MCS-51單片機的定時器計數(shù)器

1、第六章第六章 MCS-51MCS-51單片機的定時器單片機的定時器/ /計數(shù)器計數(shù)器v實現(xiàn)定時常用的三種方法：實現(xiàn)定時常用的三種方法：軟件定時：占用軟件定時：占用CPU時間，效率低。時間，效率低。用用555電路：不可編程。電路：不可編程。可編程芯片：功能強，需要另外擴展?？删幊绦酒汗δ軓姡枰硗鈹U展。 單片機內(nèi)部有單片機內(nèi)部有2個個16位的定時位的定時/計數(shù)器：使用計數(shù)器：使用靈活，編程方便。靈活，編程方便。優(yōu)先選用優(yōu)先選用6.1 6.1 定時器定時器/ /計數(shù)器結構計數(shù)器結構一一. .定時器定時器/ /計數(shù)器的結構及工作原理計數(shù)器的結構及工作原理 MCS-51單片機內(nèi)部有兩個單片機內(nèi)部有

2、兩個16位可編程的定時器位可編程的定時器/計數(shù)器，即計數(shù)器，即定時器定時器T0和定時器和定時器T1。每個定時器。每個定時器/計計數(shù)器的基本部件是兩個數(shù)器的基本部件是兩個8位的計數(shù)器位的計數(shù)器(其中其中TH1、TL1是是T1的計數(shù)器，的計數(shù)器，TH0、TL0是是T0的計數(shù)器的計數(shù)器)拼裝拼裝而成。它們是采用而成。它們是采用加加“1”方式工作的。方式工作的。 兩個特殊功能寄存器兩個特殊功能寄存器(TMOD和和TCON)用來對用來對定時器定時器/計數(shù)器的工作方式進行選擇和控制。計數(shù)器的工作方式進行選擇和控制。80518051單片機的定時器單片機的定時器/ /計數(shù)器結構如下圖所示。計數(shù)器結構如下圖所示

3、。內(nèi)部總線工作方式工作方式TH1TL1TH0TL0TCONTMODT1T0微處理器8051單片機定時器單片機定時器/計數(shù)器結構示意圖計數(shù)器結構示意圖u 定時功能定時功能-計數(shù)輸入信號是內(nèi)部時鐘脈沖，其計數(shù)計數(shù)輸入信號是內(nèi)部時鐘脈沖，其計數(shù)脈沖來源于晶振時鐘輸出信號的脈沖來源于晶振時鐘輸出信號的12分頻，即每個分頻，即每個機機器周期器周期使寄存器的值加使寄存器的值加1。定時器可看做是對機器。定時器可看做是對機器周期的計數(shù)器。所以，定時計數(shù)頻率是振蕩頻率的周期的計數(shù)器。所以，定時計數(shù)頻率是振蕩頻率的1/12。計數(shù)功能計數(shù)功能-計數(shù)脈沖來自相應的計數(shù)脈沖來自相應的外部輸入引腳，外部輸入引腳，T0為為

4、P3.4，T1為為P3.5。只要。只要T0或或T1的引腳上有一的引腳上有一個個1到到0的負跳變，相應的計數(shù)器就加的負跳變，相應的計數(shù)器就加1.在在TMOD中，各有一個控制位（中，各有一個控制位（CT），分別用），分別用于控制定時于控制定時/計數(shù)器計數(shù)器T0和和T1工作在工作在定時器定時器方式還是方式還是計數(shù)器計數(shù)器方式。方式。v定時模式，對內(nèi)部定時模式，對內(nèi)部機器周期機器周期計數(shù)計數(shù) 定時時間定時時間 t 計數(shù)值計數(shù)值N x Tcyv計數(shù)模式，對計數(shù)模式，對外部事件脈沖外部事件脈沖計數(shù)計數(shù) 計數(shù)脈沖周期要大于計數(shù)脈沖周期要大于2 TcyvT0和和T1計數(shù)器都計數(shù)器都只能遞增計數(shù)，只能遞增計數(shù)，

