ATtiny3224で裸の32bit周波数カウンタ

「tinyAVR2系」のATtiny3224(14pin)。
これに内蔵された２つの16bitタイマー、
TCB0とTCB1が連結できるということで、
32bitの周波数カウンタを試してみました。

こんな回路。


6pinと7pinに時計用水晶を接続。
ここから1Hzのキャプチャタイミングを得ます。
32bitにしたタイマでパルス入力をカウント。
1Hzサイクルでそのカウント値をキャプチャ。
　　周波数計測モードにすると、そのタイミングで
　　カウンタをゼロクリアしてくれます。
結果はPA1から9600BPSでシリアル出力。
こんな流れですが、チップのレジスタを操作するので
スケッチはけっこうややこしくなります。

//  ATtiny3224 (14pin) 裸の周波数カウンタ
//  32.768kHz水晶を使用 
//  TCB0とTCB1を連結して32bitカウント
//  PA1  シリアル出力データ 9600BPS
//  PA2  キャプチャタイミング RTCによる1Hz
//  PA4  測定クロック入力
#define  CYC_HZ   1   // キャプチャ繰り返し周波数(Hz)
                      // 毎秒あたりのキャプチャ回数 (2^n)
                      // RTC.PER設定値
/*****  RTC,PIT busy待ち *****/
//  両方とも0になるのを待つ
void rtcbusy(void) {
  while((RTC.STATUS & 0x0F) ||  // RTC busy ?
        (RTC.PITSTATUS & 1));   // PIT busy ?
}
/*****  シリアル出力    *****/
void tx(char c)
{
    while(!(USART0.STATUS & (1 << 5)));   // DREIF 送信できるまで待つ
    USART0.TXDATAL = c;     // 1文字出力
}
/*****  シリアル文字列出力    *****/
void txstr(const char *s)
{
    while(*s != '\0'){    // Nullまで
      tx(*s);             // 1文字出力
      s++;                // 次文字
    }
}
/*****  書式付シリアル出力     *****/
//  long値は10桁 
void txprintf(const char *s, ...)
{
va_list vp;
char bff[40];     // バッファを確保
    va_start(vp,s);
    vsnprintf(bff, sizeof bff, s, vp);
    txstr(bff);
    va_end(vp);
}
/*****  SETUP *****/
void setup() {
  cli();                    // 割込禁止
  PORTA.DIR   = 0b11101110;
  //              |||||||+---- PA0 10pin UPDI
  //              +++++++----- PA4 in, 他 out
  PORTB.DIR   = 0b00000011;
  //                  |||+---- PB0  9pin out
  //                  ||+----- PB1  8pin out
  //                  |+------ PB2  7pin TOSC2 32.768kHz
  //                  +------- PB3  6pin TOSC1 XTAL
  PORTA.PIN4CTRL = PORT_PULLUPEN_bm;  // PA4 pull up
                                      // 測定クロック入力
//  32.768kHz XTAL
//  _PROTECTED_WRITE(CLKCTRL.XOSC32KCTRLA, 0x00); // XTALオフ
//  while(CLKCTRL.MCLKSTATUS & (1 << 6));  // XOSC32KSの0を待つ
//        リセット起動なら↑の手順は不要  いきなりオン↓でOK
  _PROTECTED_WRITE(CLKCTRL.XOSC32KCTRLA, 0b00000001); // 発振イネーブル
  //                                         || ||+-- ENABLE
  //                                         || |+--- RUNSTBY
  //                                         || +---- SEL
  //                                         ++------ CSUT 1kサイクル
  // CSUT 01で16kサイクル、10で32k、11で64kサイクルの起動時間待ち
  rtcbusy();                  // RTC,PIT ビジー待ち
  RTC.CLKSEL  = 0b00000010;
  //                    ++---- XOSC32K 32.768kHzHz水晶
  RTC.CTRLA   = 0b00110001;
  //              |||||  +---- RTCEN RTC周辺機能許可
  //              |++++------- CLK_RTC 1/64 →512Hz
  //              +----------- RUNSTBY
  RTC.PER     = (512 / CYC_HZ) - 1;    // 512/512 →1Hz
  RTC.PITCTRLA  = 0b01010001;  
  //                 ||||  +-- PITEN PIT有効
  //                 ++++----- PERIOD 32.768kHz/2048 →16Hz
//  イベント制御: TCBクロック入力
  EVSYS.CHANNEL0        = 0x44;  // ch0入力:PA4
  EVSYS.USERTCB0COUNT   = 1;     // ch0出力:TCB0 クロック
//  イベント制御: TCBキャプチャ
//  RTCのオーバーフローでキャプチャ
//  PA2(EVOUTA)にタイミングを出力
  EVSYS.CHANNEL1        = 0x06;  // ch1入力:RTC_OVF
  EVSYS.USERTCB0CAPT    = 2;     // ch1出力:TCB0 CAPT入力
  EVSYS.USERTCB1CAPT    = 2;     // ch1出力:TCB1 CAPT入力
  EVSYS.USEREVSYSEVOUTA = 2;     // ch1出力:EVOUTA(PA2) 出力 
//  32bitカウントのためにTCB0のオーバーフローをTCB1のクロックに
  EVSYS.CHANNEL2        = 0xA1;  // ch2入力:TCB0オーバーフロー出力
