單片機原理及設計應用第6章課件

1、第六章 MCS-51系列單片機的定時器/計數(shù)器第六章 MCS-51系列單片機的定時器/計數(shù)器定時器/計數(shù)器是單片機系統(tǒng)一個重要的部件，其工作方式靈活、編程簡單、使用方便，可用來實現(xiàn)定時控制、延時、頻率測量、脈寬測量、信號發(fā)生、信號檢測等功能。此外，定時/計數(shù)器還可作為串行通信中波特率發(fā)生器。因此,對定時器/計數(shù)器的掌握和應用也是單片機應用技術的關鍵問題。定時器/計數(shù)器是單片機系統(tǒng)一個重要的部件，其工作方式靈活、編 在AT89C51單片機內部有2個定時器計數(shù)器，分別稱為定時器計數(shù)器0、定時器計數(shù)器1。每個定時器計數(shù)器都具有計數(shù)和定時兩種功能，并具有34種工作方式。第一節(jié) 定時器/計數(shù)器工作原理

2、在AT89C51單片機內部有2個定時器計數(shù)器，分別稱為定 51單片機定時器/計數(shù)器的邏輯結構如圖6-1，可以看出，16位的定時/計數(shù)器分別由兩個8位專用寄存器組成，即：T0由TH0和TL0構成；T1由TH1和TL1構成，訪問地址依次為8AH-8DH。這些寄存器用于存放定時或計數(shù)初值，均可單獨訪問。此外，其內部還有一個8位的定時器方式寄存器TMOD和一個8位的定時控制寄存器TCON。這些寄存器之間是通過內部總線和控制邏輯電路連接起來的。TMOD主要是用于選定定時器的工作方式，TCON主要是用于控制定時器的啟動停止，此外TCON還可以保存T0、T1的溢出和中斷標志。當定時器工作在計數(shù)方式時，外部事

3、件通過引腳T0（P3.4）和T1（P3.5）輸入。 6.1.1定時器計數(shù)器內部結構及工作原理 51單片機定時器/計數(shù)器的邏輯結構如圖6-1，可以看出，1圖6-1 定時器/計數(shù)器邏輯結構圖圖6-1 定時器/計數(shù)器邏輯結構圖 以定時器/計數(shù)器0為例，其內部結構如圖6-2所示?？梢钥闯龆〞r/計數(shù)器內的核心器件是加1計數(shù)器，加1計數(shù)器由兩個特殊功能寄存器TH0與TL0組成。當定時計數(shù)器工作于定時方式，加1脈沖由系統(tǒng)時鐘fosc經12分頻后產生。當定時計數(shù)器工作于計數(shù)方式，加1脈沖由T0引腳直接提供。定時器工作于定時還是計數(shù)方式，取決于選擇開關 ，當 =0時工作于定時方式， =1時工作于計數(shù)方式。加1脈

4、沖要經過啟動開關才能到達加1計數(shù)器，啟動開關由與門的輸出端控制，其輸入端分別接啟動控制位TR0與或門輸出端?；蜷T的輸入端分別接GATE位與外部中斷引腳 。啟動開關的控制方式將在下文中介紹。當加1 計數(shù)器溢出時，由硬件自動將中斷標志TF0置1，以此向CPU發(fā)中斷請求。 以定時器/計數(shù)器0為例，其內部結構如圖6-2所示?？梢钥闯鰣D6-2 定時器/計數(shù)器0內部結構圖圖6-2 定時器/計數(shù)器0內部結構圖外部信號是加到T0或T1端引腳（P3口第二功能P3.4 P3.5引腳），用T0（P34）、T1（P35）兩個引腳輸入定時計數(shù)器0與定時計數(shù)器1計數(shù)脈沖信號，計數(shù)方式下是對外來負脈沖進行計數(shù)，且到達T0（

