第五章：MCS-51單片機(jī)定時與計數(shù)器

1單片機(jī)原理與接口技術(shù)韋必忠桂林電子科技大學(xué)建筑與交通工程學(xué)院Email：wbz@MCS-51單片機(jī)定時器/計數(shù)器35.1定時器/計數(shù)器概述軟件定時：執(zhí)行一個循環(huán)程序進(jìn)行時間延遲。定時準(zhǔn)確，不需要外加硬件電路，但增加CPU開銷。硬件定時：通過硬件電路實(shí)現(xiàn)定時，不占用CPU時間，但使用不夠方便?？删幊潭〞r器定時：通過對系統(tǒng)時鐘脈沖的計數(shù)實(shí)現(xiàn)定時。計數(shù)值通過程序設(shè)定，定時準(zhǔn)確，使用方便靈活。計數(shù)與定時：定時器/計數(shù)器實(shí)際上是加1計數(shù)器。當(dāng)它對外部事件進(jìn)行計數(shù)時，由于頻率不固定，此時稱之為計數(shù)器。當(dāng)它對內(nèi)部固定頻率的機(jī)器周期進(jìn)行計數(shù)時，稱之為定時器。計數(shù)器容量：8051單片機(jī)有兩個計數(shù)器，分別稱之為T0和T1，這兩個計數(shù)器分別是由兩個8位的RAM單元組成，即每個計數(shù)器都是16位的計數(shù)器，最大計數(shù)量是65536.定時/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)和工作原理

（一）、定時/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)定時/計數(shù)器的實(shí)質(zhì)是加1計數(shù)器（16位），由高8位和低8位兩個寄存器組成。TMOD是定時/計數(shù)器的工作方式寄存器，確定工作方式和功能；TCON是控制寄存器，控制T0、T1的啟動和停止及設(shè)置溢出標(biāo)志。

(二)、定時/計數(shù)器的工作原理計數(shù)次數(shù)和時間之間的確十分相關(guān)；只要計數(shù)脈沖的間隔相等，則計數(shù)值就代表了時間的流逝；單片機(jī)的晶振經(jīng)過12分頻后獲得一個脈沖源，如果晶振頻率12MHZ，則每秒產(chǎn)生1M脈沖，一個脈沖就是1微秒，所以計數(shù)脈沖的間隔與晶振頻率有關(guān)。

(二)、定時/計數(shù)器的工作原理

加1計數(shù)器輸入的計數(shù)脈沖有兩個來源:（1）由系統(tǒng)的時鐘振蕩器輸出脈沖經(jīng)12分頻后送來；（2）另一個是T0或T1引腳輸入的外部脈沖源。

每來一個脈沖計數(shù)器加1，當(dāng)加到計數(shù)器為全1時，再輸入一個脈沖就使計數(shù)器回零，且計數(shù)器的溢出使TCON中TF0或TF1置1，向CPU發(fā)出中斷請求（定時/計數(shù)器中斷允許時）。如果定時/計數(shù)器工作于定時模式，則表示定時時間已到；如果工作于計數(shù)模式，則表示計數(shù)值已滿。

可見，由溢出時計數(shù)器的值減去計數(shù)初值才是加1計數(shù)器的計數(shù)值。

設(shè)置為定時器模式時：加1計數(shù)器是對內(nèi)部機(jī)器周期計數(shù)（1個機(jī)器周期等于12個振蕩周期，即計數(shù)頻率為晶振頻率的1/12）。所以：計數(shù)值N乘以機(jī)器周期Tcy就是定時時間t

。一旦振蕩周期確定，機(jī)器周期亦確定。設(shè)置為計數(shù)器模式時：外部事件計數(shù)脈沖由T0或T1引腳輸入到計數(shù)器。在每個機(jī)器周期的S5P2期間采樣T0、T1引腳電平。當(dāng)某周期采樣到一高電平輸入，而下一周期又采樣到一低電平時，則計數(shù)器加1，更新的計數(shù)值在下一個機(jī)器周期的S3P1期間裝入計數(shù)器。由于檢測一個從1到0的下降沿需要2個機(jī)器周期，因此要求被采樣的電平至少要維持一個機(jī)器周期。最高計數(shù)頻率是晶振頻率的1/24。當(dāng)晶振頻率為12MHz時，最高計數(shù)頻率不超過1/2MHz，即計數(shù)脈沖的周期要大于2s。

11定時器/計數(shù)器的定時和計數(shù)功能MCS-51系列單片機(jī)有兩個可編程定時器/計數(shù)器：T0、T1，16位寄存器，加法計數(shù)結(jié)構(gòu)，地址為：T0（TH0，TL0）：8CH，8AHT1（TH1，TL1）：8DH，8BH特殊功能寄存器每個寄存器（T0，T1）都具有定時和計數(shù)功能12MCS-51定時/計數(shù)器核心是一個16位計數(shù)器（寄存器）。加1信號來源：外部計數(shù)脈沖、內(nèi)部時鐘脈沖。信號來源方式：由特殊功能寄存器TMOD設(shè)置位