  EVSYS.USERTCB1COUNT   = 3;     // ch2出力:TCB1クロック入力
//  タイマー TCA0,TCB0,TCB1割り込み禁止
  TCA0.SINGLE.INTCTRL  = 0;
  TCB0.INTCTRL         = 0;
  TCB1.INTCTRL         = 0;
//  タイマーTCB0 (下位側)
//  RTCのオーバーフローでキャプチャ
//  カウントクロックはPA4  EVSYS_USERTCB1COUNTで
  TCB0.CTRLA        = 0b00001111;
  //                     ||||||+-- ENABLE
  //                     |||+++--- CLKSEL EVENTでクロック
  //                     ||+------ SYNCUPD
  //                     |+------- CASCADE
  //                     +-------- RUNSTBY
  TCB0.CTRLB        = 0b00000011;
  //                     ||| +++-- CNTMODE 周波数測定
  //                     ||+------ CCMPEN
  //                     |+------- CCMPINIT
  //                     +-------- ASYNC
  TCB0.EVCTRL       = 0b00000001;
  //                     | |   +-- CAPTEI キャプチャ有効
  //                     | +------ EDGE
  //                     +-------- FILTER
//  タイマーTCB1 (上位側)
//  32bit動作  EVSYSを通じてTCB0のOVFでカウント
  TCB1.CTRLA        = 0b00101111;
  //                     ||||||+-- ENABLE
  //                     |||+++--- CLKSEL EVENTでクロック
  //                     ||+------ SYNCUPD
  //                     |+------- CASCADE 連結して32bitカウント
  //                     +-------- RUNSTBY
  TCB1.CTRLB        = 0b00000011;
  //                     ||| +++-- CNTMODE 周波数測定
  //                     ||+------ CCMPEN
  //                     |+------- CCMPINIT
  //                     +-------- ASYNC
  TCB1.EVCTRL       = 0b00000001;
  //                     | |   +-- CAPTEI キャプチャ有効
  //                     | +------ EDGE
  //                     +-------- FILTER
//  シリアル
// 9600BPSでシリアル出力  受信はなし
  USART0.CTRLB = 0b01000000;
  //               || ||||+-- MPCE
  //               || ||++--- RXMODE
  //               || |+----- ODME
  //               || +------ SFDEN
  //               |+-------- TXEN 送信有効
  //               +--------- RXEN 受信はしない
  USART0.CTRLC = 0b00000011;
  //               |||||+++-- CHSIZE 8BIT
  //               ||||+----- SBMODE 1stop
  //               ||++------ PMODE  Parity無し
  //               ++-------- CMODE  非同期USART
  USART0.BAUD  = (4L * F_CPU) / 9600L;  // 20MHzなら8333
  PORTMUX.USARTROUTEA = 0b00000001;  // 代替ポート
  //                          ||++-- USART0 TXをPA1に
  //                          ++---- USART1
  sei();                  // 割込有効
}
//  表示用データ
byte f_disp;          // 周波数表示指令
byte cnt_pit;         // PITタイミング
                      // 16Hz upカウント
/***** LOOP *****/
void loop() {
word d0, d1;    // TCB0,TCB1 16bitキャプチャ値
uint32_t d;     // 32bitデータ
  txstr("RTC Test\r\n");
  txprintf("%luHz\r\n", F_CPU);  // 動作周波数
  while(1){
    if(TCB0.INTFLAGS & 1){    // キャプチャ? (1Hzサイクル)
      TCB0.INTFLAGS = 1;
      d0 = TCB0.CCMP;         // 1Hzごとのキャプチャデータ
      d1 = TCB1.CCMP;         // 上位16bit
      d  = ((uint32_t)d1 << 16) | (uint32_t)d0;  // 32bitに
      f_disp  = 1;            // 表示指令
      cnt_pit = 0;            // PIT 16Hzカウンタクリア
    }
    if(RTC.PITINTFLAGS & 1){  // PIT 16Hz
      RTC.PITINTFLAGS = 1;
      cnt_pit++;              // PITカウンタ +1            
      if(cnt_pit >= 18){        // 18/16サイクル
        txstr("No clock\r\n");  // クロックなし表示
        cnt_pit = 0;            // PIT 16Hzカウンタクリア
      }
    }
    if(f_disp){       // 表示タイミング
      f_disp = 0;
      txprintf("%10luHz\r\n", d);  // Hzで
    }
  }
}