5、T1）端時不一定有規(guī)律。計數(shù)器在每個機器周的S5P2期間采樣外部輸入信號，若一個周期的采樣值為1，下一個周期的采樣值為0，則計數(shù)器加1，說明識別一個從10的跳變需要兩個機器周期，所以對外部輸入信號最高的計數(shù)速率是晶振頻率的1/24(12機器周期=振蕩周期；1/振蕩周期=振蕩頻率)。同時外部輸入信號的高電平與低電平保持時間均需大于一個機器周期。6.1.2計數(shù)功能 外部信號是加到T0或T1端引腳（P3口第二功能P3.4 P3定時的實質也是計數(shù)，不過定時時間不是對外來脈沖進行計數(shù)，而是對CPU的內部時鐘脈沖的12分頻（機器周期）進行計數(shù)，即每過一個機器周期就加一次1。例如：設計數(shù)器是8位的TL0，計

6、數(shù)初值為100，CPU時鐘頻率為12MHz，則機器周期為1s，當產生計數(shù)溢出時，表示定時了（256-100）1s=156s，從而就起到了定時器的作用。一旦定時器/計數(shù)器被設置成某種工作方式，它就會按設定的工作方式獨立運行，不再占用CPU的操作時間，直到加1計數(shù)器計滿溢出，才向CPU發(fā)送中斷請求。6.1.3定時功能定時的實質也是計數(shù)，不過定時時間不是對外來脈沖進行計數(shù)，而是 定時器/計數(shù)器的核心是一個加1計數(shù)器，16位定時器/計數(shù)器分別由2個8位的專用寄存器組成：T0由TL0和TH0組成，T1由TL1和TH1組成，這些寄存器存放定時或計數(shù)初值，每個定時器都可以由軟件設置成定時工作方式或計數(shù)工作方

7、式，工作方式的設定由工作方式寄存器TMOD設置，由控制寄存器TCON控制。第二節(jié) 定時器/計數(shù)器有關寄存器 定時器/計數(shù)器的核心是一個加1計數(shù)器，16位定時器/計數(shù)器寄存器TMOD的字節(jié)地址為89H，其不可以進行位尋址，各位定義如表6-1。6.2.1定時器/計數(shù)器的工作方式寄存器TMOD寄存器TMOD的字節(jié)地址為89H，其不可以進行位尋址，各位定1、GATE-選通控制位（門控位）GATE=0，只要用軟件對TR0（或TR1）置1就啟動定時器;GATE=l，只有外部中斷INT1（或INT0）引腳為高電平，且用軟件對TR0（或TR1）置1才啟動定時器。2、C/ -工作方式選擇位 C/ =0，設置定時

8、器/計數(shù)器為定時工作方式； C/ =1，設置定時器/計數(shù)器為計數(shù)工作方式。1、GATE-選通控制位（門控位）3、M1M0-工作方式控制位 定時器/計數(shù)器由M1和M0的不同的組合選擇不同的工作方式，如下： M1M0=00 方式0 13位計數(shù)器 M1M0=01 方式1 16位計數(shù)器 M1M0=10 方式2 可再裝入8位計數(shù)器 M1M0=11 方式3 T0：可分成兩個8位計數(shù)器； T1：停止計數(shù)3、M1M0-工作方式控制位TCON用于控制定時器的啟動、停止、溢出和中斷，可位尋址，其各位定義如表6-2。 6.2.2定時器/計數(shù)器控制寄存器TCONTCON用于控制定時器的啟動、停止、溢出和中斷，可位尋址

9、，其 1、TF1和TF0-計數(shù)溢出標志位 T1/T0溢出時由硬件置1，并申請中斷，CPU相應中斷后，又由硬件清0。TF1和TF0也可以由軟件清0。（可通過軟件查詢TFx已否為0來判斷溢出，x=0或1）2、TR1和TR0-運行控制位 由軟件置1或清0，用來啟動或停止定時器。 TR0（TR1）=0，則定時器/計數(shù)器0（定時器/計數(shù)器1） 停止定時器/計數(shù)器工作； TR0（TR1）=1，則啟動定時器/計數(shù)器0（定時器/計數(shù)器1）工作。3、IE1/IE0-外部中斷1/外部中斷0請求標志，中斷章節(jié)已介紹，此處不再說明。 4、IT1/IT0-外部中斷1/外部中斷0觸發(fā)方式選擇位，中斷章節(jié)已介紹，此處不再說

