Chatgpt:
سخنرانی در مورد تایمرهای میکروکنترلر، مخصوصاً ATmega32 تقدیم حضور شما:
️ «سخنرانی رسمی درباره تایمرها در میکروکنترلر ATmega32»
بسم الله الرحمن الرحیم،
دوستان و عاشقان پالس و بیت و بایت! امروز در خدمت شما هستیم تا در مورد یکی از مهم‌ترین ابزارهای میکروکنترلر، یعنی تایمر سخن بگوییم.
آری، تایمرها! قلب تپنده‌ی زمان‌بندی در دنیای دیجیتال!
تایمر چیست؟
تایمر یعنی «ماشینی که می‌شمارد»
درون میکروکنترلر، تایمرها با پالس کلاک کار می‌کنند و می‌شمارند تا کاری در زمان خاصی انجام دهند؛ مثل چشمک‌زدن LED، تولید PWM یا اندازه‌گیری زمان.
تایمرهای ATmega32:
میکروکنترلر ATmega32 دارای سه تایمر است:
1. Timer/Counter 0 (۸ بیتی)
2. Timer/Counter 1 (۱۶ بیتی)
3. Timer/Counter 2 (۸ بیتی)
تفاوت تایمر ۸ بیتی و ۱۶ بیتی:
۸ بیتی یعنی از ۰ تا ۲۵۵ می‌شماره.
۱۶ بیتی یعنی از ۰ تا ۶۵۵۳۵ می‌شماره!
پس Timer1 برای کارهای دقیق‌تر و طولانی‌تر استفاده میشه.
حالت‌های کاری تایمرها:
1. Normal Mode (حالت شمارش آزاد):
تا عدد ماکزیمم می‌شمارد، سپس صفر می‌شود و وقفه می‌زند.
2. CTC Mode (Clear Timer on Compare):
تا یک عدد مشخص می‌شمارد (مثلاً 100)، بعد صفر می‌شود.
3. PWM Mode (تولید موج مربعی با Duty Cycle متغیر):
برای کنترل روشنایی LED یا سرعت موتور.
رجیسترهای مهم در تایمر:
TCCRn → تنظیم نوع عملکرد تایمر (مد کاری، کلاک و ...).
TCNTn → مقدار شمارش فعلی.
OCRn → مقدار مقایسه برای CTC یا PWM.
TIMSK → فعال‌سازی وقفه‌های تایمر.
TIFR → پرچم‌های رخداد وقفه.
(n یعنی شماره تایمر: 0 یا 1 یا 2)
---
کاربردها:
چشمک‌زدن دقیق LED
تولید صدا
کنترل سرعت موتور با PWM
ساخت ساعت و کرنومتر
اندازه‌گیری فاصله با سنسور اولتراسونیک
نتیجه‌گیری سخنرانی:
تایمر چیزی نیست جز یک شمارندهٔ باوقار!
در دل هر میکروکنترلر می‌تپد، زمان را می‌سنجد، پالس می‌فرستد و دنیای دیجیتال را منظم نگه می‌دارد.
به احترام تایمردوست ها�
بپرس اگر دوست داری یه تایمر واقعی راه بندازیم و کد رجیستری هم برات بنویسم
سلام!
با قدرت شروع می‌کنیم! رجیسترهای تایمر در میکروکنترلرهای AVR (مثل ATmega32) یکی از مهم‌ترین بخش‌ها هستن، چون برای تولید زمان‌بندی دقیق، PWM، شمارش پالس‌ها و… به کار می‌رن. بیایید با هم همه چیز رو شفاف، ساده و کاربردی مرور کنیم.
معرفی کلی تایمرها در ATmega32
ATmega32 دارای ۳ تایمر است:
تایمر
بیت
نوع
Timer0
8
8 بیتی
Timer1
16
16 بیتی
Timer2
8
8 بیتی
رجیسترهای مهم تایمرها
⏱ Timer/Counter Control Register – TCCRn
کنترل رفتار تایمر. شامل انتخاب مد کاری (Normal, CTC, PWM) و تعیین پیش‌تقسیم‌کننده (prescaler).
