коэффициенты 1, 2, 4 или 8, предоставляя тем самым большой диапазон регулировки интервалов мертвого времени. Прескалер Dead Time управляется двумя битами DTPS41 и DTPS40 регистра Dead Time Prescaler. Эти биты определяют коэффициент деления прескалера Dead Time (см. таблицу 15-13).

Таблица 15-13. Коэффициенты деления прескалера мертвого времени.

• Биты 3..0 - CS43, CS42, CS41, CS40: Clock Select

Эти биты определяют источник тактирования и коэффициент предделителя Timer/Counter4 (см. таблицу 15-14).

Таблица 15-14. Timer/Counter4 Prescaler Select.

Настройка, указанная в первой строке таблицы 15-14, предоставляет возможность запрета таймера.

• Бит 7 - FPIE4: Fault Protection Interrupt Enable

Установка этого бита в лог. 1 разрешает прерывание Fault Protection.

• Бит 6– FPEN4: Fault Protection Mode Enable

Установка этого бита в лог. 1 активирует Fault Protection Mode.

• Бит 5 – FPNC4: Fault Protection Noise Canceler

Установка этого бита в лог. 1 активирует Fault Protection Noise Canceler (подавитель помех сигнала срабатывания защиты). Когда подавитель помех активирован, вход вывода Fault Protection (INT0) проходит через цифровой фильтр. Эта функция требует четырех одинаковых значений, появившихся на выводе INT0, чтобы был обнаружен сигнал. Таким образом, срабатывание защиты Fault Protection имеет задержку на 4 такта системного генератора, когда функция подавителя помех активирована.

• Бит 4 – FPES4: Fault Protection Edge Select

Этот бит выбирает, какой перепад на выводе Fault Protection (INT0) будет использоваться как событие сигнала для срабатывания защиты. Когда в бит FPES4 записан лог. 0, активным сигналом будет спад уровня, и когда в бит FPES4 записана лог. 1, активным сигналом будет нарастание уровня.

• Бит 3 - FPAC4: Fault Protection Analog Comparator Enable

Когда в этот бит записана лог. 1, то разрешена функция Fault Protection для Timer/Counter4, срабатывающая от выхода аналогового компаратора. В этом случае выход этого компаратора напрямую подключается ко входу логики Fault Protection, при этом сигнал от компаратора использует те же функции подавителя помех и выбора перепада, как это работало со входом INT0. Когда в этот бит записан лог. 0, то между функцией Fault Protection и аналоговым компаратором соединение отсутствует. Чтобы компаратор вызвал срабатывание прерывания Timer/Counter4 Fault Protection, должен быть установлен бит FPIE4 регистра управления Timer/Counter4 Control Register D (TCCR4D).

• Бит 2 - FPF4: Fault Protection Interrupt Flag

Когда бит FPIE4 установлен в лог. 1, разрешено прерывание Fault Protection. Активность на этом выводе в любом случае вызовет запрос на прерывание, даже если вывод Fault Protection сконфигурирован как выход. Прерывание, соответствующее запросу Fault Protection Interrupt, запустится по адресу Fault Protection Interrupt Vector. Бит FPF4 очищается аппаратно, когда выполняется соответствующий вектор прерывания. Альтернативно FPF4 очищается после такта синхронизации путем записи лог. 1 в этот флаг. Когда когда установлен бит I регистра SREG, а также биты FPIE4 и FPF4, запустится обработчик прерывания Fault Protection.

• Биты 1:0 - WGM41, WGM40: Waveform Generation Mode

Эти биты связаны с битом PWM4x для совместного управления последовательностью счета таймера и типом формируемого сигнала (см. таблицу 15-18).

Режимы работы, поддерживаемые Timer/Counter4: Normal mode (обычный режим, счетчик), Fast PWM Mode (быстрый ШИМ), Phase and Frequency Correct PWM (ШИМ повышенного качества) и PWM6 (режим для управления трехфазными бесколлекторными двигателями BLDC).

Таблица 15-18. Описание бит настройки режима Waveform Generation.

