ATS單片機的定時器和計數(shù)器

會計學(xué)1ATS單片機的定時器和計數(shù)器實現(xiàn)定時一般有三種方法：

1、利用軟件實現(xiàn)（延時程序）;

優(yōu)點：簡單，控制方便；缺點：CPU效率低。

2、硬件實現(xiàn)，專門設(shè)計一個單穩(wěn)態(tài)定時器：

優(yōu)點：CPU效率高；缺點：修改參數(shù)麻煩。

3、利用計數(shù)器實現(xiàn)單片機一般利用第三種方法實現(xiàn)計數(shù)器溢出輸入脈沖1us8位256us預(yù)置數(shù)第1頁/共31頁AT89S51內(nèi)部設(shè)有兩個16位的定時器/計數(shù)器，可用軟件控制。定時器:對機器周期計數(shù)，每過一個機器周期，計數(shù)器內(nèi)容加1;計數(shù)器：對外來脈沖進行計數(shù)，T0、T1引腳上從高電平到低電平跳變時，計數(shù)器內(nèi)容加1。外來脈沖T0機器周期片內(nèi)計數(shù)器單片機第2頁/共31頁6.1定時器/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)定時器/計數(shù)器結(jié)構(gòu)如圖6-1所示，定時器/計數(shù)器T0由特殊功能寄存器TH0、TL0構(gòu)成，定時器/計數(shù)器T1由特殊功能寄存器TH1、TL1構(gòu)成。

圖6-1AT89S51單片機的定時器/計數(shù)器結(jié)構(gòu)框圖第3頁/共31頁具有定時器和計數(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）。屬于增計數(shù)器。TMOD用于選擇定時器/計數(shù)器T0、T1的工作模式和工作方式。TCON用于控制T0、T1的啟動和停止計數(shù)，同時包含了T0、T1的狀態(tài)。T0、T1不論是工作在定時器模式還是計數(shù)器模式，都是對脈沖信號進行計數(shù)，只是計數(shù)信號的來源不同。計數(shù)器模式是對加在T0（P3.4）和T1（P3.5）兩個引腳上的外部脈沖進行計數(shù)（見圖6-1）。定時器工作模式是對單片機的時鐘振蕩器信號經(jīng)片內(nèi)第4頁/共31頁12分頻后的內(nèi)部脈沖信號計數(shù)。由于時鐘頻率是定值，所以可根據(jù)計數(shù)值可計算出定時時間。計數(shù)器的起始計數(shù)都是從計數(shù)器初值開始的。單片機復(fù)位時計數(shù)器的初值為0，也可用指令給計數(shù)器裝入一個新的初值。AT89S51的定時器/計數(shù)器屬于增1計數(shù)器。第5頁/共31頁二、定時器/計數(shù)器的工作原理

16位的定時器/計數(shù)器實質(zhì)上是一個加1計數(shù)器，可實現(xiàn)定時和計數(shù)兩種功能，其功能由軟件控制和切換。定時器屬硬件定時和計數(shù)，是單片機中效率高而且工作靈活的部件。在定時器/計數(shù)器開始工作之前，CPU必須將一些命令(稱為控制字)寫入定時器/計數(shù)器。將控制字寫入定時器/計數(shù)器的過程叫定時器/計數(shù)器的初始化。在初始化程序中，要將工作方式控制字寫入定時器方式寄存器(TMOD)，工作狀態(tài)控制字(或相關(guān)位)寫入定時器控制寄存器(TCON)，賦定時/計數(shù)初值給TH0(TH1)和TL0(TL1)。第6頁/共31頁

