51單片機定時器與計數器教學課件

1、定時/計數器要求（四學時）基本內容：定時計數的概念及作用，51單片機定時/計數器的工作原理，簡單應用實例講解。重點：定時計數的方式1，方式2原理及簡單應用。難點：工作原理的理解、初值計算。 基本內容：總結復習定時計數工作原理，講解定時/計數器的較復雜應用（結合數碼管顯示、中斷、按鍵）。重點：定時計數的方式1、方式2的應用。難點：應用設計思路及編程方法，編程初始化及 溢出處理。 第1頁，共32頁。定時計數的概念- 一個定時/計數的形象實例假如有一個水容器1000滴水剛好裝滿初始時已經裝入500滴水問：還需滴入多少滴水才能將其 裝滿？答：還需滴入500滴水才能將其 裝滿，501滴溢出。答：還需50

2、0秒時間才能將其裝滿，501秒溢出。問：如果每秒滴入1滴水，還需多 長時間才能將其裝滿？這就是“計數”這就是“定時”這就是“計數初值”第2頁，共32頁。定時與計數的關系定時/計數器：對電脈沖進行計數的單元電路。定時與計數的關系用計數器為周期性脈沖計數，產生定時。定時和計數是同一個概念，本質上定時只是計數的一個特例。定時計數器工作時，關心問題：1、定時/計數器（容器）的位寬度。2、初值（容器初始已有水滴數）的設置。3、水溢出以后的處理。第3頁，共32頁。定時/計數器的計數方向、初值計算及溢出處理計數方向加計數：每個脈沖計數器加1減計數：每個脈沖計數器減1。計數器的容量：計數器有一定的計數范圍（脈

3、沖計數的最大個數），由計數器的位寬度決定。 2n=X初值+要求（計數或定時） X初值= 2n 要求（計數或定時）計數器的溢出：不同CPU計數器的容量不同，若為16位，則計數容量最大可存放數值為65535，65536為剛好溢出時的值。當加到計數器為全1時，再輸入一個脈沖就使計數器回零并溢出。計數器溢出會產生溢出位，作為程序處理溢出的標記。第4頁，共32頁。以上寄存器均為SFR中單元結構2個16位T/C分別由8位計數器TH0、TL0、 TH1、TL1組成加“1”計數器控制寄存器TCON：控制T0、T1的啟停、中斷等方式寄存器TMOD：控制T0、T1 的工作方式T0T1 定時/計數器結構1個16位T

4、/C分別由8位計數器TH2、TL2 組成加/減/“1”計數器T2CON、 T2MOD ：控制T2的啟停、中斷及工作方式等第5頁，共32頁。(1)51單片機定時/計數的輸入源脈沖作計數器用對T0（P3.4）、T1（P3.5）和T2（P1.0）引腳上輸入的外部脈沖進行計數。當外部輸入脈沖發(fā)生負 跳變時，進行“+1”計數，外部輸入脈沖周期應大于2個機器周期。作定時器用對系統(tǒng)的時鐘振蕩器輸出脈沖的12分頻信號（ fOSC/12 ）進行計數定時。即機器內部震蕩信號的1/12分頻，每一個機器周期做一次“+1”運算。以機器周期為最小定時單位。第6頁，共32頁。(2)定時計數器的結構框圖定時/計數器邏輯結構第

5、7頁，共32頁。 0 0 方式0 13位計數器 0 1 方式1 16位計數器 1 0 方式2 可自動重新裝載初值的8位計數器 1 1 方式3 T0分為2個8位計數器，T1停止計數M1M0操作方式功 能GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0控制T1控制T0(3)51單片機定時/計數器工作方式定時/計數器（T0、T1）由TMOD中M1M0決定工作方式第8頁，共32頁。GATE= 二組M1、M0 分別 控制T0、T1的工作方式（二位組合對應方式0、方式1、方式2、方式3。INT1 INT0引腳輸入電平的控制。GATE： 門控位。設定T1、T0運行時是否受 0 不受外部中斷控制C/T=1 受外部

6、中斷控制0 為定時功能1為計數功能GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0控制T1控制T07.3 定時/計數器控制T0、T1定時/計數器方式控制寄存器TMOD第9頁，共32頁。LSBMSBTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0T1、T0 啟/?？刂莆籘1、T0 溢出標志位與外部中斷INT1、INT0有關在中斷系統(tǒng)中已介紹“0” 停止“1” 啟動“1” 有溢出“0” 無溢出可編程 可控制當T溢出時，由硬件自動使TF置1，并向CPU申請中斷，CPU響應中斷后，自動對TF清零；也可查詢處理，用軟件對TF清零或置位。工作記錄有無溢出T0、T1定時/計數器控制寄存器TCON第10頁，共32

7、頁。(1) 方式0 M1M0=00工作原理 13位的定時計數器，由TH的8位和TL的低5位組成T1（P 3.5）GATETR1INT1震蕩器12TL15位TH18位TF1中斷KC/T=0C/T=1控制定時/計數器方式0邏輯圖111“+1”中斷TL40（以T1為例T0原理相同）。13位計數器TF1“+1”“+1”第11頁，共32頁。【例7-1】利用定時器T0（ T0與T1的使用方式相同）產生定時脈沖。每隔2ms從P1.0腳上輸出脈寬為2個機器周期的正脈沖（單片機采用頻率為6MHZ的晶體）。解：首先求出定時器T0初值。由于時鐘頻率為6MHZ，所以，定時/計數器的計數脈沖的周期為2s=12/6M。根

