第6章定時器計數(shù)器

第6章AT89S51單片機的

定時器/計數(shù)器定時器/計數(shù)器的結構定時器/計數(shù)器的4種工作方式對外部輸入的計數(shù)信號的要求定時器/計數(shù)器的編程和應用1.定時器/計數(shù)器的結構定時器/計數(shù)器T0由特殊功能寄存器TH0、TL0構成，定時器/計數(shù)器T1由特殊功能寄存器TH1、TL1構成。

AT89S51單片機的定時器/計數(shù)器結構框圖具有定時器和計數(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）。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)，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)。定時器工作模式是對單片機的時鐘振蕩器信號經片內12分頻后的內部脈沖信號計數(shù)。由于時鐘頻率是定值，所以可根據計數(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。1.1工作方式控制寄存器TMOD用于選擇定時器/計數(shù)器的工作模式和工作方式，字節(jié)地址為89H，不能位尋址。8位分為兩組，高4位控制T1，低4位控制T0。1）GATE———門控位。

0：僅由運行控制位TRx（x

=

0,1）來控制定時器/計數(shù)器運行。

1：用外中斷引腳（或）上的電平與運行控制位TRx共同來控制定時器/計數(shù)器運行。2）M1、M0——工作方式選擇位M1、M0共有4種編碼，對應于4種工作方式的選擇

3）C/—計數(shù)器模式和定時器模式選擇位0：為定時器工作模式，對單片機的晶體振蕩器12分頻后的脈沖進行計數(shù)。1：為計數(shù)器工作模式，計數(shù)器對外部輸入引腳T0（P3.4）或T1（P3.5）的外部脈沖（負跳變）計數(shù)。1.2定時器/計數(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。1）TF1、TF0——計數(shù)溢出標志位。當計數(shù)器計數(shù)溢出時，該位置“1”。使用查詢方式時，此位作為狀態(tài)位供CPU查詢，但應注意查詢有效后，應使用軟件及時將該位清“0”。使用中斷方式時，此位作為中斷請求標志位，進入中斷服務程序后由硬件自動清“0”。2）TR1、TR0——計數(shù)運行控制位。TR1位（或TR0位）=

1，啟動定時器/計數(shù)器工作的必要條件。TR1位（或TR0位）

=

0，停止定時器/計數(shù)器工作。該位可由軟件置“1”或清“0”。2.1方式0M1、M0=00時，被設置為工作方式0。13位計數(shù)器，由TLx（x

=

0,1）低5位和THx高8位構成。TLx低5位溢出則向THx進位，THx計數(shù)溢出則把TCON中的溢出標志位TFx置“1”。C/位控制的電子開關決定了定時器/計數(shù)器的兩種工作模式。1）C/=0，電子開關打在上面位置，T1（或T0）為定時器工作模式，把時鐘振蕩器12分頻后的脈沖作為計數(shù)信號。2）C/=1，電子開關打在下面位置，T1（或T0）為計數(shù)器工作模式，計數(shù)脈沖為P3.4（或P3.5）引腳上的外部輸入脈沖，當引腳上發(fā)生負跳變時，計數(shù)器加1。GATE位狀態(tài)決定定時器/計數(shù)器的運行控制取決TRx一個條件還是TRx和

x（x

=

0，1）引腳狀態(tài)兩個條件。1）GATE

=

0，A點電位恒為1，B點電位僅取決于TRx狀態(tài)。TRx

=

1，B點為高電平，控制端控制電子開關閉合，允許T1（或T0）對脈沖計數(shù)。TRx

=

0，B點為低電平，電子開關斷開，禁止T1（或T0）計數(shù)。2）GATE

=

1，B點電位由（x

=

0，1）的輸入電平和TRx的狀態(tài)這兩個條件來確定。當TRx

=

1，且=1時，B點才為1，控制端控制電子開關閉合，允許T1（或T0）計數(shù)。故這種情況下計數(shù)器是否計數(shù)是由TRx和兩個條件來共同控制的。2.2方式1當M1、M0=01時，定時器/計數(shù)器工作于方式1。方式1為16位計數(shù)器，由THx高8位和TLx低8位構成（x

=

0,1），有關控制狀態(tài)位的含義（GATE、C/、TFx、TRx）與方式0相同。2.3方式2方式0和方式1的最大特點是計數(shù)溢出后，計數(shù)器為全0。因此在循環(huán)定時或循環(huán)計數(shù)應用時就存在用指令反復裝入計數(shù)初值的問題。這不僅影響定時精度，也給程序設計帶來麻煩。方式2就是針對此問題而設置的。當M1、M0為10時，定時器/計數(shù)器處于工作方式2。定時器/計數(shù)器的方式2為自動恢復初值（初值自動裝入）的8位定時器/計數(shù)器。TLx（x

