單片機(jī)原理：6-1-3定時(shí)器計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)和工作方式-計(jì)數(shù)要求

第6章AT89S51單片機(jī)的

定時(shí)器/計(jì)數(shù)器16.1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)如圖6-1所示，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0由特殊功能寄存器TH0、TL0構(gòu)成，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1由特殊功能寄存器TH1、TL1構(gòu)成。

2圖6-1AT89S51單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)框圖具有定時(shí)器和計(jì)數(shù)器2種工作模式，4種工作方式（方式0、方式1、方式2和方式3），屬于加計(jì)數(shù)器。TMOD用于選擇T0、T1的工作模式和工作方式。TCON用于控制T0、T1的啟動(dòng)和停止計(jì)數(shù)，同時(shí)包含了T0、T1的狀態(tài)。T0、T1不論是工作在定時(shí)器模式還是計(jì)數(shù)器模式，都是對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，只是計(jì)數(shù)信號(hào)的來源不同。計(jì)數(shù)器模式是對(duì)加在T0（P3.4）和T1（P3.5）兩個(gè)引腳上的外部脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)（見圖6-1）。定時(shí)器工作模式是對(duì)單片機(jī)的時(shí)鐘振蕩器信號(hào)經(jīng)片內(nèi)12分頻后的內(nèi)部脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)。由于時(shí)鐘頻率是定值，所以可根據(jù)計(jì)數(shù)值計(jì)算出定時(shí)時(shí)間。3計(jì)數(shù)器的起始計(jì)數(shù)都是從計(jì)數(shù)器初值開始的。單片機(jī)復(fù)位時(shí)計(jì)數(shù)器的初值為0，也可用指令給計(jì)數(shù)器裝入一個(gè)新的初值。6.1.1工作方式控制寄存器TMOD用于選擇定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作模式和工作方式，字節(jié)地址為89H，不能位尋址，格式如圖6-2所示。4

圖6-2

TMOD格式TMOD的8位分為兩組，高4位控制T1，低4位控制T0。TMOD各位的功能：（1）GATE———門控位。

0：僅由運(yùn)行控制位TRx（x

=

0,1）來控制定時(shí)器/計(jì)數(shù)器運(yùn)行。

1：用外中斷引腳（

或

）上的電平與運(yùn)行控制位TRx共同來控制定時(shí)器/計(jì)數(shù)器運(yùn)行。5（2）M1、M0——工作方式選擇位M1、M0共有4種編碼，對(duì)應(yīng)于4種工作方式的選擇，如表6-1所示。

（3）C/—計(jì)數(shù)器模式和定時(shí)器模式選擇位6 0：為定時(shí)器工作模式，對(duì)單片機(jī)的晶體振蕩器12分頻后的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。 1：為計(jì)數(shù)器工作模式，計(jì)數(shù)器對(duì)外部輸入引腳T0（P3.4）或T1（P3.5）的外部脈沖（負(fù)跳變）計(jì)數(shù)。6.1.2定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制寄存器TCON字節(jié)地址為88H，可位尋址，位地址為88H～8FH。格式如圖6-3所示。圖6-3TCON格式7在第5章已介紹與外部中斷有關(guān)的低4位。這里僅介紹與定時(shí)器/計(jì)數(shù)器相關(guān)的高4位功能。（1）TF1、TF0——計(jì)數(shù)溢出標(biāo)志位。當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)溢出時(shí)，該位置“1”。使用查詢方式時(shí)，此位作為狀態(tài)位供CPU查詢，但應(yīng)注意查詢有效后，應(yīng)使用軟件及時(shí)將該位清“0”。使用中斷方式時(shí)，此位作為中斷請(qǐng)求標(biāo)志位，進(jìn)入中斷服務(wù)程序后由硬件自動(dòng)清“0”。（2）TR1、TR0——計(jì)數(shù)運(yùn)行控制位。TR1位（或TR0位）=

