ラジオペンチさんが
チャーリープレクシングでクリスマスツリー用LEDイルミネーションを作る（ダイナミック点灯プログラムの作成）
という記事をまとめられてますんで、タイマー割り込みを
使った多桁LEDのダイナミックスキャンについての処理例を
示しておきます。
※参考 (ArduinoではありませんがATmega328Pです)
2020年9月26日：手組みするときは片面基板で：1kHz PWM発生回路
Arduino-UNOで試せるように、書いてみました。
LEDはつないでません。 オシロで観察を。
ATmega328Pのレジスタ、直書きですんで、
データシートを参照に。
タイマー割り込みによるLEDの点灯とブランキング処理、
アウトプットコンペア割り込みを試してみてください。
※タイマー0はシステムで使ってるんで、タイマー2で。
まず、タイマー2をいったん止めてCTCモードに再設定。
1/64分周で1カウント=250kHz=4usに。
OCR2Aの値がTOPになるんで、「250-1」をセットして
これで1msで割り込み。
このタイミングでLEDをオフ。
OCR2Bの値はAの40us後に割り込みということで「10-1」を。
このタイミングでLEDをオン。
960us後に次のA割り込みが。
このコンペアA、コンペアB両方の割り込みを有効に。
タイミングを見るためOC2A、OC2B両方をトグル出力を有効に。
1ms割り込み内では1000を数えて1秒フラグを造ってメインloop
でLEDを点滅。
PB4を観察すれば、点灯とブランキング処理のタイミングが
見えます。
オシロ波形、上から
PB4 40usオフして960usオン。 これでLEDを点灯・消灯。
PB3 OC2A コンペアAのタイミングでトグル
PD3 OC2B コンペアBのタイミングでトグル
PB5 LED点滅 1秒ごとに
LEDのダイナミックスキャン、こんな手順で。
・コンペアA割り込みで消灯処理。（ブランキング）
ついでに1msタイマー処理。
・コンペアB割り込みで次桁の点灯を。
そして次の点灯桁の準備。
点灯・消灯は割り込みが勝手にやってくれますんで、
メインloopはなにしようが勝手。
/***** タイマー2 アウトプットコンペア割り込みテスト *****/
// 1kHzで割り込み
volatile byte f_1sec; // 1秒フラグ
// D12 PB4ポート 960uS点灯 40us消灯
ISR(TIMER2_COMPA_vect) { // タイマー2 A割り込み
static word t1ms = 0;
PORTB &= ~(1 << PB4); // D12 PB4 off (40us)
t1ms++;
if(t1ms >= 1000){ // 1秒経過
t1ms = 0;
f_1sec = 1; // main処理に知らせる
}
}
ISR(TIMER2_COMPB_vect) { // タイマー2 B割り込み
PORTB |= (1 << PB4); // D12 PB4 on (960us)
}
/***** SETUP *****/
void setup() {
pinMode(13, OUTPUT); // PB5:LEDポート loopで点滅
pinMode(12, OUTPUT); // PB4:1ms割り込みで点滅
pinMode(11, OUTPUT); // PB3:OC2A出力
pinMode( 3, OUTPUT); // PD3:OC2B出力
cli(); // 割込禁止
TCCR2B = 0x00; // タイマー2いったん停止
TCCR2A = 0b01010010; // あらためてモード設定
// |||| ++--- WGM: CTCモード OCR2Aでクリア
// ||++------- COM2B D3 PD3 トグル出力
// ++--------- COM2A D11 PB3 トグル出力
TCCR2B = 0b00000100; // クロック設定
// |+++--- CS:1/64 : 250kHz
// +------ WGM02
OCR2A = 250 - 1; // 250カウントで1kHzを
OCR2B = 10 - 1; // 10カウント(40us)で割り込み
TIMSK2 = 0b00000110;
// ||+---- TOIE2 オーバーフロー割り込みは無し
// |+----- OCIE2A コンペアマッチA割り込み有効
// +------ OCIE2B コンペアマッチB割り込み有効
sei(); // 割込許可
}
void loop() { // D13ポートにパルス
if(f_1sec){
f_1sec = 0; // 1秒サイクル
PINB |= (1 << PB5); // D13 PB5 LED on/off トグル操作
}
}
OCR2Bをいじれば、明るさを変えることができます。
125-1ならデューティ50%に。
大きくすればどんどん暗く。
OCR2Aより大きくなれば全消灯。