=

0,1）作為常數(shù)緩沖器，當TLx計數(shù)溢出時，在溢出標志TFx置“1”的同時，還自動將THx中的初值送至TLx，使TLx從初值開始重新計數(shù)。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)行時間，簡化定時初值的計算方法，可以相當精確地確定定時時間。2.4方式3為增加一個8位定時器/計數(shù)器而設，使AT89S51單片機具有3個定時器/計數(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時相當于TR1=

0，停止計數(shù)（此時T1可用來作為串行口波特率產生器）。1．工作方式3下的T0TMOD的低2位為11時，T0的工作方式被選為方式3。定時器/計數(shù)器T0分為兩個獨立的8位計數(shù)器TL0和TH0，TL0使用T0的狀態(tài)控制位C/、GATE、TR0、TF0。TH0被固定為一個8位定時器（不能作為外部計數(shù)模式），并使用定時器T1的狀態(tài)控制位TR1和TF1，同時占用定時器T1的中斷請求源TF1。

2．T0工作在方式3時T1的各種工作方式一般情況下，當T1用作串行口的波特率發(fā)生器時，T0才工作在方式3。T0處于工作方式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。1）T1工作在方式0T1的控制字中M1、M0

=

00時，T1工作在方式0。

T0工作在方式3時T1為方式0的工作示意圖2）T1工作在方式1當T1的控制字中M1、M0

=

01時，T1工作在方式1。

T0工作在方式3時T1為方式1的工作示意圖3）T1工作在方式2當T1的控制字中M1、M0

=

10時，T1的工作方式為方式2。

T0工作在方式3時T1為方式2的工作示意圖4）T1設置在方式3當T0設置在方式3，再把T1也設成方式3，此時T1停止計數(shù)。3.對外部輸入的計數(shù)信號的要求當定時器/計數(shù)器工作在計數(shù)器模式時，計數(shù)脈沖來自外部輸入引腳T0或T1。當輸入信號產生負跳變時，計數(shù)器的值增1。每個機器周期的S5P2期間，都對外部輸入引腳T0或T1進行采樣。如在第一個機器周期中采得的值為1，而在下一個機器周期中采得的值為0，則在緊跟著的再下一個機器周期S3P1期間，計數(shù)器加1。由于確認一次負跳變要花2個機器周期，因此，外部輸入的計數(shù)脈沖的最高頻率為系統(tǒng)振蕩器頻率的1/24。

對于外部輸入信號的占空比并沒有什么限制，但為了確保給定電平在變化之前能被采樣一次，則這一電平至少要保持一個機器周期。Tcy為機器周期4.定時器/計數(shù)器的編程和應用4種方式，方式0與方式1基本相同，只是計數(shù)位數(shù)不同。方式0初值計算復雜，一般不用方式0，而用方式1。方式1的應用例：假設系統(tǒng)時鐘頻率采用6MHz，在P1.0引腳上輸出一個周期為2ms的方波?；舅枷耄悍讲ㄖ芷赥0確定，T0每隔1ms計數(shù)溢出1次，即T0每隔1ms產生一次中斷，CPU響應中斷后，在中斷服務子程序中對P1.0取反。為此要做如下幾步工作。P1.0引腳上輸出周期為2ms的方波1）計算計數(shù)初值X

機器周期

=

2

s

=

2

10?6s設需要裝入T0的初值為X，則有：(216?X)

2

10?6=1

10?3216?X=500X=65036X化為十六進制數(shù)，即：

65036

=

FE0CH

。T0的初值為TH0=FEH，TL0=

0CH。2）初始化程序設計采用定時器中斷方式工作。包括定時器初始化和中斷系統(tǒng)初始化，主要是對寄存器IP、IE、TCON、TMOD的相應位進行正確的設置，并將計數(shù)初值送入定時器中。3）程序設計中斷服務子程序除了完成所要求的產生方波的工作之外，還要注意將計數(shù)初值重新裝入定時器，為下一次產生中斷做準備。

ORG 0000H

；程序入口RESET:AJMPMAIN ；轉主程序 ORG000BH ；T0中斷入口 AJMPIT0P ；轉T0中斷處理程序IT0P

ORG0100H

；主程序入口 MAIN:

MOVSP，#60H ；設堆棧指針 MOVTMOD，#01H；設置T0為方式1定時 ACALLPT0M0 ；調用初始化子程序PT0M0HERE:AJMPHERE ；原地循環(huán)，等待中斷PT0M0:MOVTL0，#0CH ；T0初始化，裝初值的低8位 MOVTH0，#0FEH ；裝初值的高8位 SETBET0 ；允許T0中斷 SETBEA ；總中斷允許 SETBTR0 ；啟動T0 RETIT0P:

MOVTL0，#0CH ；中斷子程序，T0重裝初值 MOVTH0，#0FEH CPL P1.0 ；P1.0的狀態(tài)取反 RETI程序說明：當單片機復位時，從程序入口0000H跳向主程序MAIN處執(zhí)行。其中調用了T0初始化子程序PT0M0。子程序返回后，程序執(zhí)行“AJMPHERE”指令，則循環(huán)等待。當響應T0定時中斷時，則跳向T0中斷入口，再從T0中斷入口跳向IT0P標號處執(zhí)行T0中斷服務子程序。當執(zhí)行完中斷返回的指令“RETI”后，又返回斷點處繼續(xù)執(zhí)行循環(huán)指令“AJMPHERE”。在程序中，“AJMPHERE”是一段主程序。當下一次定時器T0的1ms定時中斷發(fā)生時，再跳向T0中斷入口，重復執(zhí)行上述過程。如CPU不做其他工作，也可用查詢方式進行控制，程序要簡單得多。查詢方式參考程序： MOV TMOD，#01H；設置T0為方式1LOOP：MOV TH0，#0FEH ；T0置初值 MOV TL0，#0CH SETBTR0 ；接通T0LOOP1:JNBTF0，LOOP1；查TF0，TF0

=0，T0未溢出；

；TF0

=1，T0溢出， CLR TR0 ；T0溢出，關斷T0 CPL P1.0 ；P1.0的狀態(tài)求反 SJMPLOOP查詢程序雖簡單，但CPU必須要不斷查詢TF0標志，工作效率低。例:系統(tǒng)時鐘為6MHz，編寫定時器T0產生1s定時的程序。基本思想：采用定時器模式。因定時時間較長，首先確定采用哪一種工作方式。時鐘為6MHz的條件下，定時器各種工作方式最長可定時時間：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512

s?？蛇x方式1，每隔100ms中斷一次，中斷10次為1s。1）計算計數(shù)初值X(216

?

X)

2

10?6

=

10?1X

=

15536

=

3CB0H因此TH0

=

3CH，TL0

=

B0H。2）10次計數(shù)的實現(xiàn)對于中斷10次的計數(shù)，采用B寄存器作為中斷次數(shù)計數(shù)器。3）程序設計

ORG 0000H

；程序運行入口RESET:LJMPMAIN ；跳向主程序入口MAIN

ORG 000BH

；T0的中斷入口 LJMP IT0P ；轉T0中斷處理子程序IT0P

ORG 1000H

；主程序入口MAIN： MOV SP，#60H ；設堆棧指針 MOV B，#0AH ；設循環(huán)次數(shù)10次 MOV TMOD，#01H ；設置T0工作在方式1定時 MOV TL0，#0B0H ；給T0設初值 MOV TH0，#3CH SETB ET0 ；允許T0中斷 SETB EA ；總中斷允許 SETB TR0 ；啟動T0HERE： SJMP HERE ；原地循環(huán)，等待中斷IT0P： MOV TL0，#0B0H ；T0中斷子程序，T0重裝初值 MOV TH0，#3CH DJNZ B，RTURN ；B中斷次數(shù)計數(shù)，減1非0則 ；中斷返回

CLR TR0 ；1s定時時間到，停止T0工作 SETB F0 ；1s定時時間到標志F0置1RTURN：RETI程序說明：不論1s定時時間是否已到，都返回到“SJMPHERE”指令處?！癝JMPHERE”指令實際是一段主程序。在這段主程序中再通過對F0標志的判定，可知1s定時是否到，再進行具體處理。方式2的應用方式2是一個可以自動重新裝載初值的8位計數(shù)器/定時器。可省去重裝初值指令。當某個定時器/計數(shù)器不使用時，可擴展一個負跳沿觸發(fā)的外中斷源。例:擴展一個負跳沿觸發(fā)的外部中斷源，把定時器/計數(shù)器T0腳作為外部中斷請求輸入端，溢出標志TF0作為外中斷請求標志?；舅枷耄涸O為方式2（自動裝入常數(shù)方式）計數(shù)模式，TH0、TL0初值均為0FFH。當T0腳發(fā)生負跳變時，T0計數(shù)溢出，TF0置“1”，單片機發(fā)出中斷請求。初始化程序：