1，啟動(dòng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作的必要條件。TR1位（或TR0位）

=

0，停止定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作。該位可由軟件置“1”或清“0”。86.2定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的4種工作方式4種工作方式分別介紹如下。6.2.1方式0M1、M0=00時(shí)，被設(shè)置為工作方式0，等效邏輯結(jié)構(gòu)框圖如圖6-4所示（以定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1為例，TMOD.5、TMOD.4

=

00）。9

圖6-4

定時(shí)器/計(jì)數(shù)器方式0邏輯結(jié)構(gòu)框圖13位計(jì)數(shù)器，由TLx（x

=

0,1）低5位和THx高8位構(gòu)成。TLx低5位溢出則向THx進(jìn)位，THx計(jì)數(shù)溢出則把TCON中的溢出標(biāo)志位TFx置“1”。10圖6-2的C/位控制的電子開關(guān)決定了定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的兩種工作模式。（1）C/=0，電子開關(guān)打在上面位置，T1（或T0）為定時(shí)器工作模式，把時(shí)鐘振蕩器12分頻后的脈沖作為計(jì)數(shù)信號(hào)。（2）C/=1，電子開關(guān)打在下面位置，T1（或T0）為計(jì)數(shù)器工作模式，計(jì)數(shù)脈沖為P3.4（或P3.5）引腳上的外部輸入脈沖，當(dāng)引腳上發(fā)生負(fù)跳變時(shí)，計(jì)數(shù)器加1。GATE位狀態(tài)決定定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的運(yùn)行控制取決TRx一個(gè)條件還是TRx和

x（x

=

0,1）引腳狀態(tài)兩個(gè)條件。11（1）GATE

=

0，A點(diǎn)（見圖6-4）電位恒為1，B點(diǎn)電位僅取決于TRx狀態(tài)。TRx

=

1，B點(diǎn)為高電平，控制端控制電子開關(guān)閉合，允許T1（或T0）對(duì)脈沖計(jì)數(shù)。TRx

=

0，B點(diǎn)為低電平，電子開關(guān)斷開，禁止T1（或T0）計(jì)數(shù)。（2）GATE

=

1，B點(diǎn)電位由（x

=

0,1）的輸入電平和TRx的狀態(tài)這兩個(gè)條件來確定。當(dāng)TRx

=

1，且=1時(shí)，B點(diǎn)才為1，控制端控制電子開關(guān)閉合，允許T1（或T0）計(jì)數(shù)。故這種情況下計(jì)數(shù)器是否計(jì)數(shù)是由TRx和INTX*

兩個(gè)條件來共同控制的。126.2.2方式1當(dāng)M1、M0=01時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作于方式1，這時(shí)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的等效電路邏輯結(jié)構(gòu)如圖6-5所示。方式1和方式0的差別僅僅在于計(jì)數(shù)器的位數(shù)不同，方式1為16位計(jì)數(shù)器，由THx高8位和TLx低8位構(gòu)成（x=

0,1），方式0則為13位計(jì)數(shù)器，有關(guān)控制狀態(tài)位的含義（GATE、C/、TFx、TRx）與方式0相同。13

14圖6-5

定時(shí)器/計(jì)數(shù)器方式1邏輯結(jié)構(gòu)框圖6.2.3方式2方式0和方式1的最大特點(diǎn)是計(jì)數(shù)溢出后，計(jì)數(shù)器為全0。因此在循環(huán)定時(shí)或循環(huán)計(jì)數(shù)應(yīng)用時(shí)就存在用指令反復(fù)裝入計(jì)數(shù)初值的問題。這不僅影響定時(shí)精度，也給程序設(shè)計(jì)帶來麻煩。方式2就是針對(duì)此問題而設(shè)置的。當(dāng)M1、M0為10時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器處于工作方式2，這時(shí)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的等效邏輯結(jié)構(gòu)如圖6-6所示（以定時(shí)器T1為例，x=

1）。15定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的方式2為自動(dòng)恢復(fù)初值（初值自動(dòng)裝入）的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。TLx（x