10、明。 1、TF1和TF0-計數(shù)溢出標志位如果定時器/計數(shù)器在工作時，用中斷方式來判斷其是否溢出，則就需要設定中斷允許寄存器IE，表6-3為中斷允許控制寄存器各位定義。6.2.3中斷允許控制寄存器（IE）1、EA-中斷允許總控制位 EA=1，CPU開放中斷；EA=0，CPU禁止中斷請求。2、ET0和ET1-定時/計數(shù)中斷允許控制位 ET0（ET1）=0，禁止定時器/計數(shù)器0（定時器/計數(shù)器1）溢出中斷； ET0（ET1）=1，允許定時器/計數(shù)器0（定時器/計數(shù)器1）溢出中斷。如果定時器/計數(shù)器在工作時，用中斷方式來判斷其是否溢出，則就 對定時器/計數(shù)器的工作方式寄存器TMOD中的M1 M0位進行

11、設置，可以使得定時器/計數(shù)器工作在4種工作方式下，下面對這4種方式做一下介紹。6.3.1定時器/計數(shù)器的工作方式0 （1）計數(shù)結構 在工作方式0下，定時器/計數(shù)器采用13位計數(shù)結構。（2）工作方式0的特點 兩個定時器/計數(shù)器T0、T1均可在方式0下工作； 13位計數(shù)結構，其計數(shù)器由THx全部8位和TLx的低5位構成（高3位不用），x=0或1； 當產生計數(shù)溢出時，由硬件自動給計數(shù)溢出標志位TF0（TF1）置1，由軟件給THx、TLx重新置計數(shù)初值，x=0或1。 第三節(jié) 定時器/計數(shù)器工作方式 對定時器/計數(shù)器的工作方式寄存器TMOD中的M1 M0位進（3）計數(shù)/定時范圍在工作方式0下，當采用計數(shù)

12、工作方式時，由于是13位的計數(shù)結構，所以計數(shù)范圍是：18192。當采用定時工作方式時，其定時時間=（213-計數(shù)初值）機器周期，例如：設單片機的晶振頻率f=12MHz，則機器周期為1s，從而定時范圍為1s8192s。應說明的是，工作方式0采用13位計數(shù)器是為了與早期的產品兼容，計數(shù)初值的高8位和低5位的確定比較麻煩，所以在實際應用中常用16位的工作方式1取代。 （3）計數(shù)/定時范圍（1）計數(shù)結構 工作方式1是16位計數(shù)結構的工作方式。 （2）工作方式1的特點 兩個定時器/計數(shù)器均可在工作方式1下工作； 16位計數(shù)結構，其計數(shù)器由THx的全部8位和TLx的全部8位構成，x=0或1； 當產生計數(shù)溢

13、出時，由硬件自動給計數(shù)溢出標志位TF0（TF1）置1，由軟件給THx、TLx重新置計數(shù)初值, x=0或1。 （3）計數(shù)/定時范圍 在工作方式1下，當采用計數(shù)工作方式時，由于是16位的計數(shù)結構，所以計數(shù)范圍是：165536。當采用定時工作方式時，其定時時間=（216-計數(shù)初值）機器周期，例如：設單片機的晶振頻率f=12MHz，則機器周期為1s，從而定時范圍：1s65536s。6.3.2定時器/計數(shù)器的工作方式1 （1）計數(shù)結構 6.3.2定時器/計數(shù)器的工作方式1 工作方式2是一種自動再裝入預置數(shù)的工作方式，前兩種工作方式當工作溢出后，THx和TLx內容就變?yōu)?，若想使用則需要重新對THx和TL