1、定時器/計數(shù)器的定時功能:計數(shù)器的加1信號由振蕩器的12分頻信號產(chǎn)生，即每過一個機器周期，計數(shù)器加1，直至計滿溢出。定時器的定時時間與系統(tǒng)的時鐘頻率有關(guān)。因一個機器周期等于12個時鐘周期，所以計數(shù)頻率應(yīng)為系統(tǒng)時鐘頻率的十二分之一。如果晶振頻率為12MHz，則機器周期為1s。通過改變定時器的定時初值，并適當(dāng)選擇定時器的長度(8位、13位或16位)，可以調(diào)整定時時間。2、定時器/計數(shù)器的計數(shù)功能:通過外部計數(shù)輸入引腳T0(P3.4)和T1(P3.5)對外部信號計數(shù)，外部脈沖的下降沿將觸發(fā)計數(shù)。計數(shù)器在每個機器周期的S5P2期間采樣引腳輸入電平，若一個機器周期S5P2期間采樣值為1，下一個機器周期S5P2期間采樣值為0，則計數(shù)器加1，再下一個機器周期S3P1期間，新的計數(shù)值裝入計數(shù)器。第7頁/共31頁因檢測一個由1至0的跳變需要兩個機器周期，故外部信號的最高計數(shù)頻率為時鐘頻率的二十四分之一。如果晶振頻率為12MHz，則最高計數(shù)頻率為0.5MHz。雖然對外部輸入信號的占空比無特殊要求，但為了確保給定電平在變化前至少被采樣一次，外部計數(shù)脈沖的高電平與低電平保持時間均需在一個機器周期以上。

如圖6-10所示，圖中Tcy為機器周期。第8頁/共31頁各位的功能說明：TF1（TCON.7,8FH位）----T1溢出標(biāo)志位。TF0（TCON.5,8DH位）----T0溢出標(biāo)志位。TR1（TCON.6,8EH位）----T1運行控制位。

0：關(guān)閉T1；1：啟動T1運行。TR0（TCON.4,8CH位）----T0運行控制位。

0：關(guān)閉T0；1：啟動T0運行。1.定時器控制寄存器定時器控制寄存器TCON的作用是控制定時器的啟動與停止，并保存T0、T1的溢出和中斷標(biāo)志。TCON的格式:可按位尋址6.1.1工作方式寄存器和控制寄存器

AT89S51單片機的定時器為可編程定時器，在定時器工作之前必須先進行初始化，即將控制命令寫入定時器控制寄存器。第9頁/共31頁

定時器方式寄存器TMOD的作用是設(shè)置T0、T1的工作方式。

TMOD的格式：2.定時器工作方式寄存器TMOD各位的功能說明：(1)GATE：門控位。GATE=0：軟件啟動定時器，即用指令使TCON中的TR1(TR0)置1即可啟動定時器1(定時器0)。GATE=1：軟件和硬件共同啟動定時器，即用指令使TCON中的TR1(TR0)置1時，只有外部中斷INT0(INT1)引腳輸入高電平時才能啟動定時器1(定時器0)。(2)C/T：功能選擇位。C/T=0時，以定時器方式工作。C/T=1時，以計數(shù)器方式工作。第10頁/共31頁M1M0工作方式功能描述00方式013位計數(shù)器01方式116位計數(shù)器10方式2自動重裝初值8位計數(shù)器11方式3定時器0：分為兩個獨立的8位計數(shù)器定時器1：無中斷的計數(shù)器定時器工作方式選擇位定義(3)M1、M0：方式選擇位。定時/計數(shù)器有四種工作方式，由M1M0進行設(shè)置。第11頁/共31頁二、定時器工作方式：由方式選擇位M1、M0設(shè)定。1、方式0（M1M0=00）：13位定時/計數(shù)器。THx8位和TLx低5位組成加1計數(shù)器。計數(shù)外部脈沖個數(shù)：1～8192(213)定時時間(若T=1s)：1s～8.19msfoscT=12/fosc第12頁/共31頁16位定時/計數(shù)器。THx8位和TLx8位組成16位加1計數(shù)器。計數(shù)外部脈沖個數(shù)：1～65536(216)定時時間(若T=1s)：1s～(65536×T=65.54ms)2、方式1（M1M0=01）：T=12/fosc第13頁/共31頁3、方式2（M1M0=10）：