確定。，計數(shù)方式（外部）；，定時方式（內(nèi)部）。

80C51單片機(jī)定時/計數(shù)器的工作由兩個特殊功能寄存器控制。TMOD：用于設(shè)置其工作方式；TCON：用于控制其啟動和中斷申請。5.2MCS-51定時/計數(shù)器控制與狀態(tài)寄存器14工作方式控制寄存器TMOD（狀態(tài)寄存器）字節(jié)地址89H（不可以位尋址）15M1M0為操作方式選擇位

：選擇定時/計數(shù)器模式，計數(shù)模式；，定時模式GATE：選通控制GATE=0，選通，通過TRX啟動定時器。GATE=1，端口高電平，通過TRX啟動定時器。16啟停與中斷控制寄存器TCON（控制寄存器）字節(jié)地址88HTCON由定時/計數(shù)器和中斷系統(tǒng)合用。TR0：定時/計數(shù)器0啟停控制位由軟件控制定時/計數(shù)器0的啟動/停止。TR1：定時/計數(shù)器1啟停控制位由軟件控制定時/計數(shù)器1的啟動/停止。17TF0：定時/計數(shù)器0中斷請求標(biāo)志位當(dāng)定時/計數(shù)器0計數(shù)回0時，由內(nèi)部硬件置位TF0（TF0=1），請求中斷。中斷服務(wù)程序一旦執(zhí)行，硬件自動清0（TF0=0）。TF1：定時/計數(shù)器1中斷請求標(biāo)志位當(dāng)定時/計數(shù)器1計數(shù)回0時，由內(nèi)部硬件置位TF1（TF1=1），請求中斷。中斷服務(wù)程序一旦執(zhí)行，硬件自動清0（TF1=0）。18IE0：外部中斷0中斷請求標(biāo)志IT0=1，負(fù)跳變觸發(fā)中斷，硬件置IE0=1，當(dāng)轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序后，硬件自動清IE0=0。IT0=0，低電平觸發(fā)中斷。硬件置IE0=1，當(dāng)轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序后，硬件自動清IE0=0。IE1：外部中斷1中斷請求標(biāo)志IT1=1，負(fù)跳變觸發(fā)中斷，硬件置IE1=1，當(dāng)轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序后，硬件自動清IE1=0。IT1=0，低電平觸發(fā)中斷。硬件置IE1=1，當(dāng)轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序后，硬件自動清IE1=0。19IT0：外部中斷0觸發(fā)方式控制位軟件設(shè)置。IT0=1，外部中斷，發(fā)生10跳變，產(chǎn)生中斷請求，向主機(jī)申請中斷。IT0=0，則端口低電平觸發(fā)中斷。IT1：外部中斷1觸發(fā)方式控制位軟件設(shè)置。IT1=1，外部中斷，發(fā)生10跳變，產(chǎn)生中斷請求，向主機(jī)申請中斷。IT1=0，則端口低電平觸發(fā)中斷。以上后四項(xiàng)用于中斷系統(tǒng)。TCON可位尋址，其位地址為88H—8FH。205.3定時/計數(shù)器的工作方式（工作模式）設(shè)置（TMOD寄存器）選擇定時模式還是計數(shù)模式;對M1M0的設(shè)置，用于選擇T0、T1的四種操作（工作）方式。四種工作模式：即模式0、模式1、模式2、模式3。TL0、TH0，TL1、TH1兩對定時/計數(shù)器21（1）定時/計數(shù)方式0

（13位計數(shù)器）以定時/計數(shù)器0（T0）為例TH0全部8位，TL0低5位構(gòu)成13位定時/計數(shù)器。當(dāng)時（定時方式），開關(guān)接至振蕩12分頻輸出；當(dāng)時（計數(shù)方式），開關(guān)接通T0（P3.4）當(dāng)計數(shù)脈沖發(fā)生負(fù)跳變計數(shù)器加1。22GATE：看圖，選擇了定時或計數(shù)工作方式后，定時/計數(shù)脈沖不一定能到達(dá)計數(shù)器端，中間還有一個開關(guān)，如果這個開關(guān)不合上，計數(shù)脈沖就沒法過去。那開關(guān)什么時候合上呢？有兩種情況：GATE=0時，GATE非后是1，進(jìn)入或門，或門總是輸出1（與或門的另一個輸入端INT0無關(guān)），在這種情況下，開關(guān)打開或者合上只取決于TR0，只要TR0=1，開關(guān)就合上，計數(shù)脈沖就得以暢通無阻，如TR0=0則開關(guān)打開，計數(shù)脈沖無法通過。因此，定時/計數(shù)器是否工作，只取決于TR0。GATE=1時，計數(shù)脈沖通路上的開關(guān)不僅要由TR0來控制，而且還要受到INT0引腳的控制，只有TR0=1,且INT0引腳也是高電平，開關(guān)才合上，計數(shù)脈沖才能通過。2324定時/計數(shù)方式1

