單片機(c語言版)定時器計數(shù)器

第6章AT89S51單片機的

定時器/計數(shù)器

內(nèi)容概要：介紹AT89S51單片機片內(nèi)定時器/計數(shù)器的結構與功能，兩種工作模式和4種工作方式，以及與其相關的兩個特殊功能寄存器TMOD和TCON各位的定義及其編程，最后介紹定時器/計數(shù)器的C51編程及應用實例。2021/5/916.1定時器/計數(shù)器的結構定時/計數(shù)器的實質(zhì)是加1計數(shù)器（16位），由高8位THX（X=0或1）和低8位TLX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的啟動和停止及設置溢出標志。

外部脈沖2021/5/92圖6-1AT89S51單片機的定時器/計數(shù)器結構框圖2021/5/936.1.1工作方式控制寄存器TMODAT89S51定時器工作方式寄存器TMOD用于選擇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GATE=0時，僅由運行控制位TRx(x

=

0,1)來控制定時器運行GATE=1時，用外中斷引腳INT0*（或INT1*）上的電平與運行控制位TRx共同控制定時器運行。圖6-2寄存器TMOD格式2021/5/94（2）M1、M0—工作方式選擇位M1、M0的4種編碼，對應于4種工作方式的選擇。（3）C/T*—計數(shù)器模式和定時器模式選擇位C/T*=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)。C/T*=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)。2021/5/956.1.2定時器/計數(shù)器控制寄存器TCONTCON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，應注意查詢有效后，使用軟件及時將該位清“0”。使用中斷方式時，中斷請求標志位在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，啟動定時器工作。TR1位（或TR0位）=0，停止定時器工作。該位可由軟件置“1”或清“0”。圖6-3TCON格式2021/5/966.2定時器/計數(shù)器的4種工作方式6.2.1方式0——M1M0=00方式0為13位計數(shù)，由TL0的低5位（高3位未用）和TH0的8位組成。TL0的低5位溢出時向TH0進位，TH0溢出時，置位TCON中的TF0標志，向CPU發(fā)出中斷請求。2021/5/97圖6-4定時器/計數(shù)器方式0邏輯結構框圖C/T*位決定定時器/計數(shù)器的兩種工作模式（1）C/T*=0，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/T*=1，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。2021/5/98GATE位決定定時器的運行控制取決于TRx一個條件，還是取決于TRx和INTX*(x=0,1)引腳狀態(tài)這兩個條件。（1）GATE=0時，僅由TR0控制與門的開啟。與門輸出1時，控制開關接通，計數(shù)開始；（2）GATE=1時，由外中斷引腳信號控制或門的輸出，此時控制與門的開啟由外中斷引腳信號和TR0共同控制。當TR0=1時，外中斷引腳信號引腳的高電平啟動計數(shù)，外中斷引腳信號引腳的低電平停止計數(shù)。這種方式常用來測量外中斷引腳上正脈沖的寬度。定時器模式時有:N＝t/Tcy計數(shù)初值計算的公式為：2021/5/99

6.2.2方式1——M1M0=01方式1的計數(shù)位數(shù)是16位，由TLX作為低8位、THX作為高8位，組成了16位加1計數(shù)器。計數(shù)個數(shù)與計數(shù)初值的關系為：

2021/5/910

6.2.3方式2——M1M0=10方式2為自動重裝初值的8位計數(shù)方式。

工作方式2特別適合于用作較精確的脈沖信號發(fā)生器。

計數(shù)個數(shù)與計數(shù)初值的關系為：

工作過程

2021/5/911

T0分成兩個8位定時/計數(shù)器TL0和TH0；

TL0：既可計數(shù)也可定時，是一個8位定時/計數(shù)器。占用了T0

所有控制位：C/T,TR0,GATE,TF0和INT0、T0引腳；

TH0：只能作為定時器，因為T0已被TL0占用，TH0用T1的控制位：TR1、TF1；6.2.4方式3——M1M0=112021/5/91213T0在方式3時T1的工作模式T1只能工作在0、1、2方式，作為串行口的波特率發(fā)生器使用。因為T1的運行控制位TR1及計數(shù)溢出標志位TF1已被定時/計數(shù)器T0借用。當作為波特率發(fā)生器使用時，只需要設置好工作方式，便可自動運行。如要停止工作，只需送入一個把T1設置為方式3的方式控制字。因為定時/計數(shù)器T1不能在方式3下工作，因為T1處于方式3時相當于TR1