• 7, 6 – COM4A1, COM4A0: Comparator A Output Mode

Эти биты управляют поведением выхода генератора сигналов Waveform Output (OCW4A) и подключением вывода Output Compare (OC4A). Если установлены оба бита COM4A1:0, то выход OC4A отменяет обычный функционал порта GPIO, к которому OC4A подключен. Комплементарный выход ~OC4A подключается только в режимах PWM, когда биты COM4A1:0 установлены в 01. Обратите внимание, что биты регистра направления (DDR), соответствующие сигналам OC4A и ~OC4A, должны быть установлены, чтобы заработал выходной драйвер этих сигналов.

Функция бит COM4A1:0 зависит от настроек бит PWM4A, WGM40 и WGM41. Таблица 15-5 показывает функциональность бит COM4A1:0, когда установлен бит PWM4A, в обычном режиме (Normal Mode, не PWM).

Таблица 15-5. Compare Output Mode, Normal Mode (не PWM).

Таблица 15-6 показывает функциональность бит COM4A1:0, когда биты PWM4A, WGM40 и WGM41 установлены в режим быстрого ШИМ.

Таблица 15-6. Compare Output Mode, Fast PWM Mode.

Таблица 15-7 показывает функциональность бит COM4A1:0, когда биты PWM4A, WGM40 и WGM41 установлены в режим Phase and Frequency Correct PWM.

Таблица 15-7. Compare Output Mode, Phase and Frequency Correct PWM Mode.

Таблица 15-8 показывает функциональность бит COM4A1:0, когда биты PWM4A, WGM40 и WGM41 установлены в односкатный режим PWM6. В режиме PWM6 используется один и тот же сигнал Waveform Output (OCW4A) для генерации всех сигналов, и значения Output Compare OC4A и ~OC4A подключены к выводам OC4A, ~OC4A, OC4B, ~OC4B, OC4D и ~OC4D.

Таблица 15-8. Compare Output Mode, Single-Slope PWM6 Mode.

Таблица 15-9 показывает функциональность бит COM4A1:0, когда биты PWM4A, WGM40 и WGM41 установлены в двухскатный режим PWM6.

Таблица 15-9. Compare Output Mode, Dual-Slope PWM6 Mode.

• Биты 5,4 - COM4B1, COM4B0: Comparator B Output Mode

Эти биты управляют поведением выхода генератора сигнала Waveform Output (OCW4B), и подключается в ножке Output Compare (OC4B). Если один или оба бита COM4B1:0 установлены, то выход OC4B отменяет нормальный функционал порта GPIO вывода микроконтроллера, к которому подключен OC4B. Комплементарный выход ~OC4B подключен только в режимах PWM, когда биты COM4B1:0 установлены в 01. Обратите внимание, что биты регистра направления (DDR), соответствующие сигналу OC4B, должны быть установлены, чтобы разрешить работу выходного драйвера.

Функция бит COM4B1:0 зависит от настроек бит PWM4B и WGM40.

Таблица 15-10 показывает функциональность бит COM4B1:0, когда бит PWM4B установлен в режим Normal (не PWM).

Таблица 15-10. Compare Output Mode, Normal Mode (не PWM).

Таблица 15-11. Показывает функциональность бит COM4B1:0, когда биты PWM4B и WGM40 установлены в режим Fast PWM.

Таблица 15-11. Compare Output Mode, Fast PWM Mode.

Таблица 15-12 показывает функциональность бит COM4B1:0, когда биты PWM4B и WGM40 установлены в режим Phase and Frequency Correct PWM.

Таблица 15-12. Compare Output Mode, Phase and Frequency Correct PWM Mode.

• Бит 3 - FOC4A: Force Output Compare Match 4A

Бит FOC4A активен только когда бит PWM4A задает режим не PWM.

При записи лог. 1 в этот бит принудительно меняется сигнал Waveform Output (OCW4A) и вывод Output Compare (OC4A) в соответствии со значениями, уже установленными в COM4A1 и COM4A0. Если COM4A1 и COM4A0 записаны в том же цикле, что и FOC4A, то будут использоваться новые установки. Бит Force Output Compare может использоваться для изменения значения выходного вывода, не обращая внимание на значение таймера. Произойдет автоматическое действие, запрограммированное COM4A1 и COM4A0, как если бы произошло событие совпадения, но при этом не будет сгенерировано прерывание.