=

0,1）作為常數(shù)緩沖器，當(dāng)TLx計(jì)數(shù)溢出時(shí)，在溢出標(biāo)志TFx置“1”的同時(shí)，還自動(dòng)將THx中的初值送至TLx，使TLx從初值開始重新計(jì)數(shù)。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的方式2工作過程如圖6-7所示。1617圖6-6

定時(shí)器/計(jì)數(shù)器方式2邏輯結(jié)構(gòu)框圖

圖6-7

方式2工作過程該方式可省去用戶軟件中重裝初值的指令執(zhí)行時(shí)間，簡化定時(shí)初值的計(jì)算方法，可以相當(dāng)精確地確定定時(shí)時(shí)間。186.2.4方式3是為增加一個(gè)8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器而設(shè)，使AT89S51單片機(jī)具有3個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。方式3只適用于T0，T1不能工作在方式3。T1處于方式3時(shí)相當(dāng)于TR1=

0，停止計(jì)數(shù)（此時(shí)T1可用來作為串行口波特率產(chǎn)生器）。1．工作方式3下的T0TMOD的低2位為11時(shí)，T0的工作方式被選為方式3，各引腳與T0的邏輯關(guān)系如圖6-8所示。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0分為兩個(gè)獨(dú)立的8位計(jì)數(shù)器TL0和TH0，TL0使用T0的狀態(tài)控制位C/、GATE、TR0、19TF0，而TH0被固定為一個(gè)8位定時(shí)器（不能作為外部計(jì)數(shù)模式），并使用定時(shí)器T1的狀態(tài)控制位TR1和TF1，同時(shí)占用定時(shí)器T1的中斷請(qǐng)求源TF1。2．T0工作在方式3時(shí)T1的各種工作方式一般情況下，當(dāng)T1用作串行口的波特率發(fā)生器時(shí)，T0才工作在方式3。T0處于工作方式3時(shí)，T1可定為方式0、方式1和方式2，用來作為串行口的波特率發(fā)生器，或不需要中斷的場(chǎng)合。20

21圖6-8

定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0方式3的邏輯結(jié)構(gòu)框圖（1）T1工作在方式0T1的控制字中M1、M0

=

00時(shí)，T1工作在方式0，工作示意圖如圖6-9所示。

22圖6-9T0工作在方式3時(shí)T1為方式0的工作示意圖（2）T1工作在方式1當(dāng)T1的控制字中M1、M0

=

01時(shí)，T1工作在方式1，工作示意圖如圖6-10所示。

23圖6-10T0工作在方式3時(shí)T1為方式1的工作示意圖（3）T1工作在方式2當(dāng)T1的控制字中M1、M0

=

10時(shí)，T1的工作方式為方式2，工作示意圖如圖6-11所示。

24圖6-11

T0工作在方式3時(shí)T1為方式2的工作示意圖（4）T1設(shè)置在方式3當(dāng)T0設(shè)置在方式3，再把T1也設(shè)成方式3，此時(shí)T1停止計(jì)數(shù)。6.3對(duì)外部輸入的計(jì)數(shù)信號(hào)的要求當(dāng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作在計(jì)數(shù)器模式時(shí)，計(jì)數(shù)脈沖來自外部輸入引腳T0或T1。當(dāng)輸入信號(hào)產(chǎn)生負(fù)跳變時(shí)，計(jì)數(shù)器的值增1。每個(gè)機(jī)器周期的S5P2期間，都對(duì)外部輸入引腳T0或T1進(jìn)行采樣。如在第一個(gè)機(jī)器周期中采得的值為1，而在下一個(gè)機(jī)器周期中采得的值為0，則在緊跟著的再下一個(gè)機(jī)器周期S3P125期間，計(jì)數(shù)器加1。由于確認(rèn)一次負(fù)跳變要花2個(gè)機(jī)器周期，因此外部輸入的計(jì)數(shù)脈沖的最高頻率為