🛠 Programmer en registres AVR : timer 16 bits et interruption

Objectifs

Sortir du cadre Arduino : programmer l'ATmega2560 en C AVR nu (avr-libc) pour configurer le timer 16 bits Timer1 en mode CTC (clear timer on compare), armer l'interruption TIMER1_COMPA et basculer la LED de la broche 13 (PB7) à 1 Hz exacte. Vous comprendrez TCNT1 (compteur 16 bits, 0 à 65535, contre les timers 8 bits Timer0/Timer2), le prédiviseur, OCR1A et le vecteur d'interruption.

Matériel

• 1 × Arduino Mega 2560 + câble USB
• Chaîne d'outils avr-gcc / avr-binutils / avrdude (fournie avec l'IDE Arduino ou le toolchain AVR de Microchip)

Le bootloader d'origine (image stk500boot_v2, protocole série à 115200 bauds) accepte un binaire chargé avec le protocole « wiring ». Note documentée : le bootloader actuel refuse l'effacement complét de la puce par avrdude (problem « stk500v2_command: command failed »), d'où l'option -D ci-dessous.

Code complet

/* Blink 1 Hz par Timer1 en CTC — ATmega2560 nu, sans core Arduino */
#define F_CPU 16000000UL          /* quartz de la carte : 16 MHz */
#include <avr/io.h>
#include <avr/interrupt.h>

/* 16 000 000 / 1024 = 15 625 Hz ; OCR1A = 15 624 -> bascule à 1 Hz */
ISR(TIMER1_COMPA_vect) {
    PORTB ^= (1 << PORTB7);       /* toggle PB7 = broche Arduino 13 */
}

int main(void) {
    DDRB  |= (1 << DDB7);         /* PB7 en sortie */
    TCCR1A = 0;                   /* mode normal sur la partie A */
    TCCR1B = (1 << WGM12)         /* CTC : efface TCNT1 à OCR1A */
           |  (1 << CS12) | (1 << CS10);  /* prédiviseur 1024 */
    OCR1A  = 15624;               /* valeur de comparaison 16 bits */
    TIMSK1 |= (1 << OCIE1A);      /* autorise TIMER1_COMPA */
    sei;                        /* active les interruptions */
    for (;;) { /* le CPU dort utilement ici */ }
}
/* Compilation et flash :
   avr-gcc -mmcu=atmega2560 -Os -o timer1.elf timer1.c
   avr-objcopy -O ihex -R .eeprom timer1.elf timer1.hex
   avrdude -p atmega2560 -c wiring -P COMx -b 115200 -D \
           -U flash:w:timer1.hex
*/

Vérification attendue

La LED intégrée bascule exactement une fois par seconde (période complète de 2 s), sans delay ni millis : la cadence vient du quartz 16 MHz divisé par 1024 puis par 15625. En lisant TCNT1 avec un débogueur ou en changeant OCR1A, la fréquence suit immédiatement.

Erreurs fréquentes

• Oublier sei : l'interruption est armée dans TIMSK1 mais le drapeau global reste masqué, rien ne se passe.
• OCR1A = 15625 au lieu de 15624 : en CTC le compteur s'efface en atteignant OCR1A, la période vaut OCR1A+1.
• Écrire dans TCNT1 sans couper les interruptions : les modifications 16 bits se font en deux octets, d'où des valeurs intermédiaires aberrantes.
• Retirer -D avec le bootloader stock : l'effacement chip-erase échoue (problème documenté depuis 2013) et le flash est corrompu.