=

0，停止計數(shù)。2021/5/9136.3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(chǎn)生由1至0的跳變（即負跳變）時，計數(shù)器值增1。由于確認一次負跳變花2個機器周期，即24個振蕩周期，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。圖6-12

對外部計數(shù)輸入信號的要求例如，選用6MHz頻率的晶體，允許輸入的脈沖頻率最高為250kHz。如果選用12MHz頻率的晶體，則可輸入最高頻率為500kHz的外部脈沖。2021/5/914156.3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(chǎn)生由1至0的跳變（即負跳變）時，計數(shù)器值增1。由于確認一次負跳變花2個機器周期，即24個振蕩周期，因此外部輸入計數(shù)脈沖的最高頻率為系統(tǒng)振蕩器頻率的1/24。圖6-12

對外部計數(shù)輸入信號的要求例如，選用6MHz頻率的晶體，允許輸入的脈沖頻率最高為250kHz。如果選用12MHz頻率的晶體，則可輸入最高頻率為500kHz的外部脈沖。2021/5/915時間常數(shù)的計算時間常數(shù)：定時器/計數(shù)器T0或T1的初始計數(shù)值，在T0或T1被啟動后，每個機器周期使計數(shù)器中的計數(shù)值加1，計數(shù)器產(chǎn)生溢出后。定時時間：計數(shù)器溢出時間，時間常數(shù)越大，定時時間就越短；時間常數(shù)越小，定時時間就越長。時鐘的頻率越高，定時時間越短；時鐘的頻率越低，定時時間越長。2021/5/916設系統(tǒng)時鐘的頻率為fosc，計數(shù)器的初始值為N，定時器工作于方式1，則定時時間：

T=（216-N）×12/fosc(1)

如果定時器工作于方式2或方式3，定時時間為：

T=（28-N）×12/fosc(2)

當初始值N=0時，如果fosc=12MHZ，最大定時時間為：方式1為：Tmax=216×12/fosc=65536us=65.536ms

方式2、方式3為：Tmax=28×12/fosc=256us根據(jù)定時時間T，及公式(1)、(2)分別可以求出初值N為：方式1：

N=216-T×fosc/12（3）方式2、方式3：N=28-T×fosc/12（4）如果fosc=12MHZ,以上公式可簡化為方式1：N=216-T

方式2、方式3：N=28-T2021/5/917

例如：系統(tǒng)的時鐘頻率是12MHz，在方式1下，如果希望定時器/計數(shù)器T0的定時時間T為10ms，則初值N=216-T=65536-10000=55536

如何將55536給兩個8位寄存器TH0、TL0賦值呢？可將十進制數(shù)55536轉(zhuǎn)換成四位十六進制數(shù)，將高2位送TH0，低2位送TL0。

更簡單的方法是：對于16位計數(shù)器來講，216等效為0，對于8位計數(shù)器，28等效為0，這樣公式（3）、（4）可簡化為N=-T，直接用下面兩條語句就可以完成計數(shù)器初值的設置：

TH0=-10000/256；//取-N的高8位

TL0=-10000%256；//取-N的低8位

例如：設系統(tǒng)的時鐘頻率是12MHz，定時器工作于方式2，定時時間200us。根據(jù)前面分析，N=-T=-200，可直接用以下語句實現(xiàn)：

TH0=-200；TL0=-200；2021/5/918MCS-51單片機的定時器是可編程的，但在進行定時或計數(shù)之前要對程序進行初始化，具體步驟如下：（1）確定工作方式字：對TMOD寄存器正確賦值；（2）確定定時初值：計算初值，直接將初值寫入寄存器的TH0、TL0或TH1、TL1； 初值計算：設計數(shù)器的最大值為M，則置入的初值X為： 計數(shù)方式：X=M-計數(shù)值 定時方式：由(M-X)T=定時值,得X=M-定時值/T T為計數(shù)周期，是單片機的機器周期。 （模式0-M為213，模式1-M為216，模式2和3-M為28）（3）根據(jù)需要，對IE置初值，開放定時器中斷；（4）啟動定時/計數(shù)器，對TCON寄存器中的TR0或TR1置位，置位以后，計數(shù)器即按規(guī)定的工作模式和初值進行計數(shù)或開始定時。6.4定時器/計數(shù)器的編程和應用2021/5/9196.4.1P1口外接的8只LED每0.5s閃亮一次。【例6-1】在AT89S51單片機的P1口上接有8只LED（電路見圖4-7）。下面采用定時器T0的方式1的定時中斷方式，使P1口外接的8只LED每0.5s閃亮一次。（1）設置TMOD寄存器方式1；計時工作模式；僅由TR0來控制；T1不使用。TMOD寄存器應初始化為0x01=00000001B2021/5/920（2）計算T0計數(shù)初值設定時時間5ms（即5000μs），設定時器T0的計數(shù)初值為X，假設晶振的頻率為11.0592MHz，則定時時間為：定時時間=(216?X)

