深入 PWM

从上文 Arduino I/O 之模拟输出 可以看到，数字 I/O 口也能用于输出不同占空比的方波，模拟 analogWrite 行为，但这种方法需要 CPU 100% 地投入，而且不能被中断打断。因此，现代的单片机一般都带有数个用于 PWM 输出的定时器，Arduino 使用的 ATMEGA 系列也不例外。

以 ATMEGA 168/328 为例，其带有 3 个 timer，分别为：8 位的 Timer/Counter0，16 位的 Timer/Counter1，8 位的 Timer/Counter2

这些定时器用来定时产生输出，经软件配置可以生成不同占空比的方波，而且能产生“变频”的方波

以 Timer/Counter0 为例，其组成为：

• TCNT0 (Timer/Counter0 Register) 一个 8 位计数寄存器，每个时钟滴答自动增 1
• OCR0A 和 OCR0B (Output Compare Register) 两个 8 位比较值计数器，对应 2 个输出引脚。使用时，当 TCNT0 的值等于其中之一时，就会抛出中断
• TCCR0A 和 TCCR0B 两个 8 位控制寄存器，用于配置 Timer/Counter0 的运行参数
• TIFR0 (Timer/Counter0 Interrupt Flag Register) 中断状态寄存器，8 位，指示中断是 OCR0B match 了，还是 OCR0A match 了，亦或是 TCNT0 溢出了
• TIMSK0 (Timer/Counter0 Interrupt Mask Register) 中断屏蔽寄存器，8 位，对应 OCR0B match，OCR0A match 和 TCNT0 overflow，对应位为 1 表示使能该中断

Timer/Counter0 的工作模式由 TCCR0A 和 TCCR0B 共同决定，这是两个 8 位寄存器。其中 TCCR0A 有如下位：

COM0A1 COM0A0 | COM0B1 COM0B0 |              | WGM01 WGM00

TCCR0B 有如下位：

                              | WGM02 | CS02 | CS01 | CS00

COM0A1 COM0A0 这两位决定输出通道 A （管脚 3）的 Compare Output Match 模式

COM0B1 COM0B0 这两位决定输出通道 B （管脚 5）的 Compare Output Match 模式

即当 Compare Match 时，输出管脚的电平怎么变化

WGM02 WGM01 WGM00 这三位决定生成的波形模式（Waveform Generation Mode），一共 6 种模式：

• Normal
• CTC
• Fast PWM
• Phase Correct PWM
• Fast PWM (Varying the timer top limit)
• Phase Correct PWM (Varying the timer top limit)

CS02 | CS01 | CS00 则决定 Timer/Counter0 相对于系统 clock 的倍频，可取值 1, 1/8, 1/64, 1/256, 1/1024