※OC2A、OC2Bのトグル出力はタイミング確認の
ためのものですんで、必要ありませんので。
ちょっとtips。
loopのところのPINBのbit5に対する「1」書き込み、
これでPORTBのbit5がトグルしてくれます。
AVRマイコン独自の機能です。
※追記 オフ時間を４種類で変えてみました。
A割り込み内で、次のオンタイミング、OCR2Bを操作
します。
/***** タイマー2 アウトプットコンペア割り込みテスト *****/
volatile byte scan; // スキャン位置 0～3の4つ
byte oc2b[]={ // OCR2B設定値
20-1, 40-1, 80-1, 100-1, }; // on位置
volatile byte f_1cyc; // 1サイクルでon
// 1kHzで割り込み
// D12 PB4ポート 960uS点灯 40us消灯
ISR(TIMER2_COMPA_vect) { // タイマー2 A割り込み
PORTB &= ~(1 << PB4); // D12 PB4 off
OCR2B = oc2b[scan]; // 次onタイミングをセット
scan++; // 次スキャン位置
if(scan >= 4){ // 0～3
scan = 0; // 4で0に戻す
f_1cyc = 1;
}
}
ISR(TIMER2_COMPB_vect) { // タイマー2 B割り込み
PORTB |= (1 << PB4); // D12 PB4 on
}
/***** SETUP *****/
void setup() {
pinMode(13, OUTPUT); // PB5:LEDポート loopで点滅
pinMode(12, OUTPUT); // PB4:1ms割り込みで点滅
pinMode(11, OUTPUT); // PB3:OC2A出力
pinMode( 3, OUTPUT); // PD3:OC2B出力
cli(); // 割込禁止
TCCR2B = 0x00; // タイマー2いったん停止
TCCR2A = 0b01010010; // あらためてモード設定
// |||| ++--- WGM: CTCモード OCR2Aでクリア
// ||++------- COM2B D3 PD3 トグル出力
// ++--------- COM2A D11 PB3 トグル出力
TCCR2B = 0b00000100; // クロック設定
// |+++--- CS:1/64 : 250kHz
// +------ WGM02
OCR2A = 250 - 1; // 250カウントで1kHzを
OCR2B = 10 - 1; // 10カウント(40us)で割り込み
TIMSK2 = 0b00000110;
// ||+---- TOIE2 オーバーフロー割り込みは無し
// |+----- OCIE2A コンペアマッチA割り込み有効
// +------ OCIE2B コンペアマッチB割り込み有効
sei(); // 割込許可
}
/***** LOOP *****/
void loop() { // D13ポートにパルス
PINB |= (1 << PB5); // D13 PB5 LED on/off トグル操作
#if 0
if(f_1cyc){
f_1cyc = 0;
PINB |= (1 << PB5); // D13 PB5 LED on/off トグル操作
}
#endif
}
こんな波形になります。
そして、LOOP内で連続パルスを出すと、割り込み処理時間が推測
できます。
パルスが止まっている時間が割込処理中の時間。
OC2Aパルスはハード的に出ます。
そこからD12がLになるまでが、割り込みの応答時間。
レジスタをスタックに待避したりで大忙し。
そして・・・割り込み応答を観察するためLOOPにパルスを
出してると、たまに別の処理が走っているのに出会うことが
あります。
今回はこんなの。
OC2A、OC2B割り込みは出力波形と同期していますが、
無関係のところでLOOP内のパルス出力が抜けます。
それがバックグランドで走っているタイマー0の
オーバーフロー割り込みのタイミングです。
周期は1.024ms。
ですので1ms周期のタイマー2とは同期しません。
抜け部分がどこに来るかは不明。
もしタイマー2割り込みと競合すると、どちらか早い
ほうが優先され、負けた方はその時間だけ処理が遅れ
ます。
新たなOCR2Bの設定が、その割り込み前にできないと
変化して欲しい時間が1ms周期遅れてしまいます。
※割り込み起動は抜けないのでオフが継続という
ことではない。
・2016年02月19日：Arduinoのタイマー処理
・2020年1月28日：Arduinoから「タイマー0」を取り上げる（ユーザーが使う）
・ラジオペンチ：Arduinoのmillis()関数が返す値は不連続な場合がある
クリチカルな処理の時は、これがじゃまになるかも。
最近のコメント