Бит FOC4A всегда читается как 0.

• Бит 2 - FOC4B: Force Output Compare Match 4B

Бит FOC4B активен только когда бит PWM4B задает режим не PWM.

При записи лог. 1 в этот бит принудительно меняется сигнал Waveform Output (OCW4B) и вывод Output Compare (OC4B) в соответствии со значениями, уже установленными в COM4B1 и COM4B0. Если COM4B1 и COM4B0 записаны в том же цикле, что и FOC4B, то будут использоваться новые установки. Бит Force Output Compare может использоваться для изменения значения выходного вывода, не обращая внимание на значение таймера. Произойдет автоматическое действие, запрограммированное COM4B1 и COM4B0, как если бы произошло событие совпадения, но при этом не будет сгенерировано прерывание.

Бит FOC4B всегда читается как 0.

• Бит 1 - PWM4A: Pulse Width Modulator A Enable

Когда этот бит установлен в лог. 1, то разрешается режим PWM, основанный на компараторе OCR4A.

• Бит 0 - PWM4B: Pulse Width Modulator B Enable

Когда этот бит установлен в лог. 1, то разрешается режим PWM, основанный на компараторе OCR4B.

• Биты 7,6 - COM4A1S, COM4A0S: Comparator A Output Mode

Эти биты затеняют биты COM4A1 и COM4A0, как это указано в описании регистра TCCR4A – Timer/Counter4 Control Register A (см. врезку выше).

• Биты 5,4 - COM4B1S, COM4B0S: Comparator B Output Mode

Эти биты затеняют биты COM4B1 и COM4B0, как это указано в описании регистра TCCR4A – Timer/Counter4 Control Register A (см. врезку выше).

• Биты 3,2 - COM4D1, COM4D0: Comparator D Output Mode

Эти биты управляют поведением выхода генератора сигнала Waveform Output (OCW4D) и подключением к выводу Output Compare (OC4D). Если один или оба бита COM4D1:0 установлены, то выход OC4D отменяет функциональность ножек порта GPIO, к которым подключается сигнал OC4D. Комплементарный выход ~OC4D подключается только в режимах PWM, когда биты COM4D1:0 установлены в 01. Обратите внимание, что биты регистра направления (DDR), соответствующие ножкам OC4D, должны быть установлены, чтобы разрешить работу выходного драйвера.

Функция бит COM4D1:0 зависит от настроек бит PWM4D и WGM40.

Таблица 15-15 показывает функционал бит COM4D1:0, когда бит PWM4D установлен в режим Normal (не PWM).

Таблица 15-15. Compare Output Mode, Normal Mode (не PWM).

Таблица 15-16 показывает функционал бит COM4D1:0, когда биты PWM4D и WGM40 установлены в режим быстрого ШИМ.

Таблица 15-16. Compare Output Mode, Fast PWM Mode.

Таблица 15-17 показывает функциональность бит COM4D1:0, когда биты PWM4D и WGM40 установлены в режим Phase and Frequency Correct PWM.

Таблица 15-17. Compare Output Mode, Phase and Frequency Correct PWM Mode.

• Бит 1 - FOC4D: Force Output Compare Match 4D

Бит FOC4D активен только когда бит PWM4D задает режим не PWM.

При записи лог. 1 в этот бит принудительно меняется сигнал Waveform Output (OCW4D) и вывод Output Compare (OC4D) в соответствии со значениями, уже установленными в COM4D1 и COM4D0. Если COM4D1 и COM4D0 записаны в том же цикле, что и FOC4D, то будут использоваться новые установки. Бит Force Output Compare может использоваться для изменения значения выходного вывода, не обращая внимание на значение таймера. Произойдет автоматическое действие, запрограммированное COM4D1 и COM4D0, как если бы произошло событие совпадения, но при этом не будет сгенерировано прерывание.

Бит FOC4D всегда читается как 0.

• Бит 0 - PWM4D: Pulse Width Modulator D Enable

Когда этот бит установлен в лог. 1, то разрешается режим PWM, основанный на компараторе OCR4D.