ORG 0000H AJMP IINI ；跳到初始化程序

ORG 000BH AJMP IT0P ；跳到外中斷處理程序IINI： MOV TMOD，#06H ；設置T0為方式2 MOVTL0，#0FFH ；設T0初值 MOVTH0，#0FFH SETBET0 ；允許T0中斷 SETBEA ；總中斷允許 SETB TR0 ；啟動T0 ……IT0P：外中斷處理程序段

……程序說明：當連接在P3.4（T0腳）的外部中斷請求輸入腳電平發(fā)生負跳變時，TL0加1，產生溢出，TF0置“1”，向單片機發(fā)出中斷請求，同時TH0的內容0FFH送TL0，即TL0恢復初值0FFH。P3.4腳相當于一個負跳沿觸發(fā)的外中斷請求源輸入。對P3.5也可做類似的處理。例:當T0（P3.4）引腳上發(fā)生負跳變時，作為P1.0引腳產生方波的啟動信號。開始從P1.0腳上輸出一個周期為1ms的方波（系統(tǒng)時鐘6MHz）。基本思想：T0設為方式1計數(shù)，初值為FFFFH。當外部計數(shù)輸入端T0發(fā)生一次負跳變時，T0加1且溢出，溢出標志TF0置“1”，向CPU發(fā)出中斷請求，此時T0相當于一個負跳沿觸發(fā)的外部中斷源。進入T0中斷程序后，F(xiàn)0標志置“1”，說明T0引腳上已接收過負跳變信號。T1定義為方式2定時。在T0引腳產生一次負跳變后，啟動T1每500

s產生一次中斷，在中斷服務子程序中對P1.0求反，使P1.0產生周期1ms的方波。由于省去重新裝初值指令，所以可產生精確的定時時間。2）計算T1的初值設T1的初值為x，則 (28

?

x)

2

10?6

=

5

10?4 x

=

28

?

250

=

6

=

06H3）程序設計

ORG0000H ；程序入口RESET：LJMPMAIN ；跳向主程序MAIN

ORG000BH ；T0的中斷入口 LJMPIT0P ；轉T0中斷服務程序

ORG001BH

；T1的中斷入口LJMPIT1P;轉T1中斷服務程序

ORG0100H

；主程序入口

MAIN：MOVSP，#60H ；設堆棧指針 ACALLPT0M2 ；調用對T0，T1初始化子程序LOOP：MOVC，F(xiàn)0 ；T0是否產生過中斷，若產生過，F(xiàn)0置1 JNC LOOP ；T0未產生中斷，C=0，則跳到LOOP, ；等待T0中斷SETBET1 ；允許T1產生定時中斷 SETBTR1 ；啟動T1HERE：AJMPHEREPT0M2:

MOVTMOD，#25H ；對T0，T1初始化，T0方式1計數(shù)， ；T1方式2定時 MOVTL0，#0FFH ；T0置初值 MOVTH0，#0FFH SETBET0 ；允許T0中斷 MOVTL1，#06H ；T1置初值 MOVTH1，#06H CLRF0 ；把T0已發(fā)生中斷標志F0清0 SETBEA ；總中斷允許 SETBTR0 ；啟動T0 RETIT0P：

CLR TR0 ；T0中斷服務程序，停止T0計數(shù) SETB F0；把T0引腳接收過負脈沖標志F0置1， ；即接收過負跳變 RETIIT1P：

CPL P1.0 ；T1中斷服務程序，P1.0位取反 RETI程序說明：當單片機復位時，從0000H跳向主程序MAIN處執(zhí)行程序。其中調用了對T0，T1初始化子程序PT0M2。子程序返回后執(zhí)行標號LOOP處指令，循環(huán)等待T0引腳上負脈沖的到來。由于負脈沖到來的標志位F0的復位初始值為0，所以程序就在標號LOOP處循環(huán)等待。方式3的應用方式3下的T0和T1大不相同。T0工作在方式3，TL0和TH0被分成兩個獨立的8位定時器/計數(shù)器。其中，TL0可作為8位的定時器/計數(shù)器，而TH0只能作為8位的定時器。此時T1只能工作在方式0、1或2。一般情況下，當T1用作串行口波特率發(fā)生器時，T0才設置為方式3。常把定時器T1設置為方式2，用作波特率發(fā)生器。例：假設某AT89S51單片機應用系統(tǒng)的兩個外部中斷源已被占用，設置T1工作在方式2，用作波特率發(fā)生器?，F(xiàn)要求增加一個外部中斷源，并控制P1.0引腳輸出一個5kHz（周期為200

s）的方波。設時鐘為12MHz。基本思想：設置TL0工作在方式3計數(shù)模式，TL0的初值設為0FFH，當檢測到T0腳信號出現(xiàn)負跳變時，TL0溢出，同時向CPU申請中斷，這里T0腳作為一個負跳沿觸發(fā)的外部中斷請求輸入端。在中斷處理子程序中，啟動TH0，TH0事先被設置為方式3的100

s定時，從而控制P1.0輸出周期為200

s的方波信號。（1）初值X計算TL0的初值設為0FFH。5kHz方波的周期為200

s，因此TH0的定時時間為100

s。初值X計算：(28

?