برای Timer0:
TCCR0 = 0b00000000;
بیت‌های مهم:
CS02:CS00: انتخاب prescaler
WGM01:WGM00: انتخاب مد کاری (Normal, PWM, CTC)
COM01:COM00: تنظیم عملکرد پایه OC0 در حالت PWM/CTC
Timer/Counter Register – TCNTn
مقدار فعلی تایمر. با خواندنش می‌فهمی تایمر تا کجا شمارش کرده.
مثال:
uint8_t val = TCNT0; // مقدار فعلی تایمر 0
Output Compare Register – OCRn
اگر در حالت CTC یا PWM باشی، این رجیستر مشخص میکنه شمارش تا کجا بره یا چه وقتی خروجی تغییر کنه.
بیایید یک مثال کاربردی بنویسیم تا مفاهیم تایمر و وقفه را عملی ببینیم.
هدف برنامه:
روشن و خاموش کردن یک LED با استفاده از Timer0 در مد Normal و وقفه‌ی Overflow.
هر بار که تایمر 0 از 255 عبور کرد (overflow)، LED تغییر وضعیت بده (روشن → خاموش → روشن → ...)
اتصالات سخت‌افزاری:
فرض می‌گیریم LED به پایه PB0 (پین 1 پورت B) وصل شده.
سر دیگر LED با مقاومت به GND وصل است.
کد برنامه (زبان C برای AVR-GCC یا CodeVision)
C:
#include <avr/io.h>
#include <avr/interrupt.h>
void timer0_init() {
TCCR0 = (1 << CS02); // prescaler = 64
TCNT0 = 0; // شروع شمارش از 0
TIMSK = (1 << TOIE0); // فعال کردن وقفه overflow
sei(); // فعال‌سازی کلی وقفه‌ها
}
ISR(TIMER0_OVF_vect) {
// این تابع با هر overflow اجرا میشه
PORTB ^= (1 << PB0); // تغییر وضعیت LED (روشن → خاموش)
}
int main(void) {
DDRB |= (1 << PB0); // تنظیم PB0 به عنوان خروجی
PORTB &= ~(1 << PB0); // خاموش کردن LED در ابتدا
timer0_init(); // راه‌اندازی تایمر
while (1) {
// هیچ کاری نمی‌کنیم، کارها در وقفه انجام میشه
}
}
توضیح خط‌به‌خط:
DDRB |= (1 << PB0);
پایه‌ی PB0 را به‌عنوان خروجی تنظیم می‌کنیم تا بتونیم به LED ولتاژ بدیم.
---
PORTB ^= (1 << PB0);
این یعنی هر بار اجرای این خط، پایه PB0 "وارونه" بشه.
اگر ۰ باشه → ۱ میشه → LED روشن
اگر ۱ باشه → ۰ میشه → LED خاموش
(علامت ^= یعنی XOR با ۱ → برعکس میکنه)
TCCR0 = (1 << CS02);
انتخاب prescaler برابر با 64 → تایمر کندتر شمارش میکنه.
اگر فرکانس میکروکنترلر ۸MHz باشه، این یعنی:
F_timer = 8MHz / 64 = 125,000Hz → هر 8μs یک شمارش
و چون تایمر 0 تا 255 می‌شمره:
زمان بین دو overflow = 256 * 8μs = ~2.048ms
یعنی تقریباً هر ۲ میلی‌ثانیه، LED تغییر وضعیت می‌ده (خیلی سریع چشمک می‌زنه!).
چطوری آهسته‌ترش کنیم؟
اگر بخوای LED مثلاً هر ۱ ثانیه روشن/خاموش بشه، می‌تونیم شمارش overflowها رو بشماریم.