В скетче Arduino, показанном ниже, собраны все режимы генерации ШИМ на основе Fast PWM. В скетче имеется код, необходимый для работы 5 выводов портов, связанных с таймерами 1 и 4 в режимах Fast PWM. Этот скетч доступен на GitHub [3].

/**********************************************************
                Fast PWM Test
Демонстрируется генерация быстрого ШИМ на таймерах 1 и 4.
 
Состоит из двух частей кода. Одна использует TIMER1,
и генерирует ШИМ на портах 9, 10 и 11 с частотами
периода до 62 кГц. Вторая часть использует TIMER4,
формируя ШИМ на портах 6 и 13 с частотами периода
до 187 кГц.
 
История версий:
  12/12/2014 - Version 1.0.
  22/12/2014 - Добавлено пропущенное значение OCR4C. 
 
***********************************************************/
 
/**********************************************************
   Fast PWM на портах 9, 10, 11 (TIMER1)
  
    Не используйте функцию analogWrite для портов
   9, 10 или 11, если используете эти функции,
   так как analogWrite использует тот же таймер
   на этих портах.  
  
   Эти функции скорее всего будут конфликтовать
   с библиотекой servo.  
 
    Используется 5 частот ШИМ между 61 Гц и 62.5 кГц.
**********************************************************/
 
// Частотные режимы для TIMER1:
#define PWM62k   1   //62500 Гц
#define PWM8k    2   // 7812 Гц
#define PWM1k    3   //  976 Гц
#define PWM244   4   //  244 Гц
#define PWM61    5   //   61 Гц
 
// Макросы для непосредственного изменения скважности ШИМ:
#define PWM9   OCR1A
#define PWM10  OCR1B
#define PWM11  OCR1C
 
// Конфигурация тактирования ШИМ.
// В аргументе указывается один из пяти определенных
// макросами режимов (1..5).
void pwm91011configure(int mode)
{
   // Конфигурация TCCR1A
   //  00 : Канал A запрещен (порт 9)
   //  00 : Канал B запрещен (порт 10)
   //  00 : Канал C запрещен (порт 11)
   //  01 : Fast PWM 8 bit
   TCCR1A=1;
 
   // Конфигурация TCCR1B
   // Режим тактирования и Fast PWM 8 bit
   TCCR1B=mode|0x08;  
 
   // Конфигурация TCCR1C
   TCCR1C=0;
}
 
// Устанавливает ШИМ на порту 9
// В аргументе передается скважность ШИМ от 0 до 255
void pwmSet9(int value)
{
   OCR1A=value;   // Установка значения ШИМ
   DDRB|=1 << 5;  // Настройка на выход ножки порта PB5
   TCCR1A|=0x80;  // Активация канала
}
 
// Устанавливает ШИМ на порту 10
// В аргументе передается скважность ШИМ от 0 до 255
void pwmSet10(int value)
{
   OCR1B=value;   // Установка значения ШИМ
   DDRB|=1 << 6;  // Настройка на выход ножки порта PB6
   TCCR1A|=0x20;  // Активация канала
}
 
// Устанавливает ШИМ на порту 11
// В аргументе передается скважность ШИМ от 0 до 255
void pwmSet11(int value)
{
   OCR1C=value;   // Установка значения ШИМ
   DDRB|=1 << 7;  // Настройка на выход ножки порта PB7
   TCCR1A|=0x08;  // Активация канала
}
 
/**********************************************************
   Fast PWM на портах 6, 13 (High Speed TIMER4)   
   Не используйте функцию analogWrite для портов 6 или 13,
   если используете эти функции, потому что analogWrite
   использует тот же таймер для этих портов.   
 
   Эта функция будет конфликтовать с библиотекой MSTIMER2.
   Используется 7 частот ШИМ в диапазоне от 2930 Гц
   до 187.5 кГц.   
 