8、據上面的公式可以得出：2ms =（213-T0初值） 定時/計數器計數脈沖周期。（213-T0初值） 210-6=210-3 T0初值=7096=1101110111000B，其中將高8位11011101B=DDH賦給TH0，低5位11000B=18H賦給TL0。第12頁，共32頁。(2) 方式1 M1M0=01工作原理 16位的定時計數器，由TH1的8位和TL1的8位組成T1（P 3.5）GATETR1INT1震蕩器12TL18位TH18位TF1中斷KC/T=0C/T=1控制 定時/計數器方式1邏輯圖16位計數器“+1”1（以T1為例，T0原理相同）中斷TF1“+1”“+1”第13頁，共32

9、頁?！纠?-2】選擇T1模式1用于定時，在P1.0腳上輸出周期為10ms的方波，單片機采用6M晶振。解：題目要求輸出周期為10ms的方波，也就是說高電平或低電平持續(xù)時間為5ms ，那么只要使P1.0腳上的電平每隔5ms取反一次就可得到周期為10ms方波，因而T1的定時時間為5ms。將T1設為定時方式1：GATE=0，C/T=0，M1M0=01；故TMOD=10H。下面計算5ms定時T1的初值：定時/計數器計數脈沖周期： T=12/fosc=12/6106=2s設初值為X則：（216X）2106 =5103 X=0 xF63C=1111011000111100B 因為在作16位計數器用時， X的

10、低8位裝入TL1，所以TL1=0 x3C；X的高8位應裝入TH1，所以TH1=0 xF6。第14頁，共32頁。 方式2 M1M0=10 可自動重裝載的8位計數器TH1（TH0）被定義為賦值寄存器TL1（TL0）被定義為計數器定時/計數器方式2邏輯圖 T1(P3.5) GATETR1 INT1震蕩器12TL18位TF1中斷KC/T=0C/T=1控制TH18位重裝載重裝載1“+1”以T1為例：中斷TL1 8位TF1“+1”“+1”第15頁，共32頁。（4）方式3邏輯圖及工作原理（只有T0有） 中 斷震蕩器121/12f0scTL08位TF0中斷KC/T=0C/T=1控制1/12f0sc T0（P3

11、.4）GATETR0INT0KTH08位TF1中斷控制1/12f0scTR11TH0借用了T1的TR1和TF1,因此控制了T1的中斷此時T1可作串行通信的波特率控制發(fā)生器（下周介紹）“+1”“+1”1“+1”“+1”TF0TF1 中 斷“+1”第16頁，共32頁。工作方式3應用小結僅僅T0能工作在方式3，將16位計數器T0分為兩個獨立的8位計數器TH0、TL0。TL0占用T0的控制位：C/T、GATE、TR0、INT0、TF0，TL0功能和操作與T0在方式0、1、2時相同，可工作在定時方式或計數方式。TH0只能工作在定時方式，占用T1的控制位TR1、TF1，并控制T1的中斷。當T0工作在方式3

12、時，T1只能工作在方式02，且不能產生中斷請求，此時，T1僅能控制C/T位切換計數或定時工作方式，計數器溢出輸出一般送往串行口，充當波特率發(fā)生器。第17頁，共32頁。（5）定時/計數器應用時的初值計算計數器的初值由程序設定設計數器寬度為n，定時時長為T，要求計數脈沖個數為N，計數初值為X，機器周期為TCY 。計數：2nN+X X= 2n -N定時：2nT/ TCY + X X= 2n - T/ TCY = -T/ TCY 計數器的初值由程序設定實際應用時最好用（簡單）： X=-N 計數方式 X=-T/ TCY 定時方式第18頁，共32頁。（6）初值裝載與GATE影響要產生周期性定時（計數），方

13、式0、1計數溢出后必須軟件重新加載THn、TLn ，否則，THn、TLn將從0開始計數。方式2可自動重裝。GATE的作用當GATE=0時，軟件置TR為1，啟動計數器，軟件清除TR為0，停止計數器。當GATE=1時，僅在INTn為高時，軟件置TR為1才能啟動計數器，可由此可實現硬件對啟動的直接控制，如測脈沖寬度等。第19頁，共32頁。（7）定時/計數器T0和T1的控制小結 通過設置TMOD中的C/T位，可控制T0、T1工作在定時方式或計數方式 通過設置TMOD中的M1M0位，可控制T0、T1工作在4種不同的工作模式 通過控制TCON中的TR1、TR0位，啟動或停止計數器， GATE位決定啟動是否

