直接操作定时器timer1输出方波遇到的问题

lab01

材料:Mega2560
目标：D11引脚输出400KHz的方波(查mega2560 sch知，11引脚与timer1相关)
参考：
1、"G哥撸Arduino之..."系列
2、https://www.arduino.cn/thread-21311-1-1.html
3、原汁原味的http://maxembedded.com/2011/07/avr-timers-ctc-mode/
4、数据手册


方法一：
pdf手册上P159有Compare Ouput Mode的说明，直接使11引脚输出方波，不预分频
...
const byte TESTPIN=11;
void timer1_init()
{
    cli();
    TCCR1A =0;
    TCCR1B =0;
    // set up timer with prescaler = 1 and CTC mode,和第一种方法一样，不预分频
    TCCR1B |= (1 << WGM12)|(1 << CS10);
     // set up timer OC1A pin in toggle mode
    TCCR1A |= (1 << COM1A0);  
    // initialize counter
    TCNT1 = 0;
    // initialize compare value
    OCR1A = 18;
    sei();//不是必须的,只是习惯
}
void setup()
{
    pinMode(TESTPIN, OUTPUT);
    timer1_init();
}

示波器结果：freq=416.7khz, Prd=2.400us
结论：和理论值有偏差，但基本正确


方法二，使用比较中断服务例程输出方波
void timer1_init()
{
    cli();
    TCCR1A =0;
    TCCR1B =0;
    // set up timer with prescaler = 1 and CTC mode
    TCCR1B |= (1 << WGM12)|(1 << CS10);
    //改成调用中断模式
    TIMSK1 = (1<<OCIE1A);
    // initialize counter
    TCNT1 = 0;
    // 初值不变，还是18
    OCR1A = 18;
    sei();
}


void setup()
{
    pinMode(TESTPIN, OUTPUT);
    // 初始化timer1
    timer1_init();
}
//中断服务
ISR(TIMER1_COMPA_vect)
{
    digitalWrite(TESTPIN, !digitalRead(TESTPIN));
}

结果：示波器显示freq=26.04khz prd=38.40um
结论：不是预期结果
探讨：
定时器CTC模式的公式在手册p150,
（1）将OCR1A初值改为1(理论上应该输出4MHZ方波)，再测，结果竟然和初值18时，完全一样freq=26.04khz prd=38.40um
（2）将OCR1A初值改为63(理论上应该输出125kHZ方波)，再测，结果竟然和初值18时，完全一样freq=26.04khz prd=38.40um
（3）将OCR1A初值改为1023（理论上应该输出7.8125kHZ方波），再测，结果有变化，示波器显示freq=7.576khz, prd=132.0us
（4）将OCR1A初值改为3000（理论上应该输出2.66577kHZ方波），再测，结果有变化，示波器显示freq=2.660khz, prd=376.0us


问题：问什么比较中断不能输出期望结果?而且通过观察探讨（3）（4）的结果与理论基本一致。
求大神指导

t3486784401

建议看下 AVR 底层结构，一次比较中断从底层到 ISR 的调用大致是：

中断请求FLAG -> CPU硬件等待（2~3T）-> 中断向量表, RJMP指令（3T）-> 底层中断处理函数, PUSH保存寄存器（10T+）-> ISR

在 ISR 被调用之前，硬件已经过了是几个时钟周期了。
况且你用了 digitalWrite/Read 接口，这个需要硬件查表，将逻辑 D 端口号转换为 AVR-GPIO 地址、位号，然后再置高/低，几十时钟周期就又过去了。

上述分析，在 ISR 版本的发波程序中，随便算算就需要几十个时钟周期（1T=1/16 us），还发个什么高频波形。

P.S. 你试试看，这个都快不到哪里去（基本就是 Write+Read+RJMP 的时间）：

1. while(1)
   
2. {
   
3.    digitalWrite(TESTPIN, !digitalRead(TESTPIN));
   
4. }

复制代码