   TIMER4 использует для входного тактирования PLL,
   благодаря чему его тактовая частота может быть до
   96 МГц на стандартной плате Arduino Leonardo.
   Автор ограничил входную частоту значением 48 МГц
   для генерации ШИМ на частоте периода 187.5 кГц.
   Если необходимо, то частота ШИМ может быть удвоена
   и достичь 375 кГц.
**********************************************************/
 
// Частотные режимы для TIMER4
#define PWM187k 1   // 187500 Гц
#define PWM94k  2   //  93750 Гц
#define PWM47k  3   //  46875 Гц
#define PWM23k  4   //  23437 Гц
#define PWM12k  5   //  11719 Гц
#define PWM6k   6   //   5859 Гц
#define PWM3k   7   //   2930 Гц
 
// Макросы для непосредственного изменения скважности ШИМ:
#define PWM6        OCR4D
#define PWM13       OCR4A
 
// Сюда записывается предел счета:
#define PWM6_13_MAX OCR4C
 
// Конфигурация тактирования ШИМ.
// В аргументе указывается один из семи определенных
// макросами режимов (1..7).
void pwm613configure(int mode)
{
   // Конфигурация TCCR4A
   TCCR4A=0;
   // Конфигурация TCCR4B
   TCCR4B=mode;
   // Конфигурация TCCR4C
   TCCR4C=0;
   // Конфигурация TCCR4D
   TCCR4D=0;
   // Конфигурация PLL
   // Используется частота 96 / 2 = 48 МГц
   PLLFRQ=(PLLFRQ&0xCF)|0x30;
   // Этот вариант настройки удваивает все частоты:
   // PLLFRQ=(PLLFRQ&0xCF)|0x10;
   // Предел счета для ШИМ TIMER4
   OCR4C=255;
}
 
// Устанавливает ШИМ на порту 6 (канал D TIMER4)
// В аргументе передается скважность ШИМ от 0 до 255
void pwmSet6(int value)
{
   OCR4D=value;   // Установка значения ШИМ
   DDRD|=1 << 7;  // Настройка на выход ножки порта PD7
   TCCR4C|=0x09;  // Активация канала
}
 
// Устанавливает ШИМ на порту 13 (канал A TIMER4)
// В аргументе передается скважность ШИМ от 0 до 255
void pwmSet13(int value)
{
   OCR4A=value;   // Установка значения ШИМ
   DDRC|=1 << 7;  // Настройка на выход ножки порта PC7
   TCCR4A=0x82;   // Активация канала
}
 
/************** Дополнительные определения ****************/
 
// Макрос преобразует скважность в процентах (0..100)
// в значение сравнения для ШИМ (0..255)
#define DUTY2PWM(x)  ((255*(x))/100)
 
/**********************************************************/
 
// Функция первоначального запуска демонстрационного кода.
// Генерируется 4 сигнала ШИМ, два постоянных, и два
// с изменяющейся скважностью.
void setup()
{
   // Конфигурирование TIMER1 (порты 9, 10 и 11)
   // Он может генерировать ШИМ на частоте 62 кГц.
   // Допустимые параметры для настройки:
   //      PWM62k, PWM8k, PWM1k, PWM244 and PWM61
   pwm91011configure(PWM62k);
   // Конфигурирование TIMER4 (порты 6 и 13)
   // Он может генерировать ШИМ на частоте 187 кГц.
   // Допустимые параметры для настройки:
   //     PWM187k, PWM94k, PWM47k, PWM23k, PWM12k, PWM6k and PWM3k
   pwm613configure(PWM187k);
   // Запуск генерации ШИМ на порте 11 со скважностью
   // 30%. Перед этим вызовом требуется обязательно
   // вызвать pwm91011configure. Здесь демонстрируется
   // использование макроса DUTY2PWM.
   pwmSet11(DUTY2PWM(30));
   // Запуск генерации ШИМ на выводе 13 со скважностью
   // 75%. Перед этим вызовом требуется обязательно
   // вызвать pwm613configure. Здесь не используется
   // макрос DUTY2PWM для установки скважности в %,
   // вместо этого указывает прямое значение 
   // сравнения (может быть в диапазоне 0..255).
   pwmSet13(192);
   // Порты 9 и 6 будут менять значения скважности
   // в цикле loop. Здесь они предварительно
   // конфигурируются.
   // Подготовка вывода 9 для использования ШИМ.
   // Перед этим вызовом требуется обязательно
   // вызвать pwm91011configure. Здесь мы настраиваем
   // начальную скважность ШИМ 0%.
   pwmSet9(0);
   // Подготовка вывода 6 для использования ШИМ.
   // Перед этим вызовом требуется обязательно
   // вызвать pwm613configure. Здесь мы настраиваем
   // начальную скважность ШИМ 0%.
   pwmSet6(0);
}
 
int value=0;
 
void loop()
{
   // Установка значения скважности ШИМ для портов 9 и 6:
   PWM9=value;
   PWM6=value;
  