自動恢復(fù)初值8位定時/計數(shù)器。TLx為8位加1計數(shù)器，

THx為8位初值暫存器。用于需要重復(fù)定時和計數(shù)的場合。最大計數(shù)值：256(28)最大定時時間(若T=1s)：256sT=12/fosc計數(shù)滿后自動裝入計數(shù)初值。省去用戶軟件中重裝初值的程序，精確的定時。第14頁/共31頁4、方式3（M1M0=11）：T0分成2個8位定時器：TL0定時/計數(shù)器和TH0定時器；TL0占用T0控制位：C/T，TR0，GATE；TH0占用T1控制位：TR1、TF1；T1不能使用方式3工作，常作串口的波特率發(fā)生器使用。fosc振蕩器第15頁/共31頁T1工作在方式1T1工作在方式2T1工作在方式0T0處于方式3時，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，或不需要中斷的場合。第16頁/共31頁4種工作方式中，方式0與方式1基本相同，由于方式0是為兼容MCS-48而設(shè)，初值計算復(fù)雜，在實際應(yīng)用中，一般不用方式0，而采用方式1。方式2省去程序中重裝初值的指令，并可產(chǎn)生相當(dāng)精確的定時時間。

當(dāng)T1作串行口波特率發(fā)生器時，T0才設(shè)置為方式3。

第17頁/共31頁6.4定時器/計數(shù)器的編程和應(yīng)用

AT89S51的定時／計數(shù)器是可編程的，因此，在進行定時或計數(shù)之前也要用對其進行初始化。初始化一般應(yīng)包括以下幾個步驟：1、對TMOD寄存器賦值，以確定定時器的工作方式。2．置定時／計數(shù)器初值，直接將初值寫入寄存器的TH0，TL0或TH1，TL1。3．根據(jù)需要，對寄存器IE置初值，開放定時器中斷。4．對TCON寄存器中的TR1或TR0置位，啟動定時／計數(shù)器。啟動以后，計數(shù)器即按規(guī)定的工作方式和初值進行計數(shù)或開始定時。第18頁/共31頁定時/計數(shù)器初值的計算

2．計數(shù)器初值的計算在計數(shù)器模式下，此時計數(shù)器就計數(shù)引腳上到來的脈沖個數(shù)，每檢測到一個脈沖下降沿，就加1一次。其計數(shù)脈沖個數(shù)S為：

S=M-X式中，M為計數(shù)器模值，該值和計數(shù)器工作方式有關(guān)，在方式0時M為213；在方式1時M為216；在方式2和方式3時M為28。X是計數(shù)器的計數(shù)初值。1．定時器初值的計算在定時器模式下，計數(shù)器由單片機主脈沖經(jīng)12分頻后計數(shù)，即就是對機器周期進行計數(shù)。則定時器定時時間t的公式：t=（M-X）×T定時初值：X=M-t/T式中，M為模值，和定時器的工作方式有關(guān),在方式0時M為213；在方式1時M為216；在方式2和方式3時M為28。T是機器周期；X是定時器的定時初值。

第19頁/共31頁例2：例：T0運行于定時器狀態(tài)，時鐘振蕩周期為12MHZ，要求定時100s。求不同工作方式時的定時初值X并計算在不同工作方式下最大的定時時間tmax。解：fosc=12MHzT=1s由公式X=M-t/T

得：方式0(13位方式)：X=213-100s/1s=1F9C當(dāng)T0的初值=0時為最大定時時間:tmax=(213-0）*1s=8.192ms方式1(16位方式)：X=216-100s/1s=FF9CH

tmax=(216-0）*1s=65.536ms

方式2、3(8位方式)：X=28-100s/1s=9CHtmax=(213-0）*1s=256s注意：工作方式0的初值裝入方法：1F9CH=0001111110011100B

可見，TH0=FCH，TL0=1CHTL0的低5位TH0的8位MOV TH0，#0FCHMOV TL0，#1CHT=12/fosc第20頁/共31頁定時器初始化編程：