（16位計數(shù)器）邏輯結(jié)構(gòu)和方式0完全一樣，只是TL是8位計數(shù)器。計數(shù)范圍1—65536如晶振6MHz，最小定時時間為：2s（機(jī)器周期）最大定時時間為：131ms（大約）。該模式對應(yīng)的是一個16位的定時器/計數(shù)器，如圖5-5所示。其結(jié)構(gòu)與操作幾乎與模式0完全相同，惟一的差別是：在模式1中，寄存器TH0和TL0是以全部16位參與操作。用于定時工作方式時，定時時間為t=(216-T0初值)×振蕩周期×12用于計數(shù)工作方式時，計數(shù)最大長度為216＝65536個外部脈沖。圖5-5定時器/計數(shù)器T0工作模式1邏輯結(jié)構(gòu)框圖26定時/計數(shù)方式2

（自動再裝入8位計數(shù)器）THx，TLx相互獨(dú)立（x=0，1）。TLx作為8位計數(shù)器，THx是初值寄存器。TLx溢出后，置TFx申請中斷。THx初值重新裝入TLx。只需通過軟件設(shè)置一次，啟動后無限次定時/計數(shù)運(yùn)行。（自動進(jìn)行下一次）模式2把TL0（或TL1）設(shè)置成一個可以自動重裝載的8位定時器/計數(shù)器，如圖5-6所示。TL0計數(shù)溢出時，不僅使溢出中斷標(biāo)志位TF0置1，而且還自動把TH0中的內(nèi)容重新裝載到TL0中。這時，16位計數(shù)器被拆成兩個，TL0用作8位計數(shù)器，TH0用以保存初值。用于定時工作方式時，其定時時間（TF0溢出周期）為t=(28-TH0初值)×振蕩周期×12用于計數(shù)工作方式時，最大計數(shù)長度為28=256個外部脈沖。圖5-6定時器/計數(shù)器T0工作模式2邏輯結(jié)構(gòu)框圖28定時/計數(shù)方式3

（T0分成兩個8位計數(shù)器，T1無效）將T0分成兩個獨(dú)立的8位計數(shù)器。TL0組成完整的8位定時/計數(shù)器；既能定時，又能計數(shù)。TH0只能組成8位定時器（內(nèi)部脈沖）。只能定時。TL0占用T0全部控制信號及中斷請求標(biāo)志位（TR0、TF0等）TH0只能借用TR1和TF1。P3.5口(T1外部計數(shù)脈沖輸入口)不能占用。工作模式3對T0和T1大不相同。若將T0設(shè)置為模式3，TL0和TH0被分成為兩個相互獨(dú)立的8位計數(shù)器，如圖5-7所示。圖5-7定時器/計數(shù)器T0工作模式3邏輯結(jié)構(gòu)框圖305.4定時/計數(shù)器應(yīng)用基本步驟：工作方式控制字（TMOD）的設(shè)置；計數(shù)初值的計算并裝入THx、TLx；中斷允許位ETx、EA的設(shè)置，使主機(jī)開放中斷；啟/停位TRx的設(shè)置。31計數(shù)初值的確定在方式0下，當(dāng)為計數(shù)方式時，計數(shù)值范圍1—8192（213

）在方式1下，當(dāng)為計數(shù)方式時，計數(shù)值范圍1—65536（216

）在方式2下，當(dāng)為計數(shù)方式時，計數(shù)值范圍1—256（28

）32當(dāng)計數(shù)時，采用預(yù)置數(shù)的方法，比如我們需要計數(shù)100次，那就先放入65436，再來100個脈沖，就到65536了。定時時間：（2n–計數(shù)初值）*機(jī)器周期33在方式0下最小定時時間為：2s最大定時時間為：16384s（8192*2）在方式1下最小定時時間為：2s最大定時時間為：131ms（65536*2）如晶振周期6MHz，機(jī)器周期為2s。思路：需要采用軟件計數(shù)器的概念，先用定時/計數(shù)器做一個（比如50毫秒）的定時器，定時時間到了以后不要立即執(zhí)行相關(guān)操作（比如輸出），而是將軟件計數(shù)器中的值加1，如果軟件計數(shù)器計到了20，那定時時間就是20*50=1000毫秒了。34如何實(shí)現(xiàn)定時1S或者其它定時時間？35例題：生成周期為500s的等寬正方波。機(jī)器晶振6MHz。使用T1以方式0工作，由P1.0輸出500s機(jī)器周期：2s。定時時間250s。以250s為周期在P1.0端交替輸出高低電平。368067-4096=397113971-2048=1923

11923-1024=8991899-512=387

1387-256=1311131-128=3164

032016

08040二進(jìn)制表示：111111000001137程序設(shè)計（查詢方式）：

MOVTMOD，#00H ；設(shè)置T1 MOVTH1，#0FCH ；計數(shù)初值

MOVTL1，#03H ；

MOVIE，#00H ；禁止中斷

SETBTR1 ；啟動定時LOOP：JBCTF1，LOOP1 ；查詢計數(shù)溢出

AJMPLOOPLOOP1：MOVTH1，#FCH ；重新設(shè)置計數(shù)初值

MOVTL1，#03H ；