14、x設定初值。而在工作方式2下，THx和TLx的初值一旦設定，如不需改變的話則不用再對THx和TLx重新設定, x=0或1。（1）計數(shù)結構 工作方式2是8位計數(shù)結構的工作方式，計數(shù)器由THx全部8位和TLx全部8位構成，其中THx存放預置數(shù)，而TxL參與定時/計數(shù)工作, x=0或1。 6.3.3定時器/計數(shù)器的工作方式2工作方式2是一種自動再裝入預置數(shù)的工作方式，前兩種工作方式當（2）工作方式2的特點 兩個定時器/計數(shù)器均可在工作方式2下工作； 8位計數(shù)結構，其計數(shù)器TLx的8位構成, x=0或1； 當產生計數(shù)溢出時，由硬件自動給計數(shù)溢出標志位TF0（TF1）置1，無需對THx、TLx重新置計數(shù)

15、初值, x=0或1。 （3）計數(shù)/定時范圍 在工作方式2下，當采用計數(shù)工作方式時，由于是8位的計數(shù)結構，所以計數(shù)范圍是：1256。當采用定時工作方式時，其定時時間=（28-計數(shù)初值）機器周期，例如：設單片機的晶振頻率f=12MHz，則機器周期為1s，從而定時范圍：1s256s。（2）工作方式2的特點 工作方式3是一個8位定時計數(shù)器，是針對于定時器/計數(shù)器0（T0）而言的。這種工作方式之下，定時/計數(shù)器0被拆成2個獨立的定時/計數(shù)器來用。其中，TL0可以構成8位的定時器或計數(shù)器的工作方式，T0的各控制位和引腳信號全歸它使用；而TH0則只能作為定時器來用，它占用了T1的中斷標志和運行控制位TF1和

16、TR1。也就是說，在定時器/計數(shù)器工作在工作方式3的情況下，需要對TCON進行設置和判斷溢出時，T0被分成兩個來使用，規(guī)定TL0還使用原來控制T0的寄存器標記，而TH0則使用原來控制T1的寄存器標記，此時T1停止工作。我們知道作定時、計數(shù)器來用，需要控制，計滿后溢出需要有溢出標記，T0被分成兩個來用，那就要兩套控制及、溢出標記，TL0還是用原來的T0的標記，而TH0則借用T1的標記。T1無標記、控制。一般情況處，只有在T1以工作方式2運行（當波特率發(fā)生器用）時，才讓T0工作于方式3的。6.3.4定時器/計數(shù)器的工作方式3工作方式3是一個8位定時計數(shù)器，是針對于定時器/計數(shù)器0（T因為51單片機

17、的定時器/計數(shù)器是可編程的。因此，在利用定時器/計數(shù)器進行定時計數(shù)之前，先要通過軟件對它進行初始化，初始化一般應進行如下工作： 設置工作方式，即設置TMOD中的GATE、C/、M1M0各位； 計算加1計數(shù)器的初值，并將初值送入THx、TLx中，x=0或1；計數(shù)方式：計數(shù)值 = 2nCOUNT ， 計數(shù)初值：COUNT= 2n計數(shù)值。定時方式：定時時間 =（2nTIME）機器周期， 計數(shù)初值TIME= 2n定時時間/機器周期。其中n=13、16、8、8分別對應方式0、1、2 、3。 啟動計數(shù)器工作，即將TRx置1，x=0或1； 若使用中斷方式進行判斷溢出問題，則還需使T0、T1開中斷。6.3.5