で、分かったこと。
・ATtiny1系のように、
　　「クロックがないとキャプチャしてくれない」
　は、大丈夫。クロックがなくてもキャプチャして
　くれるので、何もせずに「0Hz」が出てきます。
・ゼロクリアのタイミングも大丈夫。
　カウントが1つ減るということもありませんで
　した。
・スケッチでは、イベント関連レジスタの構成が
　tiny1系と変わっていました。ややこしい。
　　　ヘッダーファイル：iotn3224.hを捜索

※tinyAVR1系のATtiny1614での実験
・ATtiny1614で(裸の)周波数カウンタ
・ATtiny1614で周波数カウンタ：キャプチャタイミング

この↑記事のようにtinyAVR1系で周波数カウンタを
作ろうとすると、けっこうめんどう。
そして、キャプチャタイミングがとクリアのタイミングが
カウントクロックで刻まれるのがなんともあきません。

ということで、周波数カウンタを作るならtinyAVR2系を
どうぞ。
16bitカウンタなら1Hzのゲートで65535Hzがmaxで、
それを越えるカウント値はオーバーフローを見ておか
ないといけません。
それが連結して32bitになると、まぁラクチンに。

・ブレッドボードでの試運転中の様子

※自分のクロックを計ってみる
TCB0(下位側)のクロック入力設定をこのように
変えれば、内蔵クロックを計ることができます。

//TCB0.CTRLA        = 0b00001111;  // 外部クロックを計る
  //                     ||||||+-- ENABLE
  //                     |||+++--- CLKSEL EVENTでクロック
  //                     ||+------ SYNCUPD
  //                     |+------- CASCADE
  //                     +-------- RUNSTBY
  TCB0.CTRLA        = 0b00000001;  // ←これに変えてクロック源をCLKPERに

そして、Arduino IDEのツール設定を触ります。


こんな結果。

F_CPU=20000000Hz
  19283.520kHz
  20045.993kHz
  20049.757kHz
  20049.887kHz
  20049.439kHz
  20051.664kHz

F_CPU=16000000Hz
  15391.121kHz
  16001.330kHz
  16002.410kHz
  16001.726kHz
  16002.778kHz
  16001.499kHz
  16003.342kHz

F_CPU=10000000Hz
   9641.545kHz
  10023.248kHz
  10024.757kHz
  10025.080kHz
  10024.272kHz
  10022.962kHz

F_CPU=5000000Hz
   4824.711kHz
   5010.271kHz
   5010.384kHz
   5009.681kHz
   5010.371kHz
   5009.503kHz
   5009.354kHz

けっこう変動していました。

※RTC用水晶の発振周波数(32.768kHz)を調べたい
　・ATtiny3224で裸の32bit周波数カウンタ #2