   // Инкремент значения скважности ШИМ и переход к 0 после
   // достижения значения 255:
   value=(value+1)%256;
   // Небольшая задержка 10 мс:
   delay(10);
}

Код Timer 1. Этот код включает 4 функции и соответствующие определения. Используются все три канала сравнения Timer 1 для генерации сигналов ШИМ на портах Arduino 9, 10 и 11.

Функция pwm91011configure должна быть предварительно вызвана, чтобы можно было воспользоваться любыми другими функциями, связанными с этим таймером. Она сконфигурирует таймер для работы в режиме Single Slope Fast PWM, и установит прескалер в режим, указанный в аргументе функции. Есть 5 возможных режимов PWM62k, PWM8k, PWM1k, PWM244 и PWM61, связанных с четырьмя доступными частотами режимов Single Slope 8 bit PWM.

Функции pwmSet9, pwmSet10 и pwmSet11 конфигурируют каналы Timer 1, связанные с выводами портов 9, 10 и 11 для запуска режима ШИМ и установки значения ШИМ (от 0 до 255).

После того, как будет вызвана одна из трех вышеуказанных функций, значение ШИМ может быть быстро изменено прямым доступом к соответствующему регистру сравнения канала. Для упрощения доступа сделаны три определения PWM9, PWM10 и PWM11, связанные с регистрами OCR1A, OCR1B и OCR1C.

Код Timer 4. Этот код включает 3 функции и несколько определений. Используется два из трех доступных каналов сравнения A и D, связанных с портами Arduino 13 и 6. Канал B не используется, потому что он конфликтует с портом 10 Arduino, который используется в канале B Timer 1.

Функция pwm613configure подобна аналогичной, определенной для Timer 1. Она установит режимы PLL и PWM для правильного конфигурирования Timer 4 в высокоскоростном режиме 48 МГц PLL, и установит предел счета в регистре OCR4C установкой всех его 8 бит (значение 255).

Входной аргумент установит один из семи доступных частот прескалера для 48 МГц на тактовом входе Timer 4: PWM187k (187500 Гц), PWM94k (93750 Гц), PWM47k (46875 Гц), PWM23k (23437 Гц), PWM12k (11719 Гц), PWM6k (5859 Гц) и PWM3k (2930 Гц). Если Вы помните, у Timer 4 есть 15 опций прескалера тактов. Нижняя частота не реализована в этих определениях, поскольку она не дает никаких преимуществ перед функционалом стандартной функции analogWrite.

Функции pwmSet13 и pwmSet6 конфигурируют каналы Timer 4, связанные с портами 13 и 6 Arduino, чтобы они работали в режиме ШИМ, и устанавливает значение для ШИМ (от 0 до 255).

Подобно тому, как это делается для таймера 1, посте того, как одна из этих двух функций будет вызвана, значение ШИМ может быть быстро изменено прямым доступом к соответствующему регистру сравнения. Для этой цели сделаны два определения PWM13 и PWM6, связанные соответственно с регистрами сравнения OCR4A и OCR4D. Добавлено дополнительное определение PWM6_13_MAX для доступа к регистру OCR4C, что установит предельное значение счета ШИМ (по умолчанию установлено 255, что дает разрешающую способность ШИМ 8 бит).

Код Setup и Loop. Для проверки работы всех этих функций Timer 1 сконфигурирован в функции setup для генерации сигналов ШИМ на частоте 62.5 кГц. Timer 4 сконфигурирован на частоту 187 кГц. Генерируется 4 сигнала ШИМ. На выводах портов 11 и 13 установлены значения скважности ШИМ 11% и 75%. Для выводов портов 6 и 9 в функции loop программируется переменное значение скважности ШИМ от 0% до 100%.