18、定時器/計數(shù)器編成初始化 因為51單片機的定時器/計數(shù)器是可編程的。因此，在利用定時器6.4.1利用定時器/計數(shù)器產生方波例6-1 設單片機晶振頻率為6MHz，使用定時器1以方式0產生周期為500s的等寬方波連續(xù)脈沖，并由P1.0輸出，以查詢方式完成。解：1計算計數(shù)初值要產生500s的等寬方波脈沖，只需在P1.0端以250s為周期交替輸出高低電平即可實現(xiàn)，為此定時時間應為250s，工作在定時方式下。使用6MHz晶振，則一個機器周期為2s。方式0為13位計數(shù)結構。設待求的初值為X，則： （213 X ）210-6 = 25010-6 求解得：X = 8067，二進制數(shù)表示為11111100000

19、11B=1F83H，十六進制表示高8位為0FCH，低5位為03H。因為采用定時器/計數(shù)器1，所以其中高8位放入TH1，即TH1=0FCH；低5位放入TL1，即TL1=03H。第四節(jié) 定時器/計數(shù)器應用程序 6.4.1利用定時器/計數(shù)器產生方波第四節(jié) 定時器/計數(shù)器2.TMOD寄存器初始化 為把定時器/計數(shù)器1設定為方式0，則M1M0=00；為實現(xiàn)定時功能，應使C/ =0；為實現(xiàn)定時器/計數(shù)器1的運行控制，則GATE=0。定時器/計數(shù)器0不用，有關位設定為0。因此TMOD寄存器應初始化為00H。3由定時器控制寄存器TCON中的TR1位控制定時的啟動和停止 TR1=1啟動，TR1=0停止。2.TM

20、OD寄存器初始化4程序設計 ORG 0000H AJMP MAIN MAIN：MOV TMOD，#00H ；設置T1為工作方式0 MOV TH1，#0FCH ；設置初值 MOV TL1，#03H MOV IE，#00H ；禁止中斷 LOOP：SETB TR1 ；啟動定時 JBC TF1，LOOPl ；查詢計數(shù)溢出 AJMP LOOPLOOP1： MOV TH1，#0FCH ；重新設置初值 MOV TL1，#03H CLR TF1 ；計數(shù)溢出標志位清“0” CPL P1.0 ；輸出取反 AJMP LOOP ；重復循環(huán) END4程序設計例6-2單片機晶振頻率為6MHz，使用定時器0以工作方式1產生

21、周期為500s的等寬方波連續(xù)脈沖，并由P1.0輸出，以中斷方式完成。解：1計算計數(shù)初值 要產生500s的等寬方波脈沖，只需在P1.0端以250s為周期交替輸出高低電平即可實現(xiàn)，為此定時時間應為250s，工作在定時方式下。使用6MHz晶振，則一個機器周期為2s。方式0為16位計數(shù)結構。設待求的初值為X，則： （216 X ）210-6 = 25010-6 求解得：X = 65411，二進制數(shù)表示為1111111110000011B=FF83H，十六進制表示高8位為0FFH，低8位為83H。因為采用定時器/計數(shù)器0，所以其中高8位放入TH0，即TH0=0FFH；低8位放入TL0，即TL0=83H。

22、例6-2單片機晶振頻率為6MHz，使用定時器0以工作方式2.TMOD寄存器初始化為把定時器/計數(shù)器0設定為方式1，則M1M0=01；為實現(xiàn)定時功能，應使C/ =0；為實現(xiàn)定時器/計數(shù)器0的運行控制，則GATE=0。定時器/計數(shù)器1不用，有關位設定為0。因此TMOD寄存器應初始化為01H。3程序設計主程序： ORG 0000H AJMP MAIN ORG 000BH AJMP INTMAIN：MOV TMOD，#01H ；設置T0為工作方式0 MOV TH0，#0FFH ；設置計數(shù)初值 MOV TL0，#83H SETB EA ；開總中斷允許位 SETB ET0 ；開定時器0中斷允許位LOOP：