使用定時器工作之前，先寫入控制寄存器，確定好定時器工作方式。初始化編程格式：MOVTMOD，#方式字；選擇方式MOVTHx，#XH

；裝入Tx時間常數(shù)MOVTLx，#XL(SETBEA ) ；開Tx中斷(SETBETx )SETBTRx

；啟動Tx定時器需考慮：1.按實際需要選擇定時/計數(shù)功能；

2.按時間或計數(shù)長度選擇工作方式；

3.計算時間常數(shù)：計算時間常數(shù)X(計算初值)：計數(shù)功能：X=2n-計數(shù)值

（n：8/13/16）定時功能：X=2n-t/T

（t：定時時間；

T：機器周期）第21頁/共31頁方法1：用延時程序?qū)崿F(xiàn)1mS的延時。

UP：SETBP1.0LCALLD2MSCLRP1.0LCALLD2MSSJMPUP方法2：用T0定時1mS，查詢TF0①確定工作方式方式0②計算初值E018H③編程

MOVTMOD，#00HSETBTR0LOOP：MOVTH0，#0E0HMOVTL0，#18HJNBTF0，$CPLP1.0

CLRTF0SJMPLOOP例1使P1.0輸出一個周期為2mS的方波。方法3：用T0定時1mS，中斷。

ORG0000HLJMPMAINORG000BHLJMPAT0MAIN：MOVTMOD，#00HMOVTH0，#0E0HMOVTL0，#18HSETBEASETBET0SETBTR0SJMP$AT0：MOVTMOD，#00HMOVTH0，#0E0HCPLP1.0RETIfosc=12MHz第22頁/共31頁（1）T0工作方式的確定定時時間較長，采用哪一種工作方式？由各種工作方式的特性，可計算出：

方式0最長可定時16.384ms;方式1最長可定時131.072ms;方式2最長可定時512s。欲定時1秒，這個值已經(jīng)超過了定時器的最大定時時間。為此，我們只有采用定時器定時和軟件計數(shù)相結(jié)合的方法才能解決問題。選方式1，每隔100ms中斷一次，中斷10次為1s。（2）計算計數(shù)初值因為：(216-X)×2×10-6=10-1

所以：X=15536=3CB0H因此：TH0=3CH，TL0=B0H（3）10次計數(shù)的實現(xiàn)采用循環(huán)程序法。（4）程序設(shè)計參考程序:

例2

假設(shè)系統(tǒng)時鐘為6MHz，編寫定時器T0產(chǎn)生1秒定時的程序。第23頁/共31頁

ORG0000HRESET：LJMPMAIN ；上電，轉(zhuǎn)主程序入口MAIN

ORG000BH

；T0的中斷入口

LJMPIT0P ；轉(zhuǎn)T0中斷處理程序IT0P

ORG1000HMAIN：MOVSP,#60H ；設(shè)堆棧指針

MOVB,#0AH；設(shè)循環(huán)次數(shù)10次

MOVTMOD,#01H；設(shè)T0工作在方式1

MOVTL0,#0B0H；給T0設(shè)初值

MOVTH0,#3CH SETBTR0 ；啟動T0SETBET0 ；允許T0中斷SETBEA；CPU開放中斷HERE：SJMPHERE；等待中斷

ITOP：MOVTL0,#0B0H；T0中斷子程序，重裝初值

MOVTH0,#3CH； DJNZB，LOOPCLRTR0；1s定時時間到，停止T0工作LOOP：RETI第24頁/共31頁6.4.4門控制位GATE的應(yīng)用—測量脈沖寬度GATE1可使定時器/計數(shù)器T1的啟動計數(shù)受INT1*的控制，可測量引腳INT1*（P3.3）上正脈沖的寬度（機器周期數(shù)）。第25頁/共31頁參考程序：

ORG0000HRESET:AJMPMAIN；復(fù)位入口轉(zhuǎn)主程序

ORG0100HMAIN:MOVSP,#60HMOVTMOD,#90H；T1為方式1定時控制字

MOVTL1,#00HMOVTH1,#00HLOOP0:JBP3.3,LOOP0；INT1*高,則循環(huán)

SETBTR1 ；如INT1*為低，啟動T1LOOP1:JNBP3.3,LOOP1；INT1*低，則循環(huán)LOOP2:JBP3.3,LOOP2；INT1*高,則循環(huán)CLRTR1 ；停止T1計數(shù)

MOVA,TL1 ；T1計數(shù)值送A

將A中的T1計數(shù)值送顯示緩沖區(qū)