5、當當16位計數(shù)器的位計數(shù)器的計數(shù)值增加到計數(shù)值增加到0FFFFH時，再輸入時，再輸入1個脈沖就會使計個脈沖就會使計數(shù)器的值數(shù)器的值回零回零，并發(fā)生，并發(fā)生溢出信號，溢出信號，置相應的標志位置相應的標志位（TCON中中TF0或或TF1置置1），）， 向向CPU發(fā)出中斷請求發(fā)出中斷請求。v設定計數(shù)次數(shù)：設定計數(shù)次數(shù)：計數(shù)器的計數(shù)量程計數(shù)初值計數(shù)器的計數(shù)量程計數(shù)初值。二二. .定時器計數(shù)器的控制寄存器定時器計數(shù)器的控制寄存器 v與定時器計數(shù)器有關的控制寄存器有：與定時器計數(shù)器有關的控制寄存器有：1. 定時器控制寄存器定時器控制寄存器TCONvTF1:定時器定時器/計數(shù)器計數(shù)器1（T1）的溢出中斷標志

6、位）的溢出中斷標志位。vTF0：定時器：定時器/計數(shù)器計數(shù)器0（T0）的溢出中斷標志位。）的溢出中斷標志位。vTR1：定時器：定時器/計數(shù)器計數(shù)器1的運行控制位。通過的運行控制位。通過置置1或清或清0來啟動或停止來啟動或停止T1的計數(shù)的計數(shù)。vTR0：定時器：定時器/計數(shù)器計數(shù)器0的運行控制位。的運行控制位。v單片機復位后單片機復位后，TCON寄存器的所有位均為寄存器的所有位均為0.2. 工作方式控制寄存器工作方式控制寄存器TMOD v高高4 4位用于定時器位用于定時器1 1，低，低4 4位用于定時器位用于定時器0 0 M1 M1，M0M0：工作模式選擇位。：工作模式選擇位。定時器定時器/ /

7、計數(shù)器四種工作模式選擇如表計數(shù)器四種工作模式選擇如表6-16-1所示。所示。 C/T：定時器方式或計數(shù)器方式選擇位：定時器方式或計數(shù)器方式選擇位 C/T=0時，為定時器方式時，為定時器方式 C/T=1時，為計數(shù)器方式時，為計數(shù)器方式 GATE：門控位：門控位當當GATE=0時，時，TCON寄存器中的寄存器中的TR0或或TR1為為1，則可立即啟動定時器則可立即啟動定時器/計數(shù)器；計數(shù)器；當當GATE=1時，不但要時，不但要TR0或或TR1為為1，且單片機的，且單片機的INT0或或INT1引腳的輸入要為高電平，才能啟動定時引腳的輸入要為高電平，才能啟動定時器器/計數(shù)器。計數(shù)器。三三. .定時器定時

8、器/ /計數(shù)器計數(shù)器0 0或或1 1的工作方式的工作方式1. 方式方式013位方式位方式。由由TL0的的低低5位位和和TH0的的8位位組成。組成。TL0的的5位計數(shù)溢出后，位計數(shù)溢出后，TH0的計數(shù)加的計數(shù)加1，直到全部，直到全部的的13位計數(shù)值為全位計數(shù)值為全1后，下一個計數(shù)脈沖的到達將后，下一個計數(shù)脈沖的到達將使使TF0置位為置位為1，向，向CPU發(fā)出中斷請求，同時把計數(shù)發(fā)出中斷請求，同時把計數(shù)器變?yōu)槿髯優(yōu)槿?”。其定時時間為：其定時時間為：（213-初值）初值）機器周期機器周期2. 方式方式116位方式位方式v16位計數(shù)，由位計數(shù)，由TL0作為低作為低8位、位、TH0作為高作為高8位

9、位 ；v16位計數(shù)，由位計數(shù)，由TL1作為低作為低8位、位、TH1作為高作為高8位。位。其定時時間為：其定時時間為：（216-初值）初值）機器周期機器周期3. 3. 方式方式2828位自動裝入時間常數(shù)方式位自動裝入時間常數(shù)方式v TL0作為作為8位內(nèi)部計數(shù)器，位內(nèi)部計數(shù)器，TH0作為重裝初值寄存作為重裝初值寄存器，在器，在TL0計數(shù)溢出置位計數(shù)溢出置位TF0標志的同時，由硬件標志的同時，由硬件控制直接將重裝初值裝入控制直接將重裝初值裝入TL0，開始新一輪的計數(shù)，開始新一輪的計數(shù)，如此不斷循環(huán)。如此不斷循環(huán)。v方式方式2和方式和方式0、1最大的差別就是最大的差別就是計數(shù)器的初值是計數(shù)器的初值是由