23、SETB TR0 ；定時器0開始工作HERE：SJMP $ ；等待中斷中斷服務程序：INT： CLR TF1 MOV TH0，#0FFH ；設置計數(shù)初值 MOV TL0，#83H CPL P1.0 ；輸出取反 RETI ；中斷返回 END2.TMOD寄存器初始化中斷服務程序：例6-3電路如圖6-3，晶振為12MHZ將P1口上的信號燈循環(huán)顯示，時間間隔為1 s。 解：系統(tǒng)采用12 MHz晶振，采用定時器1，方式1定時50ms，用R3做50 ms計數(shù)單元。1計算計數(shù)初值 要產生1s的時間間隔，12MHZ晶振，則一個機器周期為1s，采用方式1時，最大的延時時間只有65536s，只有利用循環(huán)使單位時間

24、重復一定次數(shù)后來產生1s的延時，單位時間設定為50ms，工作在定時方式下。方式1為16位計數(shù)結構。設待求的初值為X，則： （216 X ）110-6 = 5010-3 求解得：X = 15536，二進制數(shù)表示為11110010110000B=3CB0H，十六進制表示高8位為3CH，低8位為0B0H。因為采用定時器/計數(shù)器1，所以其中高8位放入TH1，即TH1= 3CH；低8位放入TL1，即TL1=0B0H。6.4.2 定時應用 例6-3電路如圖6-3，晶振為12MHZ將P1口上的信號2.TMOD寄存器初始化為把定時器/計數(shù)器1設定為方式1，則M1M0=01；為實現(xiàn)定時功能，應使C/ = 0；為

25、實現(xiàn)定時器/計數(shù)器1的運行控制，則GATE = 0。定時器/計數(shù)器0不用，有關位設定為0。因此TMOD寄存器應初始化為10H。其源程序可設計如下： ORG 0000H CONT：MOV R2，#08H MOV A，#0FEH NEXT：MOV P1，A ACALL DELAY RL A DJNZ R2，NEXT MOV R2，#08H NEXT1：MOV P1，A RR A ACALL DELAY DJNZ R2，NEXT1 SJMP CONT2.TMOD寄存器初始化DELAY：MOV R3，#14H ；置50 ms計數(shù)循環(huán)初值 MOV TMOD，#10H ；設定時器1為方式1 MOV TH1

26、，#3CH ；置定時器初值 MOVTL1，#0B0H SETBTR1 ；啟動定時器1 LP1：JBC TF1，LP2 ；查詢計數(shù)溢出 SJMPLP1 ；未到50 ms繼續(xù)計數(shù) LP2：MOVTH1，#3CH ；重新置定時器初值 MOVTL1，#0B0H DJNZR3，LP1 ；未到1 s繼續(xù)循環(huán) RET ；返回主程序 ENDDELAY：MOV R3，#14H ；置50 例6-4定時器1，方式2實現(xiàn)1 s的延時子程序。 解：因方式2是8位計數(shù)器，其最大定時時間為：2561 s = 256 s，為實現(xiàn)1 s延時，可選擇定時時間為250 s，再循環(huán)4000次。定時時間選定后，可確定計數(shù)值為250，則

27、定時器1的初值為：X = M計數(shù)值=256250=6=6H。采用定時器1，工作方式2工作，因此TMOD =20H。方法1：可采用查詢方式1 s延時子程序如下： DELAY： MOV R5，#28H ；置25 ms計數(shù)循環(huán)初值 MOV R6，#64H ；置250 s計數(shù)循環(huán)初值 MOV TMOD，#20H ；置定時器1為方式2 MOV TH1，#06H ；置定時器初值 MOV TL1，#06H SETBTR1 ；啟動定時器 LP1：JBCTF1，LP2 ；查詢計數(shù)溢出 SJMPLP1 ；無溢出則繼續(xù)計數(shù) LP2：DJNZR6，LP1 ；未到25 ms繼續(xù)循環(huán) MOVR6，#64H DJNZ R5，LP1 ；未到1 s繼續(xù)循環(huán) RET 例6-4定時器1，方式2實現(xiàn)1 s的延時子程序。方法2：采用中斷方式延時