Arduinos interne Timer meistern für präzises Timing

Komponenten und Zubehör

Über dieses Projekt

Überblick

Wenn man präzise Zeitmessung braucht, sind Hardware-Timer unverzichtbar. Die Arduino-Funktion delay() blockiert den Prozessor – mit Timern läuft der Hauptcode weiter, und ein Interrupt signalisiert das Ablaufen der Zeit.

Dieses Tutorial erklärt die Nutzung von Timer0 (8-Bit) im CTC-Modus („Clear Timer on Compare Match“) am Beispiel des ATmega328P (Arduino UNO).

Funktionsweise

Der Zählerblock (siehe Datenblatt ATmega328P) besteht aus:

• VorTeiler (Prescaler): Teilt den 16-MHz-Systemtakt (z. B. /64 → 250 kHz).
• Steuerlogik: Inkrementiert das Register TCNT0 bei jedem Takt.
• Vergleichsregister OCR0A: Wenn TCNT0 == OCR0A, wird ein Interrupt (Compare Match A) ausgelöst und TCNT0 zurückgesetzt (CTC-Modus).

Wichtige Register:

• TCCR0A: Wellenform-Erzeugungsmodus (WGM01=1 → CTC).
• TCCR0B: Vorteiler-Bits (CS02..CS00).
• TIMSK0: Interrupt-Enable (OCIE0A für Compare Match A).
• OCR0A: Vergleichswert für gewünschte Periode.

Berechnung von OCR0A für 1 ms bei 16 MHz und Prescaler 64:

Taktfrequenz nach Vorteiler: 16 MHz / 64 = 250 kHz → Periodendauer 4 µs.

Für 1 ms (1000 µs) benötigt man 1000 / 4 = 250 Zyklen. Da der Zähler bei 0 startet und bei Match zurückgesetzt wird: OCR0A = 250 - 1 = 249 = 0xF9.

Beispiel: LED jede Sekunde blinken lassen

/* Blinkt LED an Pin 13 jede Sekunde mittels Timer0-Interrupt */
volatile int timer = 0;
bool state = false;

void setup() {
  pinMode(13, OUTPUT);
  TCCR0A = (1 << WGM01);        // CTC-Modus
  OCR0A  = 0xF9;                // 249 → 1 ms bei Prescaler 64
  TIMSK0 = (1 << OCIE0A);       // Compare Match A Interrupt aktivieren
  sei();                        // Globale Interrupts freigeben
  TCCR0B = (1 << CS01) | (1 << CS00); // Prescaler 64 (Bit CS01 + CS00)
}

void loop() {
  if (timer >= 1000) {          // 1000 × 1 ms = 1 s
    state = !state;
    timer = 0;
  }
  digitalWrite(13, state);
}

ISR(TIMER0_COMPA_vect) {
  timer++;                      // Wird alle 1 ms aufgerufen
}

Wichtig: Den Prescaler (TCCR0B) erst am Ende setzen, da der Timer dann sofort läuft. Zum Stoppen alle Bits in TCCR0B löschen.

Schaltplan