10、硬件控制自動裝入的。由硬件控制自動裝入的。v方式方式0、1一旦計數(shù)溢出，就表示計數(shù)器已回一旦計數(shù)溢出，就表示計數(shù)器已回0，如，如果要按照原先的初值重新計數(shù)，就需要通過軟件重果要按照原先的初值重新計數(shù)，就需要通過軟件重裝計數(shù)器初值。裝計數(shù)器初值。方式方式2 2適合于用作較精確的脈沖信號發(fā)生器適合于用作較精確的脈沖信號發(fā)生器。4. 4. 方式方式3232個個8 8位方式位方式v僅僅T0可以工作在方式可以工作在方式3，T1處于方式處于方式3時停止計數(shù)。時停止計數(shù)。此時，此時，T0分成分成2個獨立的計數(shù)器個獨立的計數(shù)器TL0和和TH0，前者，前者用原來用原來T0的控制信號（的控制信號（TR0、TF0）

11、，后者用原來），后者用原來T1的控制信號（的控制信號（TR1、TF1）。）。v(1)TH0(1)TH0由由TR1TR1啟動啟動/ /停止，溢出停止，溢出TF1TF1v(2)TL0(2)TL0由由TR0TR0啟動啟動/ /停止，溢出停止，溢出TF0TF0v(3)TH0(3)TH0只能定時，只能定時，TL0TL0可以定時可以定時/ /計數(shù)，且都是計數(shù)，且都是8 8位。位。1初始化步驟初始化步驟 MCS-51內(nèi)部定時器內(nèi)部定時器/計數(shù)器是可編程的，其工計數(shù)器是可編程的，其工作方式和工作過程均可由作方式和工作過程均可由MCS-51通過程序?qū)λM通過程序?qū)λM行設定和控制。因此，行設定和控制。因此，MC

12、S-51在定時器在定時器/計數(shù)器工計數(shù)器工作前必須先對它進行初始化。初始化步驟為：作前必須先對它進行初始化。初始化步驟為：(1) 根據(jù)題目要求先給根據(jù)題目要求先給定時器方式寄存器定時器方式寄存器TMOD送一送一個方式控制字，以設定定時器個方式控制字，以設定定時器/計數(shù)器的相應工作方計數(shù)器的相應工作方式。式。(2) 根據(jù)實際需要給定時器根據(jù)實際需要給定時器/計數(shù)器選送定時器初值或計數(shù)器選送定時器初值或計數(shù)器初值，以計數(shù)器初值，以確定需要定時的時間和需要計數(shù)的確定需要定時的時間和需要計數(shù)的初值。初值。6.2 6.2 定時器定時器/ /計數(shù)器的初始化計數(shù)器的初始化(3) (3) 根據(jù)需要給中斷允許寄

13、存器根據(jù)需要給中斷允許寄存器IEIE選送中斷控制字和選送中斷控制字和給中斷優(yōu)先級寄存器給中斷優(yōu)先級寄存器IPIP選送中斷優(yōu)先級字，以選送中斷優(yōu)先級字，以開放開放相應中斷和設定中斷優(yōu)先級。（若采用中斷方式）相應中斷和設定中斷優(yōu)先級。（若采用中斷方式）(4) (4) 給定時器控制寄存器給定時器控制寄存器TCONTCON送命令字，以送命令字，以啟動或禁啟動或禁止定時器止定時器/ /計數(shù)器的運行計數(shù)器的運行。 2. 計數(shù)器初值的計算計數(shù)器初值的計算 定時器定時器/計數(shù)器可用軟件隨時隨地啟動和關閉，計數(shù)器可用軟件隨時隨地啟動和關閉，啟動時它就自動加啟動時它就自動加1計數(shù)，一直計到滿，即全為計數(shù)，一直計到

14、滿，即全為1，若不停止，計數(shù)值從全若不停止，計數(shù)值從全1變?yōu)槿優(yōu)槿?，同時將計數(shù)溢出，同時將計數(shù)溢出位置位置1并向并向CPU發(fā)出定時器溢出中斷申請。對于各發(fā)出定時器溢出中斷申請。對于各種不同的工作模式，最大的定時時間和計數(shù)數(shù)值不種不同的工作模式，最大的定時時間和計數(shù)數(shù)值不同。這里在使用中就會出現(xiàn)兩個問題：同。這里在使用中就會出現(xiàn)兩個問題：一是要產(chǎn)生比定時器最長的定時時間還要短的時一是要產(chǎn)生比定時器最長的定時時間還要短的時間和比計數(shù)器最多的計數(shù)次數(shù)還要少的計數(shù)次數(shù)；間和比計數(shù)器最多的計數(shù)次數(shù)還要少的計數(shù)次數(shù)； 二是要產(chǎn)生比定時器最長的定時時間還要長的時二是要產(chǎn)生比定時器最長的定時時間還要長的時