بگی تا برات نسخه‌ی "LED هر ۱ ثانیه چشمک بزنه" رو هم بنویسم
---
> هر برنامه‌ای که می‌نویسی یه قدم جلوتر میری. این یعنی داری از یه علاقه‌مند به یه سازنده واقعی تبدیل می‌شی!
ادامه بده، قله‌های الکترونیک منتظر توانایی تو هستن.
ما 488 گذاشتیم چون دقیق‌ترین مقدار ممکنه (1 ثانیه واقعی)
---
> اگر خواستی این رو تبدیل کنیم به چشمک زدن دو تا LED، یا اضافه کردن دکمه، یا کنترل موتور، فقط بگو.
تو الآن داری با تایمرها مثل حرفه‌ای‌ها رفتار می‌کنی.
می‌خوای مثال بعدی چی باشه؟ کنترل موتور؟ PWM؟ ساعت؟
سالک: آیا چون ۳ تا تایمر داریم با هر میکروکنترلر فقط می توانیم ۳ سروو موتور را راه اندازی کنیم؟
سلام! نه، الزامی نیست که فقط ۳ سروو موتور را بتوان با ۳ تایمر کنترل کرد. بگذار کمی بیشتر توضیح بدهم:
اول از همه: چرا این سؤال مطرح می‌شود؟
سروو موتورها معمولاً با سیگنال PWM (پالس با عرض متغیر) کنترل می‌شوند. میکروکنترلرهایی مثل ATmega32 سه تایمر دارند (Timer0، Timer1، Timer2) که می‌توانند PWM تولید کنند. این باعث می‌شود این تصور پیش بیاید که فقط ۳ خروجی PWM برای سروو داریم.
اما در واقع:
روش‌های راه‌اندازی چند سروو با یک میکرو:
1. راه‌اندازی هر سروو با یک تایمر اختصاصی (ساده‌ترین و دقیق‌ترین روش):
بله، می‌توانی یک تایمر را برای تولید PWM برای یک سروو استفاده کنی.
این روش برای تا ۲ یا ۳ سروو بسیار دقیق و راحت است.
2. استفاده از یک تایمر برای چند سروو (با وقفه):
سرووها فقط هر ۲۰ میلی‌ثانیه یک پالس لازم دارند (پالسی با عرض بین ۱ تا ۲ میلی‌ثانیه).
پس می‌توان با یک تایمر و استفاده از وقفه (Interrupt) یا برنامه‌ریزی دستی، به ترتیب پالس هر سروو را پشت سر هم تولید کرد.
مثلاً در هر ۲۰ میلی‌ثانیه، پالس سروو اول را بدهی، بعد از ۵ میلی‌ثانیه دومین سروو، بعد سومی، و به همین ترتیب...
3. استفاده از کتابخانه‌های آماده مثل Servo در Arduino:
در Arduino با میکروکنترلرهایی مثل ATmega328 یا ATmega32 می‌توان تا ۱۲ سروو (یا بیشتر) را کنترل کرد.
این کتابخانه‌ها از تایمرها به شکل هوشمند استفاده می‌کنند و پالس‌ها را به شکل زمان‌بندی‌شده روی پایه‌های مختلف می‌فرستند.
4. استفاده از IC یا درایور مخصوص (مثلاً PCA9685):
این IC با ارتباط I2C کنترل می‌شود و تا ۱۶ کانال PWM مستقل برای سرووها دارد.
از بار پردازشی میکروکنترلر کم می‌کند.
جمع‌بندی:
روش ..................................تعداد سرووی ممکن............... دقت .....................پیچیدگی
هر سروو با یک تایمر.......................... ۳.............................. عالی ......................ساده
چند سروو با یک تایمر (وقفه)............. 6 تا 10......................... متوسط ..................متوسط
کتابخانه Arduino Servo................دوازده تا یا بیشتر................. خوب .................خیلی ساده
استفاده از درایور مانند PCA9685.......شانزده تاصدها ...................عالی ...............ساده ولی نیاز به قطعه
اگر خواستی با یک تایمر چند سروو کنترل کنی، یا مثالی خواستی برات می‌نویسم. فقط بگو کد با AVR- C باشه یا Arduino یا چی.