14、受對應外部中斷引腳控制。 根據定時或計數長度計算初值，最好直接寫負值。第20頁，共32頁。定時/計數器應用時的初始化 MCS-51單片機的定時/計數器T0、T1是可編程的,因此在使用之前需要進行初始化。其編程包括以下幾個步驟：(1)確定工作方式，即對TMOD寄存器進行賦值(2)計算計數初值,并寫入寄存器TH0、TL0或TH1、TL1中，最好直接寫負值。(3)如果用中斷方式，置位ETx允許T/C中斷(4)如果用中斷方式，置位EA使CPU開中斷(5)置位TRx啟動計數第21頁，共32頁。應用實例（方式1應用實例1）例 要求：從P1.0引腳上輸出周期為2ms的方波（fOSC=12MHz），采用T0定

15、時1ms。計數初值計算：（12分頻的機器周期=1us）（216-X初值）TCY1ms X=216-(1*10-3 ）/(1*10-6 ）X初值65536-1000055536=FC18HTH0FCH， TL018H(等效為： TH0high(-1000)， TL0low(-1000)中斷方式： ORG 0000H ；復位入口地址 AJMP MAIN ORG 000BH ；T0中斷服務入口地址 AJMP TIMER0 ORG 0100第22頁，共32頁。MAIN：MOV TMOD，#01H ；設置工作模式 MOV TH0，#0FCH ；T0送初值high(-1000) MOV TL0，#18H

16、SETB EA ；開放CPU中斷 SETB ET0 ；開放T0中斷 SETB TR0 ；啟動計數器 SIMP $ ；等待計數器溢出中斷TIMER0： MOV TH0，#0FCH ；T0送初值 MOV TL0，#18H CPL P1.0 ；P1.0取反產生方波 RETI END第23頁，共32頁。查詢方式 ORG 0000H ；復位入口地址 AJMP MAIN ORG 0100MAIN：MOV TMOD，#01H ；設置工作模式 SETB TR0 ；啟動計數器LOOP：MOV TH0，#0FCH ；T0送初值 MOV TL0，#18H JNB TF0，$ ；等待計數器溢出 CPL P1.0 ；P

17、1.0取反產生方波 CLR TF0 ；清除溢出標志 SJMP LOOP END第24頁，共32頁。工作方式2應用實例要求：從P1.0上輸出一個周期性方波，周期10ms，晶振=12M。分析：周期為10ms的方波要求P1.0上的電平每5ms變更一次，但在方式2，T0的最大定時為256us，因此不能直接實現，可用T0產生250us定時，再用軟件計數20次，實現5ms定時。計數初值計算：（28-X初值）TCY250us250us：X初值6H 第25頁，共32頁。實現程序講解： ORG 0000H AJMP MAINMAIN： MOV TMOD，#02H ；設置T0工作模式 SETB P1.0 ；置P1

18、.0為高 MOV TH0，#06H ；置T0初值，5ms MOV TL0，#06H SETB TR0 ；啟動T0LOOP: MOV R2，#20LOOP1：JNB TF0，LOOP1 ；等待T0溢出 CLR TF0 ；清除溢出標志 DJNZ R2，LOOP1 ；等待5ms CPL P1.0 ；置P1.0為低 AJMP LOOP第26頁，共32頁。門控位GATE的應用（測高電平寬度）設在單片機INT0引腳上接入一個高電平寬度小于65536us的周期性脈沖，試編程測量其正脈沖寬度分析：T0工作在方式1，計數初值為0，GATE=1，置TR0=1，則當INT0=1時，T0開始計數，直到INT0=0，此

19、時，T0中的值為INT0引腳上的脈沖寬度。INT0INT0為高時T1開始計數INT0為低時T1停止計數寬度65ms第27頁，共32頁。 ORG 0000HMAIN: MOV TMOD,#09H ；置T0方式控制字：方式1，定時方式 MOV TH0，#00H MOV TL0，#00H ；T0從0開始計數LOOP0：JB P3.2，LOOP0 ；等待高電平結束 SETB TR0 ；T0允許計數LOOP1：JNB P3.2，LOOP1 ；等INT0高電平LOOP3：JB P3.2，LOOP3 ；等INT0高電平結束 CLR TR0 MOV R6，TL0 ；存儲測量值;低八位存R6 MOV R7，TH

20、0 ; 高八位存31h JMP MAIN ENDINT0INT0為高時T1開始計數INT0為低時T1停止計數寬度65ms“與”第28頁，共32頁。工作方式1應用實例2例要求：從P1.0引腳上輸出周期為2s的方波（fOSC=12MHz，對應12分頻機器周期1us）產生2s周期的方波，需要1s的定時對P1.0進行取反，但1s超過T0、T1的最大定時范圍?？捎肨0產生20ms定時，定時到后更改1個軟件計數器（初值50），當軟件計數器減到0時，1s定時時間到）計數初值計算：（216-X初值）TCY20ms=20000us）(定時20000us）X初值0-20000-20000=0B1E0H TH00E0H，TL00B1H(等效為： TH0high(-20000)， TL0low(-20000)中斷方式： ORG 0000H ；復位入口地址 AJMP MAIN ORG 000BH ；T0中斷服務入口地址 AJMP TIMER0 ORG 0100H第29頁，共32頁。MAIN：MOV TMOD，#01H ；設置T0工作模式1 MOV TH0，HIGH（-20000） ；T0送初值