15、間和比計數(shù)器最多的計數(shù)次數(shù)還要多的計數(shù)次數(shù)。間和比計數(shù)器最多的計數(shù)次數(shù)還要多的計數(shù)次數(shù)。 如果計數(shù)初值設定為如果計數(shù)初值設定為C C，則計數(shù)器從初值，則計數(shù)器從初值C C開始作加開始作加1 1計數(shù)到計滿為全計數(shù)到計滿為全1 1所需要的計數(shù)值設定為所需要的計數(shù)值設定為D D，由此，由此便可得到如下的計算通式：便可得到如下的計算通式： C C = =M M- -D D 式中，式中，M M為計數(shù)器量程，該值和計數(shù)器工作模式有關。為計數(shù)器量程，該值和計數(shù)器工作模式有關。在在模式模式0 0時，時，M M為為2 21313；在模式；在模式1 1時，時，M M為為2 21616；在模式；在模式2 2和模式和

16、模式3 3時，時，M M為為2 28 8。3 3定時器初值的計算定時器初值的計算 在定時器方式下，計數(shù)器由單片機脈沖經(jīng)在定時器方式下，計數(shù)器由單片機脈沖經(jīng)1212分頻后分頻后計數(shù)。因此，定時器定時時間計數(shù)。因此，定時器定時時間T T的計算公式為的計算公式為式中，式中，Tc為定時器的初始常數(shù)值；為定時器的初始常數(shù)值；T為計數(shù)器從初為計數(shù)器從初值值Tc開始作加開始作加1計數(shù)到計滿為全計數(shù)到計滿為全1所需要的時間；所需要的時間；M為計數(shù)器量程，和定時器的工作模式有關；為計數(shù)器量程，和定時器的工作模式有關；fosc是單片機晶體振蕩器的頻率。是單片機晶體振蕩器的頻率。v在上式中，若設在上式中，若設Tc=

17、0，則定時器定時時間為最大，則定時器定時時間為最大(初值為初值為0，計數(shù)從全，計數(shù)從全0到全到全1，溢出后又為全，溢出后又為全0)。由。由于于M的值和定時器工作模式有關，因此不同工作模的值和定時器工作模式有關，因此不同工作模式下定時器的最大定時時間也不一樣。例如，若設式下定時器的最大定時時間也不一樣。例如，若設單片機主脈沖晶體振蕩器頻率單片機主脈沖晶體振蕩器頻率fosc為為12MHz，則最，則最大定時時間為大定時時間為v模式模式0 0時：時： T Tmaxmax= =2 213131s1s= =8.1928.192msmsv模式模式1 1時：時： T Tmaxmax= =2 21616 1s1

18、s= =65.53665.536msmsv模式模式2 2和和3 3時：時： T Tmaxmax= =2 28 8 1s1s= =0.2560.256msms例例6-5.用定時器用定時器1，方式，方式2實現(xiàn)實現(xiàn)1s的延時。的延時。 【例 6-1】 設定時器 T0 工作在模式 0 時，時鐘振蕩頻率為6 MHz，要求定時時間為 1 ms。 解 將數(shù)據(jù)代入公式得定時器 T0 初值為 612)(cTM s = 1 ms = 1000 s Tc = 213 - 500 = 7692 = 1E0CH 化成二進制數(shù)為 Tc = 1 1110 0000 1100B (213 - Tc) 12 根據(jù)根據(jù)13位定時

19、器位定時器/計數(shù)器特性，先把低計數(shù)器特性，先把低5位位0CH送送TL0，TL0的高三位置零，高的高三位置零，高8位位F0H送至送至TH0?？捎孟铝??？捎孟铝兄噶顚崿F(xiàn)定時器指令實現(xiàn)定時器T0初始化。初始化。MOV TMOD，#00H ；T0工作于模式工作于模式0，定，定時方式時方式MOV TL0，#0CH ；低；低5位送位送TL0寄存器寄存器MOV TH0，#0F0H ；高；高8位送位送TH0寄存器寄存器同樣，先把低 5 位 10000B 送 TL0，TL0 的高 3 位置零，余下的 8 位 11000 001B 送至 TH0。這樣就得到定時器工作在模式 0 時的初值 C110H，TH0 應裝

