定時(shí)器／計(jì)數(shù)器及應(yīng)用

5定時(shí)器/計(jì)數(shù)器及其應(yīng)用５.1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作原理1．基本概念（1）計(jì)數(shù)：計(jì)數(shù)是指對(duì)外部事件的個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)量。其實(shí)質(zhì)就是對(duì)外部輸入脈沖的個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)量。實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能的器件稱(chēng)為計(jì)數(shù)器。（2）定時(shí)：8051單片機(jī)中的定時(shí)器和計(jì)數(shù)器是一個(gè)部件，只不過(guò)計(jì)數(shù)器記錄的是外界發(fā)生的事件，而定時(shí)器則是由單片機(jī)內(nèi)部提供一個(gè)非常穩(wěn)定的計(jì)數(shù)源進(jìn)行定時(shí)的。這個(gè)計(jì)數(shù)源是由單片機(jī)的晶振經(jīng)過(guò)12分頻后獲得的一個(gè)脈沖源。所以定時(shí)器計(jì)數(shù)脈沖的時(shí)間間隔與晶振有關(guān)。（3）定時(shí)的種類(lèi)軟件定時(shí)：利用執(zhí)行一個(gè)循環(huán)程序進(jìn)行時(shí)間延遲。其特點(diǎn)是定時(shí)時(shí)間精確，不需外加硬件電路，但占用CPU時(shí)間。因此軟件定時(shí)的時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)。

硬件定時(shí)：利用硬件電路實(shí)現(xiàn)定時(shí)。其特點(diǎn)是不占用CPU時(shí)間，通過(guò)改變電路元器件參數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)定時(shí)，但使用不夠靈活方便。對(duì)于時(shí)間較長(zhǎng)的定時(shí)，常用硬件電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。

可編程定時(shí)器：通過(guò)專(zhuān)用的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器芯片實(shí)現(xiàn)。其特點(diǎn)是通過(guò)對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)定時(shí)，定時(shí)時(shí)間可通過(guò)程序設(shè)定的方法改變，使用靈活方便。也可實(shí)現(xiàn)對(duì)外部脈沖的計(jì)數(shù)功能。

MCS-51單片機(jī)內(nèi)部有兩個(gè)16位可編程的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，簡(jiǎn)稱(chēng)為T(mén)0和T1，均可作定時(shí)器用也可計(jì)數(shù)器，它們均是二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)滿(mǎn)回零時(shí)能自動(dòng)產(chǎn)生溢出中斷請(qǐng)求，表示定時(shí)時(shí)間已到或計(jì)數(shù)已終止。適用于定時(shí)控制、延時(shí)、外部計(jì)數(shù)和檢測(cè)等。計(jì)數(shù)器：對(duì)引腳T0（P3.4）和T1（P3.5.）輸入的外部脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)，當(dāng)輸入脈沖信號(hào)從1到0的負(fù)跳變時(shí)，計(jì)數(shù)器就自動(dòng)加1。計(jì)數(shù)的最高頻率一般為振蕩頻率的1/24。定時(shí)器：對(duì)系統(tǒng)晶振振蕩脈沖的12分頻輸出進(jìn)行計(jì)數(shù)。（1）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)組成：16位加法計(jì)數(shù)器、工作方式寄存器TMOD和控制寄存器TCON。T0：TL0（低8位）和TH0（高8位）T1：TL1（低8位）和TH1（高8位）2．MCS-51內(nèi)部定時(shí)器/計(jì)數(shù)器

8051單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)如下圖所示。（2）控制寄存器TCON(88H)

TF1

TR1

TF0

TR0IE1IT1IE0IT0TF0/TF1：T0/1計(jì)數(shù)溢出標(biāo)志位?？捎糜谏暾?qǐng)中斷或供CPU查詢(xún)。在進(jìn)入中斷服務(wù)程序時(shí)會(huì)自動(dòng)清零；但在查詢(xún)方式時(shí)必須軟件清零。

=1：計(jì)數(shù)溢出；

=0：計(jì)數(shù)未滿(mǎn)。TR0/TR1：T0/1啟?？刂莆弧?1：?jiǎn)?dòng)計(jì)數(shù)；=0：停止計(jì)數(shù)。IE0/IE1和IT0/IT1：用于管理外部中斷（前面已介紹過(guò)）。

M1,M0：工作方式選擇位。=00：13位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；=01：16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（常用）；=10：可自動(dòng)重裝的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（常用）；=11：T0分為2個(gè)8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；僅適用于T0。C/：定時(shí)方式/計(jì)數(shù)方式選擇位。=1：選擇計(jì)數(shù)器工作方式，對(duì)T0/T1引腳輸入的外部事件的負(fù)脈沖計(jì)數(shù)；=0：選擇定時(shí)器工作方式，對(duì)機(jī)器周期脈沖計(jì)數(shù)定時(shí)。如下頁(yè)圖所示。（2）工作方式寄存器TMOD

GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0T1T0GATE：門(mén)控位，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的啟/?？捎绍浖c硬件兩者控制=0：軟件控制，只由TCON中的啟/?？刂莆籘R0/TR1控制定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的啟/停。=1：硬件控制，由外部中斷請(qǐng)求信號(hào)/和TCON中的啟/?？刂莆籘R0/TR1組合狀態(tài)控制定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的啟/停。其控制邏輯如下圖所示。５．３定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式

8051單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器共有四種工作模式，現(xiàn)以T0為例加以介紹，T1與T0的工作原理相同，但方式3下T1停止計(jì)數(shù)。方式（如F0）和用戶(hù)定義名稱(chēng)等幾種方式。1．工作方式0（M1M0=00，13位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器）

由TH0的全部8位和TL0的低5位（TL0的高3位未用）構(gòu)成13位加1計(jì)數(shù)器，當(dāng)TL0低5位計(jì)數(shù)滿(mǎn)時(shí)直接向TH0進(jìn)位，并當(dāng)全部13位計(jì)數(shù)滿(mǎn)溢出時(shí)，溢出標(biāo)志位TF0置“1”。2．工作方式1（M1M0=01，16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器）

由TH0和TL0構(gòu)成16位加1計(jì)數(shù)器，其他特性與工作方式0相同。3．工作方式2（M1M0=10，自動(dòng)重裝計(jì)數(shù)初值的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器）

16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器被拆成兩個(gè)8位寄存器TH0和TL0，CPU在對(duì)它們初始化時(shí)必須裝入相同的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器初值。以TL0作計(jì)數(shù)器，而TH0作為預(yù)置寄存器。當(dāng)計(jì)數(shù)滿(mǎn)溢出時(shí)，TF0置“1”，同時(shí)TH0將計(jì)數(shù)初值以硬件方法自動(dòng)裝入TL0。這種工作方式很適合于那些重復(fù)計(jì)數(shù)的應(yīng)用場(chǎng)合（如串行數(shù)據(jù)通信的波特率發(fā)生器）。4．工作方式3（M1M0=11，2個(gè)8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，僅適用于T0）TL0：8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，使用T0原有控制資源TR0和TF0，其功能和操作與方式0或方式1完全相同。TH0：只能作為8位定時(shí)器，借用T1的控制位TR1和TF1，只能對(duì)片內(nèi)機(jī)器周期脈沖計(jì)數(shù)。在方式3模式下，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0可以構(gòu)成兩個(gè)定時(shí)器或者一個(gè)定時(shí)器和一個(gè)計(jì)數(shù)器。T0方式3下的T1方式2，因定時(shí)初值能自動(dòng)恢復(fù)，用作波特率發(fā)生器更為合適。

定時(shí)器/計(jì)數(shù)器可按片內(nèi)機(jī)器周期定時(shí)，也可對(duì)由T0/T1引腳輸入一個(gè)負(fù)脈沖進(jìn)行加法計(jì)數(shù)。在應(yīng)用時(shí)，其工作方式和工作過(guò)程均可通過(guò)程序設(shè)定和控制，因此，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器在工作前必須先對(duì)其進(jìn)行初始化，計(jì)算和設(shè)置初值。1.定時(shí)器T0/T1中斷申請(qǐng)過(guò)程（1）在已經(jīng)開(kāi)放T0/T1中斷允許且已被啟動(dòng)的前提下，T0/T1加1計(jì)滿(mǎn)溢出時(shí)TF0/TF1標(biāo)志位自動(dòng)置“1”；（2）CPU檢測(cè)到TCON中TF0/TF1變“1”后,將產(chǎn)生指令：LCALL000BH/LCALL001BH執(zhí)行中斷服務(wù)程序；（3）TF0/TF1標(biāo)志位由硬件自動(dòng)清“0”,以備下次中斷申請(qǐng)。５.４定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的應(yīng)用

2.定時(shí)器/計(jì)數(shù)器初始化的步驟

（1）寫(xiě)TMOD，設(shè)置定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式；

（2）計(jì)算定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的初值，寫(xiě)入TH0/TH1、TL0/TL1。

（3）設(shè)置IE、IP，以開(kāi)放相應(yīng)的中斷和設(shè)定中斷優(yōu)先級(jí)。3.定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器范圍

（1）工作方式0：13位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器方式最大計(jì)數(shù)值=213=8192（2）工作方式1：16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器方式最大計(jì)數(shù)值=216=65536