12/晶振頻率則5000=(216

?X)

12/11.0592得：X=60928，轉(zhuǎn)換成16進制后為：0xee00，其中0xee裝入TH0，0x00裝入TL0。（3）設置IE寄存器本例由于采用定時器T0中斷，因此需將IE寄存器中的EA、ET0位置1。（4）啟動和停止定時器T0將定時器控制寄存器TCON中的TR0=1，則啟動定時器T0；TR0=0，則停止定時器T0定時。2021/5/921#include<reg51.h>Chari=100；/*給變量i賦初值，定時0.5S，每次定時中斷5MS，需要中斷100次*/voidmain(){ TMOD=0x01； /*設置定時器T0為方式1*/ TH0=0xee； /*向TH0寫入初值的高8位*/ TL0=0x00； /*向TL0寫入初值的低8位*/ P1=0x00； /*P1口8只LED點亮*/ EA=1； /*總中斷允許*/ ET0=1； /*定時器T0中斷允許*/ TR0=1； /*啟動定時器T0*/ while(1)； /*無窮循環(huán)，等待定時中斷*/}2021/5/922/*以下為定時器T0的中斷服務程序*/voidT0_int(void)interrupt1

{ TH0=0xee；/*給T0裝入16位初值，計4608個數(shù)后，T0溢出 TL0=0x00； i--；/*循環(huán)次數(shù)減1*/ if(i<=0) { P1=~P1； /*P1口按位取反*/ i=100； /*重新設置循環(huán)次數(shù)*/ }}2021/5/923

[案例2]如圖所示，P0口接8只發(fā)光二極管，編程使發(fā)光管輪流點亮，點亮時間為500ms，要求使用定時器T0來控制，設晶振為12MHz。2021/5/924

設計思想

我們可將P0口的初值設置為0xFE，對應于發(fā)光管D1亮，每隔500ms將P0的值循環(huán)左移一位，這一周期性的定時作業(yè)用T0來完成。當時鐘頻率為12MHZ時，在定時器的4種工作方式中，方式1的最大溢出時間最長，但即使在方式1，最大的溢出時間也只有65.536ms，所以我們不能在每次中斷時都執(zhí)行上述移位操作。可以這樣處理：將定時器T0的溢出時間設定為50ms，累計滿10次中斷正好500ms，才允許程序執(zhí)行1次移位動作。2021/5/925

主函數(shù)ucharcount=0;//50ms定時中斷次數(shù)計數(shù)器voidmain(void){led=0xfe;TMOD=0x01;//T0工作于方式1TH0=-50000/256;//定時時間為50msTL0=-50000%256;ET0=1;//允許T0中斷

TR0=1;//啟動T0定時

EA=1;//CPU開中斷

while(1);}2021/5/926voidtime0(void)interrupt1{TH0=-50000/256;TL0=-50000%256;count++;if(count==10){count=0;led=_crol_(led,1);P0=led;}}定時器T0中斷服務程序重新裝入時間常數(shù)每中斷一次，計數(shù)器加110次中斷為0.5秒滿10次變量led左移1位送P0口2021/5/9276.4.2計數(shù)器的應用【例6-2】