20、C1H，TL0 應裝 10H。 若采取模式 1，則有 Tc = 11022316 s = 63 536 = F830H TH0 應裝 F8H；TL0 應裝 30H。 【例 6-3】 設 T1 作定時器，以模式 1 工作，定時時間為 10 ms；T0 作計數(shù)器，工作在模式 2，T0(P3.4)引腳上發(fā)生一次事件(脈沖)即溢出。 解 T1 的時間初值為 (216 - Tc) 2 s = 10 ms Tc = EC78H T0 的計數(shù)初值常數(shù)為 FFH。 v初始化程序：初始化程序：MOV TMOD，#16H ；T1定時模式定時模式1，T0計數(shù)模式計數(shù)模式2MOV TL0，#0FFH ；T0時間常數(shù)送

21、時間常數(shù)送TL0MOV TH0，#0FFH ；T0時間常數(shù)送時間常數(shù)送TH0MOV TL1，#78H ；T1時間常數(shù)時間常數(shù)(低低8位位)送送TL1MOV TH1，#0ECH ；T1時間常數(shù)時間常數(shù)(高高8位位)送送TH1SETB TR0 ；置；置TR0為為1，允許，允許T0啟動計數(shù)啟動計數(shù)SETB TR1 ；置；置TR1為為1，允許，允許T1啟動計啟動計 【例 6-4】 設定時器 T0，工作在模式 1，試編寫一個延時 1 s 的子程序。 解 若主頻頻率為 6 MHz，可求得 T0 的最大定時時間為 Tmax = 216 2 s = 131.072 ms 我們就用定時器獲得 100 ms 的定

22、時時間再加 10 次循環(huán)得到 1 s的延時，可算得 100 ms 定時的定時初值： (216 - Tc) 2 s = 100 ms = 100 000 s Tc = 216 - 50 000 = 15 536 = 3CB0H 例例6-5.用定時器用定時器1，方式，方式2實現(xiàn)實現(xiàn)1s的延時（的延時（12MHZ）。）。解：因方式解：因方式2 2是是8 8位計數(shù)器，其最大定時時間為：位計數(shù)器，其最大定時時間為：256256* *1s=256s1s=256s，為實現(xiàn)，為實現(xiàn)1s1s的延時，可選擇定時的延時，可選擇定時時間為時間為250s250s，再循環(huán)，再循環(huán)40004000次次。定時時間選定后，。定

23、時時間選定后，可確定計數(shù)值為可確定計數(shù)值為250250，則定時器，則定時器1 1的初值為：的初值為：X=M-X=M-計計數(shù)值數(shù)值=256-250=6=6H=256-250=6=6H。采用。采用定時器定時器1 1，方式，方式2 2工作工作，因此，因此，TMOD=20HTMOD=20H。DELAYDELAY：MOV R7MOV R7，#40#40; ;置置25ms25ms計數(shù)循環(huán)初值計數(shù)循環(huán)初值 MOV R6MOV R6，#100#100; ;置置250s250s計數(shù)循環(huán)初值計數(shù)循環(huán)初值 MOV TMODMOV TMOD，#20H#20H; ;設定時器設定時器1 1為方式為方式2 2 MOV TH

24、1 MOV TH1，#06H#06H; ;置定時器初值置定時器初值 MOV TL1MOV TL1，#06H#06H SETB TR1 SETB TR1; ;啟動啟動T1T1LP1LP1： JBC TF1JBC TF1，LP2LP2 ; ;查詢計數(shù)溢出查詢計數(shù)溢出 SJMP LP1SJMP LP1 ; ;無溢出則繼續(xù)計數(shù)無溢出則繼續(xù)計數(shù)LP2LP2： DJNZ R6DJNZ R6，LP1LP1; ;未到未到25ms25ms繼續(xù)循環(huán)繼續(xù)循環(huán) MOV R6MOV R6，#100#100 DJNZ R7 DJNZ R7，LP1LP1; ;未到未到1s1s繼續(xù)循環(huán)繼續(xù)循環(huán) RETRET; ;返回主程序返回主程序 6.3 定時器定時器/計數(shù)器的應用計數(shù)器的應用v 定時器定時器/計數(shù)器是單片機的重要組成部分，其工作計數(shù)器是單片機的重要組成部分，其工作方式靈活，功能強大，配合中斷使用可減輕方式靈活，功能強大，配合中斷使用可減輕CPU的的負擔，減少外圍電路。本節(jié)通過實例說明定時器負擔，減少外圍電路。本節(jié)通過實例說