TCCR0 = (1 << CS02);
سالک: این طرز نوشتن یعنی چه؟ یعنی یک بیت از بایت tccr0 را مقدار دادی؟
Chatgpt:
آفرین، دقیقاً درست متوجه شدی!
کدی که نوشتی:
TCCR0 = (1 << CS02);
یعنی:
به زبان ساده:
قراره فقط بیت شماره‌ی ۲ (یعنی CS02) از رجیستر ۸ بیتی TCCR0 روی ۱ قرار بگیره و بقیه‌ی بیت‌ها صفر بشن.
توضیح دقیق‌تر:
عبارت (1 << CS02) یعنی عدد ۱ را به چپ شیفت بده به اندازه‌ی مقدار CS02. چون CS02 یک تعریف (define#) از نوع عددی هست (مثلاً #define CS02 2) بنابراین میشه:
(1 << 2) = 0b00000100 = 0x04
در نتیجه کد:
TCCR0 = (1 << CS02);
مقدار 0b00000100 (یا همون ۴ در مبنای ده) رو توی رجیستر TCCR0 می‌ریزه.
این یعنی فقط بیت CS02 روشن (۱) میشه و بقیه صفر می‌مونن.
نکته‌ی مهم:
اگر بخوای فقط اون بیت رو روشن کنی و بقیه‌ی بیت‌های TCCR0 رو دست‌نخورده نگه داری، باید از عملگر OR استفاده کنی:
TCCR0 |= (1 << CS02);
این یعنی:
فقط بیت CS02 رو "۱" کن، بقیه‌ی بیت‌ها هر چی بودن، همون بمونن.
اگر خواستی، تفاوت بین این سه حالت رو هم می‌گم:
TCCR0 = (1 << CS02); // همه بیت‌ها صفر میشن جز CS02
TCCR0 |= (1 << CS02); // فقط CS02 میشه ۱، بقیه حفظ میشن
TCCR0 &= ~(1 << CS02); // فقط CS02 میشه ۰، بقیه حفظ میشن
WGM01 و WGM00 (بیت‌های 3 و 6):
مشخص می‌کنن تایمر در چه حالتی کار کنه:
Normal Mode (حالت شمارش ساده)
CTC (Clear Timer on Compare)
Fast PWM
Phase Correct PWM
WGM01WGM00مد کاری (Mode)
00Normal
01PWM, Phase Correct
10CTC
11Fast PWM
️ بیت‌های خروجی مقایسه‌ای (Compare Output Mode):
COM01 و COM00 (بیت‌های 5 و 4):
مشخص می‌کنن وقتی تایمر به مقدار مقایسه‌ای (OCR0) برسه، پایه‌ی OC0 چه واکنشی نشون بده.
مثلاً در PWM می‌تونی خروجی مربعی با duty cycle خاص تولید کنی.
بیت FOC0 (بیت 7):
FOC0:
Force Output Compare — برای مد غیر PWM هست، وقتی بخوای دستی یه Compare اتفاق بیفته.
سالک:در مورد تایمرها داشتیم صحبت می کنیم ، اتمگا ۳۲ ، رجیستر tccn , 3 بیت اول را گفتی تقسیم فرکانس ، اولا بگو تقسیم فرکانش یعنی چی ، باقی بیت ها را هم بگو چی کار می کنند؟
بسیار عالی که تا اینجا پیش رفتی!
داریم درباره‌ی رجیستر TCCRn در میکروکنترلر ATmega32 صحبت می‌کنیم. این رجیستر کنترل تایمر/کانترهاست. برای مثال، برای تایمر صفر (Timer0) رجیستر TCCR0 داریم، و برای تایمر 1 و 2 هم به ترتیب TCCR1A, TCCR1B, TCCR2 داریم.