X)

1

10?6

=

1

10?4 X

=

28

?

100

=

156

=

9CH（2）程序設計

ORG 0000HLJMP MAIN

ORG 000BH ；TL0中斷入口，TL0使用T0的中斷LJMPTL0INT；跳向TL0中斷服務程序，TL0占用T0中斷

ORG001BH；TH0中斷入口，T0為方式3時，TH0

；使用了T1的中斷 LJMPTH0INT

；跳向TH0中斷服務程序

ORG0100H

；主程序入口MAIN：MOV TMOD，#27H；T0方式3，T1方式2定時作串

；行口波特率發(fā)生器 MOV TL0，#0FFH；置TL0初值 MOV TH0，#9CH ；置TH0初值 MOV TL1，#datal；TL1裝入串口波特率常數(shù) MOV TH1，#datah；TH1裝入串口波特率常數(shù)

MOV TCON，#15H；允許T0中斷

MOV IE，#9FH ；設置中斷允許，總中斷允許，

；TH0、TL0中斷允許HERE：AJMPHERE

；循環(huán)等待TL0INT：MOVTL0，#0FFH；TL0中斷服務處理子程序，TL0 ；重新裝入初值 SETBTR1 ；開始啟動TH0定時 RETITH0INT：MOVTH0，#9CH ；TH0中斷服務程序，TH0重新 ；裝入初值 CPL P1.0 ；P1.0位取反輸出 RETI

門控制位GATEx的應用—測量脈沖寬度測量

（P3.3）引腳上正脈沖的寬度。

例：門控位GATE1可使T1的啟動計數(shù)受的控制，當GATE1

=

1，TR1=1時，只有INT1*引腳輸入高電平時，T1才被允許計數(shù)?？蓽y量引腳（P3.3）上正脈沖的寬度。

ORG 0000HRESET：AJMPMAIN ；復位入口轉主程序

ORG0100H

；主程序入口MAIN： MOV SP，#60H MOV TMOD，#90H ；向TMOD寫控制字，T1為方 ；式1定時，GATE1

=

1 MOV TL1，#00H MOV TH1，#00HLOOP0：JBP3.3，LOOP0 ；等待

降低

SETBTR1 ；如

為低，啟動T1LOOP1：JNBP3.3，LOOP1；等待升高LOOP2：JBP3.3，LOOP2；為高，此時計數(shù)器計數(shù)， ；等待降低

CLRTR1；停止T1計數(shù)

MOV A，TL1

；T1計數(shù)值送A ；將T1計數(shù)值送顯示器

……

END執(zhí)行以上程序，使引腳上出現(xiàn)的正脈沖寬度以機器周期數(shù)的形式顯示在顯示器上。將A中的T1計數(shù)值送到顯示器顯示實時時鐘的設計1．實現(xiàn)實時時鐘的基本思想最小計時單位是秒，如何獲得1s的定時時間呢？定時器方式1，最大定時時間也只能131ms?？蓪⒍〞r器的定時時間定為100ms，中斷方式進行溢出次數(shù)的累計，計滿10次，即得秒計時。片內RAM規(guī)定3個單元為秒、分、時單元:42H：“秒”單元；41H：“分”單元；40H：“時”單元從秒到分，從分到時是通過軟件累加并比較來實現(xiàn)。要求每滿1秒，則“秒”單元42H中的內容加1；“秒”單元滿60，則“分”單元41H中的內容加1；“分”單元滿60，則“時”單元40H中的內容加1；“時”單元滿24，則將42H、41H、40H的內容全部清“0”。2．程序設計（1）主程序設計進行定時器T0初始化，并啟動T0，然后反復調用顯示子程序，等待100ms中斷到來。（2）中斷服務程序的設計實現(xiàn)秒、分、時的計時處理。

ORG 0000H AJMP MAIN ；上電，跳向主程序

ORG 000BH

；T0的中斷入口 AJMP IT0P

ORG 1000HMAIN： MOV TMOD，#01H ；設T0為方式1 MOV 20H，#0AH ；裝入中斷次數(shù)