Форма сгенерированных сигналов ШИМ. На следующей картинке показаны полученные сигналы ШИМ, захвачены логическим анализатором.

Сигналы Timer 1 на выводах портов 9 и 11 имеют одинаковый фронт нарастания уровня, потому что они работают на одном и том же таймере и в одинаковом режиме. То же самое относится и к портам 6 и 13, сигналы на которых генерируются Timer 4. Сигналы ШИМ разных таймеров имеют разные частоту, поэтому фронт нарастания уровня сигналов ШИМ не совпадает у разных таймеров.

Это простой пример программирования микроконтроллера ATmega32U4 на языке C. Микроконтроллер установлен на плате AVR-USB32U4 [4] (аналог Arduino Leonardo). Пищалка (пьезокерамический излучатель звука) подключен к выходу канала B таймера 4, это ножки портов PB5 (~OC4B) и PB6 (OC4B).

Таймер 4 тактируется от системной тактовой частоты 16 МГц, поделенной на 256. ШИМ настраивается в 10-битном режиме Fast PWM, с противофазным формированием сигнала на ~OC4B и OC4B. Генерация пищания запускается функцией Beep, длительность генерации звука отслеживается обработчиком beephandler, который должен вызваться каждые 10 мс.

Заголовочный файл beep.h:

#ifndef __BEEP__

#define __BEEP__

#include "types.h"

#define BEEP_DDR     DDRB

#define BEEP_PORT    PORTB

#define BEEP_PHASE_A PB5

#define BEEP_PHASE_B PB6

#define BEEP_NONE       0

#define BEEP_START      1

#define BEEP_PROGRESS   2

void Beep (u16 hz, u16 ms);

void beephandler (void);

#endif

Модуль кода beep.c:

#include < avr/io.h>

#include "beep.h"

#include "pins.h"

static u16 beeptimems = 0;

static u8 beepstate = BEEP_NONE;

//Запрет таймера 4, в биты CS43, CS42, CS41, CS40 нужно записать 0000:

#define TIMER4_PWM_DISABLE() (TCCR4B &= ~((1<<CS43)|(1<<CS42)|(1<<CS41)|(1<<CS40)))

//Запуск таймера 4 от частоты F_CPU/256, в эти биты нужно записать 1001:

#define TIMER4_PWM_ENABLE() (TCCR4B |= (1<<CS43)|(0<<CS42)|(0<<CS41)|(1<<CS40))

void Beep(u16 hz, u16 ms)
{
   u16 val16;
   u8 hibyte, lobyte;
   //Значение TOP (OCR4C):
   val16 = (F_CPU/256)/hz;
   hibyte = val16>>8;
   lobyte = val16 & 0x00FF;
   TC4H = hibyte;
   OCR4C = lobyte;
   //Значение сравнения для переключения выхода канала B (OCR4B):
   val16 >>= 1;
   hibyte = val16>>8;
   lobyte = val16 & 0x00FF;
   TC4H = hibyte;
   OCR4B = lobyte;
   //Установка длительности и запуск пищания:
   beeptimems = ms;
   beepstate = BEEP_START;
}

void beephandler(void)
{
   switch (beepstate)
   {
   case BEEP_START:
      //Настройка портов ШИМ на выход:
      BEEP_DDR |= (1<<BEEP_PHASE_A)|(1<<BEEP_PHASE_B);
      //Режим Fast PWM (PWM4B=1, WGM40=0):
      TCCR4A |= (0<<COM4B1)|(1<<COM4B0)|(1<<PWM4B);
      TIMER4_PWM_ENABLE();
      beepstate = BEEP_PROGRESS;
      break;
   case BEEP_PROGRESS:
      if (0==beeptimems)
      {
         //Запрет таймера 4:
         TIMER4_PWM_DISABLE();
         beepstate = BEEP_NONE;
      }
      break;
   }
   if (beeptimems > 10)
      beeptimems -= 10;
   else
      beeptimems = 0;
}