اول: تقسیم فرکانس یعنی چی؟ (Prescaler)
فرض کن فرکانس کلاک سیستم تو ۱۶ مگاهرتزه. تایمر باید با یه فرکانسی کار کنه. اگه همین ۱۶ مگاهرتز مستقیم بره به تایمر، خیلی سریع شمارش میکنه و شاید برات کاربردی نباشه.
اینجاست که "تقسیم‌کننده‌ی فرکانس" وارد میشه: Prescaler یعنی فرکانس کلاک رو تقسیم کنیم به عددی مثل 8، 64، 256 و غیره، تا سرعت تایمر کمتر بشه.
مثلاً:
prescaler = 8 → تایمر با فرکانس 2MHz کار میکنه (16MHz ÷ 8)
prescaler = 64 → تایمر با 250kHz کار میکنه
مثلاً اگه PWM تولید می‌کنی، این بیت‌ها تعیین می‌کنن که وقتی شمارش با مقدار OCR0 برابر شد، چه اتفاقی برای پایه‌ی OC0 بیفته (Set, Clear, Toggle).
بیت ۷: FOC0
→ Force Output Compare
در حالت non-PWM اگه بخوای دستی مقدار مقایسه رو مجبور کنی، از این بیت استفاده میشه.
جمع‌بندی ساده:
بیت‌هااسمکار
0 تا 2CS00..CS02تعیین تقسیم فرکانس (prescaler)
3 و 6WGM01, WGM00تعیین مد کاری تایمر (Normal, PWM...)
4 و 5COM00, COM01رفتار پایه‌ی OC0 در حالت مقایسه
7FOC0دستور دستی مقایسه در مد non-PWM
اگر خواستی، بعداً بریم سراغ TCCR1A و TCCR1B برای تایمر ۱ که ۱۶ بیتیه و پیچیده‌تره.
آفرین، خیلی خوب پیش رفتیم!
بله، تا حدی با رجیستر TCCRn آشنا شدیم که پایه‌ای‌ترین رجیستر در کنترل تایمره. حالا یه مرور خیلی سریع از اون چیزی که یاد گرفتیم از این رجیستر داشته باشیم، بعد بریم سراغ رجیستر بعدی (مثلاً TCNTn یا OCRn).
مرور رجیستر TCCRn (Timer/Counter Control Register)
در ATmega32 برای هر تایمر رجیستر مخصوص خودش رو داریم:
2. تنظیم Prescaler:
یعنی تایمر چند برابر کندتر از کلاک اصلی بشمارد
مثلاً: بدون Prescaler → با سرعت کلاک اصلی (مثلاً 1MHz)،
Prescaler = 64 → تایمر با 1MHz/64 = 15.6kHz می‌شمارد.
3. در حالت PWM: کنترل رفتار پایه خروجی (مثلاً non-inverting یا inverting)
اگر بخوای یه قدم جلوتر بریم، بهترین رجیستر بعدی برای بررسی این‌هاست:
پیشنهاد بعدی:
TCNTn (برای دیدن مقدار فعلی تایمر و ایجاد تاخیر) یا
مرسی از اعتمادت!
پس اجازه بده رجیستر TCNTn رو انتخاب کنیم چون ساده‌تره و پایه‌ای‌ترین رجیستر شمارش در تایمرهاست. یاد گرفتنش کمک میکنه بفهمی تایمر دقیقاً داره چه کار میکنه.
TCNTn – Timer/Counter Register
چی هست؟
TCNTn مقداریه که تایمر داره الان می‌شماره.
این رجیستر با هر پالس کلاک (بسته به Prescaler) یکی یکی زیاد میشه.
n یعنی چی؟
برای Timer0 → رجیسترش میشه TCNT0 (8 بیتی)
برای Timer1 → TCNT1 (16 بیتی) → شامل دو بخش: TCNT1H و TCNT1L
برای Timer2 → TCNT2 (8 بیتی)
کاربرد اصلی:
1. خواندن مقدار شمارش فعلی تایمر
مثلا ببینی الان تایمر روی عدد چندمه.
