Arduino タイマー割り込みを使って2つのピンで矩形波を生成しDuty比を変更する

Question

プログラム内容

タイマー割り込みを使用してDuty比可変の矩形波を生成する(2ch)
Duty比が可変(周波数固定)で2ch分の矩形波を生成するプログラムを作成したいです。
→micros(), millis()を使った疑似的な割り込みでは無く、タイマー割り込みを用いて実装
→矩形波の頭は2chで同期

loopの中では、ADCでアナログ入力値を0-200,000[ms]に変換(正確に言うとDuty比90%を超えないように180,000[ms]まで)するプログラムが書いてあります。
演算した時間をタイマーに設定して、割り込み処理でON/OFFを切り替えたいです。
2chの矩形波を生成したいため、それぞれのON時間を比較してタイマーを設定するプログラムを作成しました。

発生している事象

Duty比が低い状態で、1サイクルの時間を無視して高速で切り替えが起きてしまう。

ソースコード

#include <TimerOne.h>

const unsigned long Period = 200000;

unsigned long Injector1_ON = 0;
unsigned long Injector1_OFF = 0;
unsigned long Injector2_ON = 0;
unsigned long Injector2_OFF = 0;

void setup(){
  pinMode(11, OUTPUT);
  pinMode(12, OUTPUT); 
  Timer1.initialize(10000); 
  Timer1.attachInterrupt(Inj_ON); 
}

//=======================================================
//Inj1 longer
void Inj_g1(){
  PORTB &= ~_BV(4);
  Timer1.setPeriod(Injector1_ON);
  Timer1.attachInterrupt(Inj_g1_OFF); 
}
void Inj_g1_OFF(){
  PORTB &= ~_BV(3);
  Timer1.setPeriod(Injector1_OFF);
  Timer1.attachInterrupt(Inj_ON); 
}
void Inj1_OFF(){
  PORTB &= ~_BV(3);
  Timer1.setPeriod(Injector1_OFF);
  Timer1.attachInterrupt(Inj_ON); 
}
//=======================================================
//Inj2 longer
void Inj_g2(){
  PORTB &= ~_BV(3);
  Timer1.setPeriod(Injector2_ON);
  Timer1.attachInterrupt(Inj_g2_OFF);   
}
void Inj_g2_OFF(){
  PORTB &= ~_BV(4);
  Timer1.setPeriod(Injector2_OFF);
  Timer1.attachInterrupt(Inj_ON);     
}
void Inj2_OFF(){
  PORTB &= ~_BV(4);
  Timer1.setPeriod(Injector2_OFF);
  Timer1.attachInterrupt(Inj_ON); 
}
//=======================================================
//same
void Inj_same(){
  PORTB &= ~_BV(3);
  PORTB &= ~_BV(4);
  Timer1.setPeriod(Injector1_OFF);
  Timer1.attachInterrupt(Inj_ON); 
}
//=======================================================

void Inj_ON() {

  Injector1_OFF = Period - Injector1_ON;
  Injector2_OFF = Period - Injector2_ON;

  if(Injector1_ON != 0){
    PORTB |= _BV(3);
  }

  if(Injector2_ON != 0){
    PORTB |= _BV(4);
  }

  if(Injector1_ON > Injector2_ON){ //Inj1 longer
    Injector1_ON = Injector1_ON - Injector2_ON;
    if(Injector2_ON == 0){
      Timer1.setPeriod(Injector1_ON);
      Timer1.attachInterrupt(Inj1_OFF);      
    }else{
      Timer1.setPeriod(Injector2_ON);
      Timer1.attachInterrupt(Inj_g1);
    }
  }else if(Injector1_ON < Injector2_ON){ //Inj2 longer
    Injector2_ON = Injector2_ON - Injector1_ON;
    if(Injector1_ON == 0){
      Timer1.setPeriod(Injector2_ON);
      Timer1.attachInterrupt(Inj2_OFF);        
    }else{    
      Timer1.setPeriod(Injector1_ON);
      Timer1.attachInterrupt(Inj_g2);
    }
  }else if(Injector1_ON == Injector2_ON){ //Inj same
    Timer1.setPeriod(Injector1_ON);
    Timer1.attachInterrupt(Inj_same);
  }
}

void loop(){
  /*
  Injector1_ONとInjector2_ONを決定する処理
  */
}

試したこと

ADCからの計算値が200,000[ms]を超えていない→確認済み

疑問点

そもそもタイマーの使い方が間違っている(適した使い方では無い)などあれば、教えて下さい。

補足情報

機器 : Arduino Uno Rev3
IDE : Arduino IDE 2.0.3
Lib : TimerOne

Comments

[TakaiY]

難しそうなので回答できそうにありませんが、発生している問題の
> Duty比が低い状態で、1サイクルの時間を無視して高速で切り替えが起きてしまう。
について、もう少し具体的に説明いただけますか。
- Duty比がxXXまでは正常だが、XXX以下だと「高速で切り替えが起きてしまう」
- 「高速で切り替えが起きてしまう」の説明。 波形の状態など

[ozwk]

割り込み周期を可変にするのではなく
1ms単位(間に合わなそうなら伸ばす)で割り込みをかけて
処理をしたほうがいいように思えます。

[thkana]

> Duty比が低い状態で、1サイクルの時間を無視して高速で切り替えが起きてしまう。
具体的にどのような値でその現象が見られるのでしょう?

Answer 1

そもそも、タイマ割り込みごとにそのタイマのハンドラ変えたりタイマ設定を変えたりってのは筋が悪いです。

Duty比が低い状態で、1サイクルの時間を無視して高速で切り替えが起きてしまう。

ってのも、タイマの設定変更中に割り込みがかかってしまうとかそこらへんの不具合な気がします

どのArduinoを使ってるか記述がないですが、使ってるCPUのデータ・シートを見て、タイマのPWMモード動作の解説をよく読んで実装してみましょう。
そういう用途であるなら、おそらく、割り込みさえ使う必要はないと思いますよ

Answer 2

なんかわざわざ難しくしている感はありますがそれはともかく。

まだちゃんと見てませんが、loop()関数中でPWMの動作と非同期にInjectorN_ONを書き換えて破綻しているんじゃないかと想像します。動作周期を指示する変数(InjectorN_ON)とは別に次のタイマー時間を求めるための変数を設置し、Inj_ON()の中でだけ設定する(Inj_ON()以外ではInjectorN_ONにアクセスしない)ようにしてみたらいかがですか (本来はInjectorN_OFFがその役目だったはずな気がします)。

あと、割り込みとメインコンテキスト両方でアクセスする変数には無条件にvolatileつけといたほうがよいかと。

追記
TimerOneって時間指定がμsですよね。でも、AVRは所詮16MHzのマイコンですから、あまり小さな値を与えても反応し切れません。
割り込み間隔はmsのオーダーに乗せておいた方がいいように思います>Duty比が低い