采用定時器T1的方式1的中斷計數(shù)方式，如圖6-13所示，計數(shù)輸入引腳T1（P3.5）上外接開關K1，作為計數(shù)信號輸入。按4次K1后，P1口的8只LED閃爍不停。（1）設置TMOD寄存器T1工作在方式1，應使TMOD的M1、M0=01；設置計數(shù)器工作模式C/T*=1；對T0的運行控制僅由TR0來控制，應使GATE0=0。定時器T0不使用，各相關位均設為0。所以，TMOD寄存器應初始化為0x50。圖6-132021/5/928（2）計算T1計數(shù)初值由于每按4次K1，計數(shù)一次，因此計數(shù)器的初值為65536-4=65532，將其轉(zhuǎn)換成16進制后為：0xfffc，因此，TH0=0xff，TL0=0xfc。（3）設置IE寄存器本例由于采用定時器T1中斷，因此需將IE寄存器中的EA、ET1位置1。（4）啟動和停止定時器T1將定時器控制寄存器TCON中的TR1=1，則啟動定時器T1計數(shù)；TR1=0，則停止定時器T1計數(shù)。參考程序如下：2021/5/929#include<reg51.h>/*定義延時函數(shù)Delay()，i是形式參數(shù)，不能賦初值*/voidDelay(unsignedinti){ unsignedintj； /*變量i由實際參數(shù)傳入一個值，因此i不能賦初值*/ for(；i>0；i--) for(j=0；j<125；j++) {；} /*空函數(shù)*/}voidmain() /*主函數(shù)*/{ TMOD=0x50； /*設置定時器T1為方式1計數(shù)*/ TH0=0xff； /*向TH0寫入初值的高8位*/2021/5/930 TL0=0xfc； /*向TL0寫入初值低8位*/ EA=1； /*總中斷允許*/ ET1=1； /*T1中斷允許*/ TR1=1； /*啟動T1*/ while(1)； /*無窮循環(huán)，等待定時中斷*/}/*以下為定時器T1的中斷服務程序*/voidT1_int(void)interrupt3{ for(；；) /*無限循環(huán)*/ { P1=0xff； /*8位LED全滅*/ Delay(500)； /*延時500ms*/ P1=0； /*8位LED全亮*/ Delay(500)； /*延時500ms*/ }}2021/5/931[案例4]用定時器來控制數(shù)碼管的動態(tài)顯示。

用定時器控制數(shù)碼管動態(tài)顯示的方法：設定時器的定時時間為1ms，每次產(chǎn)生溢出中斷，就根據(jù)位選變量bsel（主程序中將其初值設置為0xfe）送位選口，點亮一位數(shù)碼管，并將bsel左移一位，為下一位的顯示做好準備，4次定時中斷分別完成4位數(shù)碼管的顯示，之后將bsel的值再次初始化為0xfe，準備下一輪顯示。

因此這種顯示方式由定時中斷自動完成，無需在主程序中調(diào)用2021/5/932主程序ucharbsel,n;voidmain(void){n=0;bsel=0xfe;//首先顯示數(shù)碼管的最低位

TMOD=0x01;//T0工作于定時方式2TH0=-1000/256;//T0的定時時間為1000usTL0=-1000%256;ET0=1;//允許T0中斷

TR0=1;//啟動定時

EA=1;//開中斷

while(1);}ucharcodesegtab[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e,0x89,0x8c};uchardbuf[4]={4,3,2,1};

字符0~F的字形碼表顯示緩存，存放要顯示字符2021/5/933voidtime0(void)interrupt1{TH0=-1000/256;TL0=-1000%256;P0=0xff;P2=bsel;P0=segtab[dbuf[n]];bsel=_crol_(bsel,1);n++; if(n==4) {n=0; bsel=0xfe; }}重新裝入時間常數(shù)定時器T0中斷服務程序熄滅數(shù)碼管，防止上一位字符在當前位置顯示出來。點亮當前位根據(jù)顯示緩存查字段碼準備顯示下一位指向下一位要顯示的數(shù)據(jù)如果四位已顯示完,重新從最低位開始2021/5/9346.4.3擴展一個外部中斷源方式2可自動重新裝載初值。此方式可省去用戶程序中重新裝初值的指令。當某個定時器/計數(shù)器不使用時，可為AT89S51擴展一個負跳沿觸發(fā)的外部中斷源。

基本思想：把定時器溢出中斷做成外部中斷，然后把計數(shù)輸入信號接到定時器的相應引腳上T0腳（或T1腳），并把定時器被設置為方式2（自動裝入常數(shù)方式）計數(shù)工作模式，計數(shù)器TH0、TL0初值均為0FFH，并允許T0中斷，總中斷開放。當檢測到T0腳（或T1腳）引腳電平發(fā)生負跳變時，計數(shù)器TF0(或TF1)溢出，這時將產(chǎn)生一個中斷請求?！纠?-3】擴展一個負跳沿觸發(fā)的外部中斷源，把定時器T0計數(shù)輸入引腳作為外部中斷請求信號的輸入端。2021/5/935#include<reg51.h>voidmain(){……… TMOD=0x06； /*設置定時器T0為方式2計數(shù)*/ TH0=0xff； /*給T0裝入初值*/ TL0=0xff；/*給T0裝入初值*/ ET0=1； /*允許T0中斷*/ EA=1； /*總中斷開*/ TF0=0； /*T0中斷溢出標志位清0*/ TR0=1 /*接通T0計數(shù)*/ while(1) /*無限循環(huán)等待*/}/*以下為定時器T0的中斷服務程序*/voidT0_int(void)interrupt1using0{┉┉} /*外中斷處理部分*/2021/5/9366.4.4P1.0上產(chǎn)生周期為2ms的方波【例6-4】系統(tǒng)時鐘為12MHz，編程實現(xiàn)從P1.0引腳上輸出一個周期為2ms的方波，如圖6-14所示。基本思想：要在P1.0上產(chǎn)生周期為2ms的方波，定時器應產(chǎn)生1ms的周期性的定時，定時對P1.0求反。選擇定時器T0，方式1定時，采用中斷方式，GATE不起作用。圖6-14

定時器控制P1.0輸出一個周期為2ms的方波2021/5/937計算T0的初值計算：設T0的初值為X，則

(216

?

X)

1

10?6

=

1

10?3=

65536?X

=1000則初值為：65536?1000=64536，因此TH0=(65536

?1000)

/256，TL0=(65536

?1000)

%256。參考程序如下：2021/5/938#include<reg51.h>sbitP1_0=P1^0;voidmain(void){ TMOD=0x01； /*設置定時器T0為方式2計數(shù)*/ P1_0=0; TH0=(65536

?1000)

/256； /*給T0裝入初值*/ TL0=(65536

?1000)

%256； /*給T0裝入初值*/ ET0=1； /*允許T0中斷*/ EA=1； /*總中斷開*/ TR0=1 /*接通T0計數(shù)*/ do{} while(1); /*無限循環(huán)等待*/}voidT0_int(void)interrupt1using1{ P1_0=!P1_0; TH0=(65536

?1000)

/256； TL0=(65536

?1000)

%256；}2021/5/9396.4.5P1.1上產(chǎn)生周期為1s的方波【例6-5】假設系統(tǒng)時鐘為12MHz，編程實現(xiàn)從P1.1引腳上輸出一個周期為1s的方波。基本思想：要在P1.0上產(chǎn)生周期為1s的方波，定時器應產(chǎn)生500ms的周期性定時，定時到則對P1.0求反。由于定時時間較長，用定時器不能直接實現(xiàn)，直接定時時間最長的就是方式1，僅為65ms(系統(tǒng)時鐘12MHz)多一點。

實現(xiàn)：T0定為10ms定時，每10ms對P1.0求反一次，P1.0輸出的脈沖加到定時器T1的計數(shù)輸入腳P3.5（T1腳），作為計數(shù)輸入，定時500ms需計數(shù)50次。T1設為方式2計數(shù)，初值X為：28?X=50，則X=206，2021/5/940所以TH1=TL1=206。T0設為方式1定時，則控制字為61H。定時器T0和T1均采用中斷方式工作。參考程序如下：#include<reg51.h>sbitP1_0=P1^0;sbitP1_1=P1^1;voidmain(void){TMOD=0x61； /*設置定時器T0為方式1定時，T1為方式2計數(shù)*/P1_0=0;TH0=(65536

?10000)

/256； /*給T0裝初值*/TL0=(65536

?10000)

%256；TH1=206； /*給T1裝初值*/TL1=206；2021/5/941EA=1； /*總中斷開*/ET0=1； /*允許T0中斷*/ET1=1； /*允許T1中斷*/TR0=1;TR1=1;while(1); }voidT0_int(void)interrupt1{ TH0=(65536

?1000)

/256；TL0=(65536

?1000)

%256；P1_0=!P1_0;}voidT1_int(void)interrupt3{P1_1=!P1_1; }； /*P1.1腳產(chǎn)生1s的方波*/。2021/5/9426.4.6T1控制發(fā)出1KHz的音頻信號【例6-6】

利用定時器T1的中斷來控制蜂鳴器發(fā)出1KHz的音頻信號，電路圖見圖6-15。假設系統(tǒng)時鐘為11.0592MHz，則每個脈沖的周期為12/11.0592=1.085μs。1KHz的音頻信號周期為1ms，因此要計數(shù)的脈沖數(shù)為1000/1.085=921次。所以T1的初值：

TH1=(65536

?921)

/256；TL1=(65536

?921)

%256參考程序如下：#include<reg51.h>sbitsound=P1^7;2021/5/943

voidmain(void) { EA=1； /*總中斷開*/ ET1=1； /*