（3）工作方式2和工作方式3：8位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器方式

最大計(jì)數(shù)值=28=2563.計(jì)數(shù)器初值的計(jì)算

方法：用最大計(jì)數(shù)量減去需要的計(jì)數(shù)次數(shù)。即：TC=MC其中：TC——計(jì)數(shù)器需要預(yù)置的初值；M——計(jì)數(shù)器的模值（最大計(jì)數(shù)值）；方式0時(shí)，M=213；方式1時(shí)，M=216；方式2,3時(shí)，M=28；C——計(jì)數(shù)器計(jì)滿(mǎn)回0所需的計(jì)數(shù)值，即設(shè)計(jì)任務(wù)要求的計(jì)數(shù)值。例如：流水線(xiàn)上一個(gè)包裝是12盒，要求每到12盒就產(chǎn)生一個(gè)動(dòng)作，用單片機(jī)的工作方式0來(lái)控制，則應(yīng)當(dāng)預(yù)置的初值為：TC=MC=213

12=81804.定時(shí)器初值的計(jì)算

定時(shí)時(shí)間的計(jì)算公式為：T=（MTC）×T0（或TC=MT/T0）其中：T——定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間，即設(shè)計(jì)任務(wù)要求的定時(shí)時(shí)間；T0——計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)脈沖的周期，即單片機(jī)系統(tǒng)主頻周期的12倍；M——計(jì)數(shù)器的模值；TC——定時(shí)器需要預(yù)置的初值。若設(shè)初值TC=0，則定時(shí)器定時(shí)時(shí)間為最大。若設(shè)單片機(jī)系統(tǒng)主頻為12MHz，則各種工作方式定時(shí)器的最大定時(shí)時(shí)間為：工作方式0：

Tmax=213×1s=8.192ms工作方式1：

Tmax=216×1s=65.536ms工作方式2和3：Tmax=28×1s=0.256ms5.定時(shí)器/計(jì)數(shù)器應(yīng)用舉例

[例題4]

設(shè)一只發(fā)光二極管LED和8051的P1.0腳相連。當(dāng)P1.0腳是低電平時(shí)，LED發(fā)亮；當(dāng)P1.0腳是高電平時(shí)，LED不亮。編制程序用定時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)光二極管LED的閃爍功能，設(shè)置LED每1s閃爍一次。已知單片機(jī)系統(tǒng)主頻為12MHz。解：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的最長(zhǎng)的定時(shí)是65.536ms，無(wú)法實(shí)現(xiàn)1s的定時(shí)?？梢圆捎密浖?jì)數(shù)器來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)思想：定義一個(gè)軟件計(jì)數(shù)器單元30H，先用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0做一個(gè)50ms的定時(shí)器，定時(shí)時(shí)間到了以后將軟件計(jì)數(shù)器中的值加1，如果軟件計(jì)數(shù)器計(jì)到了20，取反P1.0，并清掉軟件計(jì)數(shù)器中的值，否則直接返回。則完成了20次定時(shí)中斷才取反一次P1.0，因此定時(shí)時(shí)間就為20×50=1000ms=1s。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0采用工作方式1，其初值為：21650ms/1s=6553650000=15536=3CB0H電路圖如下：定時(shí)器初值的新算法:程序如下：

ORG0000H AJMPSTART;轉(zhuǎn)入主程序 ORG000BH ;定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0的中斷服務(wù)程序入口地址 AJMPTIME0 ;跳轉(zhuǎn)到真正的定時(shí)器中斷服務(wù)程序處 ORG0030H START:MOVSP,#60H;設(shè)置堆棧指針 MOVP1,#0FFH;關(guān)發(fā)光二極管LED（使其滅） MOV30H,#00H;軟件計(jì)數(shù)器預(yù)清0 MOVTMOD,#01H;定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0工作于方式1 MOVTH0,#3CH;設(shè)置定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的初值 MOVTL0,#0B0H SETBEA ;開(kāi)總中斷允許 SETBET0 ;開(kāi)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0中斷允許 SETBTR0 ;啟動(dòng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0LOOP:AJMPLOOP ;循環(huán)等待（真正工作時(shí)，這里可寫(xiě)任意其他程序） 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0的中斷服務(wù)程序1：

TIME0:PUSHACC;將PSW和ACC推入堆棧保護(hù) PUSHPSW INC30H ;軟件計(jì)數(shù)器加1 MOVA,30H CJNEA,#20,T_LP2 ;軟件計(jì)數(shù)器單元中的值到了20了嗎？到了，繼續(xù)執(zhí)行;否則，轉(zhuǎn)入T_LP2T_LP1:CPLP1.0 ;到了，P1.0取反 MOV30H,#00H ;清軟件計(jì)數(shù)器(或置初值20)T_LP2:MOVTH0,#3CH ;重置定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的初值 MOVTL0,#0B0H POPPSW ;恢復(fù)PSW和ACC POPACC RETI ;中斷返回 END 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0的中斷服務(wù)程序2：

TIME0:MOVTL0,#0B0H;重置定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的初值