2. نوشتن مقدار دلخواه داخلش
مثلا بگی تایمر از عدد 100 بشماره، نه از صفر.
مثال کاربردی:
فرض کن تایمر0 فعاله و Prescaler = 64 هست.
کلاک سیستم = 1MHz → پس تایمر با 15,625Hz می‌شماره
یعنی هر 64 میکروثانیه، TCNT0 یک واحد زیاد میشه.
اگه بنویسی:
TCNT0 = 0; // شروع شمارش از صفر
و هر بار بخونی:
uint8_t count = TCNT0;
می‌فهمی الان چند واحد گذشته از زمان شروع.
نکته مهم:
وقتی TCNTn به حداکثر مقدارش برسه (مثلاً 255 برای 8بیتی)، سرریز (Overflow) می‌ده و از صفر دوباره شروع میکنه.
اینجا می‌تونی از وقفه‌ی Overflow هم استفاده کنی.
اگه خواستی قدم بعدی بریم سراغ رجیستر OCRn (برای تولید PWM و تنظیم وقفه مقایسه)، یا یه پروژه ساده با TCNT برات طراحی کنم که ببینی چطور باهاش تاخیر دقیق بسازیم.
OCRn مقداریه که تایمر باهاش مقایسه میشه.
وقتی مقدار تایمر (یعنی TCNTn) برابر با مقدار OCRn بشه، یه اتفاقی می‌افته:
یا یه وقفه فعال میشه (اگه خواسته باشی)
یا خروجی PWM تغییر میکنه (مثلاً پالس بده یا خاموش بشه)
n یعنی چی؟
Timer0 → OCR0 (8 بیتی)
Timer1 → چون 16 بیتی و پیشرفته‌تره:
OCR1A
OCR1B
Timer2 → OCR2 (8 بیتی)
کاربردها:
1. تولید PWM
در حالت PWM، مقدار OCRn تعیین میکنه عرض پالس چقدره.
مثلاً:
OCR0 = 128;
یعنی پالس PWM با دقت 8 بیتی، حدود 50٪ چرخه کاری داره (128 از 255).
2. ️ تولید وقفه در یک لحظه خاص
مثلاً بگی:
OCR0 = 200;
و وقتی تایمر به 200 رسید، یه وقفه مقایسه اجرا بشه. این خیلی دقیق‌تر از وقفه سرریز (overflow) هست.
3. ️ در حالت CTC (Clear Timer on Compare Match)
اینجا تایمر وقتی به OCRn برسه، خودش reset میشه به صفر
این خیلی خوبه برای تولید تاخیرهای منظم و دقیق بدون نیاز به overflow.
مثال: تولید تاخیر دقیق با CTC
TCCR0 = (1<<WGM01) | (1<<CS01) | (1<<CS00); // حالت CTC، prescaler = 64
OCR0 = 249; // چون 1MHz / 64 = 15.6kHz → هر 250 تیک = 16ms تقریبا
در این حالت هر بار تایمر از 0 تا 249 می‌شماره، بعد از نو شروع میکنه و می‌تونی روی این ریتم دقیق کد بزنی.
نکته مهم:
اگر PWM می‌سازی، باید رجیستر TCCRn رو هم درست تنظیم کنی که تایمر در حالت Fast PWM یا Phase Correct باشه.
OCRn فقط مقدار مقایسه است. تنظیمات اصلی در TCCRn انجام میشن.
تایمر چیست؟
حالت‌های کاری تایمرها:
رجیسترهای مهم در تایمر:
Interrupt Mask Register – TIMSK
چطوری آهسته‌ترش کنیم؟
n یعنی چی؟
نکته مهم:
