Arduino UNO R3のクロック精度を1MHzパルスで確かめる

ラジオペンチさんが、
・Arduinoのmicros()を使ったLチカでCPUのクロック精度を測定 
という記事を書かれていたんで、別のアプローチで迎撃してみます。
こんなスケッチ。

・16ビットタイマーをCTCモードにしてOC1A(PB1:D9)にジャスト
　1MHzの方形波を出力。
　　　このパルス出力はATmega328Pのハードが出してくれるので
　　　ジッターは無し。
・おまけで、
　　　loopの毎サイクルでLEDポート(D13)をトグル。
　　　millis()値の変化でD8ポートをトグル。

//  Arduino UNO R3 発振周波数確認
//    PB1:OC1A(D9)に1MHz方形波を出力
//      16MHz / 8 / 2 で1MHz
//    PB0(D8)　millis()で1msをチェックして方形波出力
//    PB5(D13) LEDポート loopで方形波出力
/*****   セットアップ        *****/
void setup()
{
    pinMode( 9, OUTPUT);    // PB1 OC1A 1MHz出力
    pinMode( 8, OUTPUT);    // PB0 1msごとにトグル出力
    pinMode(13, OUTPUT);    // PB5 LED loopでトグル出力
//  タイマー1 16MHz/8 COM1Aトグル出力
    TCCR1A = 0b01000000;
    //         ||||  ++---  WGM OCR1AでCTC
    //         ||++-------  COM1B
    //         ++---------  COM1A トグル出力
    TCCR1B = 0b00001001;
    //         || ||+++---  CS 16MHz入力
    //         || ++------  WGM OCR1AでCTC
    //         |+---------  ICES1
    //         |----------  ICNC1
    TIMSK1 = 0b00000000;    // 割り込みオフ
    //           |  ||+---  TOIE1
    //           |  |+----  OCIE1A
    //           |  +-----  OCIE1B
    //           +--------  ICIE1
    OCR1A  = 8 - 1;         // 16MHz/8 2MHz, OC1Aトグルで1MHzに
}

/*****  LOOP      *****/
void loop()
{
uint32_t ms , a;
    ms = millis();              // 現1ms値
    while(1){
        PINB |=  (1 << PB5);    // LEDポートトグル
        a = millis();
        if(ms != a){            // 1ms変化?
          PINB |= (1 << PB0);   // PB0 (D8)ポートトグル
          ms = a;               // 次の1msを待つ
        }
    }
}

これで、
(a) PB1の周波数を読めば、クロックの誤差がわかる。
(b) millis()値の変化は1msサイクルじゃないことがわかる。
(c) タイマー0割り込みの処理時間がわかる。
というのを確かめられるかと。

この命令、
　　PINB |= (1 << PB5);　// LEDポートトグル
AVRマイコンデータシートのポート解説のところを見てください。
　「PINxnへの論理1書き込みはDDRxnの値によらず
　　PORTxnの値を反転切り替えします。」
となっていて、SBI命令ひとつで出力ビットの反転操作が
できるのです。

BLINKの応用で、LEDを点滅させることが
あるかと思いますが、
　　現在のon/offを判断
　　digitalWriteでon/offを設定
なんてまどろっこしいことをしなくても
最短の時間、最小の命令バイト数でポートを
トグルできるのです。

どうか、覚えておいてください。

※関連
・2020年2月4日：Arduinoのタイマー OCRレジスタは「n」じゃなく「n - 1」の値を設定せよ


*追記：Raspberry Pi Picoだと

//  ラズパイピコの周波数確認
//  GP2   1MHz方形波 PWMで出力
//  GP4   LOOPでトグル出力
//  GP6   millisによる1msごとにトグル(500Hz)
#define GP2     2           // PWM出力
#define SN2     (GP2 / 2)   // PWMスライスナンバー
/*****  SETUP   *****/
void setup(){
    pinMode(25, OUTPUT);    // LED
    pinMode( 4, OUTPUT);    // loopで反転
    pinMode( 6, OUTPUT);    // 1msで反転
//  PWMの設定    
    gpio_set_function(GP2, GPIO_FUNC_PWM);  // GP2をPWM出力に
    pwm_set_clkdiv(SN2, 12.5);              // 125MHz / 12.5 = 10MHz
    pwm_set_wrap(SN2, 10 - 1);              // PWM 分解能
    pwm_set_chan_level(SN2, GP2 & 1, 5);    // ch-A PWM値
    pwm_set_enabled(SN2, 1);                // PWMスタート
}

/*****  LOOP   *****/
void loop(){
uint32_t ms, a;
byte  f_xLED = 0;             // LEDポート反転フラグ
byte  f_xGP6 = 0;             // GP6ポート反転フラグ
    ms = millis();            // ms現在値
    while(1){
        f_xLED ^= 1;            // LEDポートトグル
        gpio_put(25, f_xLED);   // LED出力
        gpio_put( 4, f_xLED);   // GP4出力
        a = millis();
        if(ms != a){            // 1ms変化?
            f_xGP6 ^= 1;            // GP6ポートトグル
            gpio_put( 6, f_xGP6);   // GP6出力
            ms = a;                 // 次の1msを待つ
        }
    }
}

GP2ポートをPWM出力にして1MHzを出すようにしてみました。
こちらも搭載マイコンRP2040のハードウェアを使って
パルスを出していますんで、走っているソフトの影響で
パルスが遅れるとか進むとかはありません。

　　※RP2040のPWMユニットの分周器、n・m/16で
　　　設定できるのが面白い。
　　　主クロックの125MHzを1/12.5とすれば10MHzが
　　　出てきます。