《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課件第5章 單片機(jī)的定時(shí)器計(jì)數(shù)器

第5章

單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器從應(yīng)用的角度重點(diǎn)講述MCS-51單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)、工作原理和C語(yǔ)言編程方法。第5章

單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理5.1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式5.2定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的應(yīng)用5.35.1.1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的基本結(jié)構(gòu)

5.1

定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的核心部件是加1計(jì)數(shù)器。定時(shí)器模式時(shí)，是對(duì)內(nèi)部機(jī)器周期計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)值乘以機(jī)器周期就是定時(shí)時(shí)間。計(jì)數(shù)器模式時(shí)，是對(duì)外部事件計(jì)數(shù)。脈沖由T0（P3.4）或T1(P3.5)引腳輸入。

5.1.2

定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作原理MCS-51單片機(jī)中有兩個(gè)SFR與定時(shí)/計(jì)數(shù)有關(guān)：TMOD用于設(shè)置定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作模式和工作方式TCON用于控制定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)、停止和中斷請(qǐng)求1.工作方式寄存器TMOD（89H）

D7D6D5D4D3D2D1D0TMOD（89H）GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0←定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1→←定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0→5.1.3

定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的控制TMOD中各位的含義如下：①M(fèi)1、M0—工作方式選擇位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器有4種工作方式，由M1M0進(jìn)行設(shè)置，如下表所示。M1M0方式說(shuō)明00方式013位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器01方式116位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器10方式2自動(dòng)重新裝載的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器11方式3T0分成兩個(gè)8位計(jì)數(shù)器，T1停止計(jì)數(shù)5.1.3

定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的控制②C/T—定時(shí)/計(jì)數(shù)模式選擇位C/T=0，設(shè)置為定時(shí)模式，對(duì)內(nèi)部機(jī)器周期進(jìn)行計(jì)數(shù)。C/T=1，設(shè)置為計(jì)數(shù)模式，對(duì)來(lái)自T0、T1引腳的外部脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。③GATE—門控位GATE=0時(shí)，只要用軟件使TCON中的運(yùn)行控制位TRx為1，就可以啟動(dòng)Tx。GATE=1時(shí)，要用軟件使運(yùn)行控制位TRx為1，同時(shí)或引腳要為高電平時(shí)，才可以啟動(dòng)Tx。注意：TMOD不能進(jìn)行位尋址。5.1.3

定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的控制2．中斷請(qǐng)求標(biāo)志寄存器TCON（88H）TCON的高4位用于控制定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)、停止和中斷申請(qǐng)。格式如下所示：

D7D6D5D4D3D2D1D0（88H）8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88HTCONTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0TFx：Tx溢出標(biāo)志位。響應(yīng)中斷后TFx由硬件自動(dòng)清0。TRx：Tx運(yùn)行控制位。置1時(shí)開(kāi)始工作；清0時(shí)停止工作。TRx要由軟件置1或清0（即啟動(dòng)與停止要由軟件控制）。5.1.3

定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的控制T0有方式0、1、2、3；T1有方式0、1、2。以T0為例說(shuō)明。5.2.1方式0（13位計(jì)數(shù)器）方式0是為兼容MCS-48而設(shè)的，在實(shí)際應(yīng)用中幾乎不再使用。5.2

定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式5.2.2方式1（16位計(jì)數(shù)器）5.2

定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式門控位作用當(dāng)GATE=0時(shí)僅由TR0控制與門的開(kāi)啟。與門輸出1時(shí)，控制開(kāi)關(guān)接通，計(jì)數(shù)開(kāi)始；當(dāng)GATE=1時(shí)與門的開(kāi)啟由INT0和TR0共同控制。這種方式可以用來(lái)測(cè)量INT0引腳上正脈沖的寬度。

5.2

定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式5.2.3方式2（8位自動(dòng)重裝初值計(jì)數(shù)器）方式2省去了重裝初值的時(shí)間，可以實(shí)現(xiàn)精確的定時(shí)，常用于產(chǎn)生串行通信中的波特率。5.2

定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式5.2.4方式3（僅T0有此方式，T1的方式3將停止計(jì)數(shù)）TL0進(jìn)行8位定時(shí)/計(jì)數(shù)

TH0進(jìn)行8位定時(shí)（借用T1的TR1、TF1）

T0處于方式3時(shí)，T1可定為方式0、方式1和方式2，用來(lái)作為串行口的波特率發(fā)生器，或不需要中斷的場(chǎng)合。5.2

定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式5.3.1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器初值計(jì)算和初始化1.計(jì)數(shù)初值的計(jì)算假設(shè)當(dāng)前工作方式下的最大計(jì)數(shù)值用M表示，則各種工作方式的最大計(jì)數(shù)值如下：方式0，M=213=8192；方式1，M=216=65536；方式2，M=28=256；方式3，M=28=256。5.3

定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的應(yīng)用假設(shè)用X表示計(jì)數(shù)初值，N表示能產(chǎn)生溢出的計(jì)數(shù)值計(jì)數(shù)模式下，計(jì)數(shù)值與計(jì)數(shù)初值之間的關(guān)系如下：

X=M-N定時(shí)模式，計(jì)數(shù)值N乘以機(jī)器周期Tcy等于定時(shí)時(shí)間t，即：

t=N×Tcy=（M-X）×Tcy由此式可以得到計(jì)數(shù)初值X的表達(dá)式如下所示：

X=M-t/Tcy

其中Tcy=12/fosc。

5.3.1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器初值計(jì)算和初始化【例5-1】假設(shè)定時(shí)時(shí)間為5ms，單片機(jī)主頻為6MHz，使用T0，求方式1的計(jì)數(shù)初值。解：Tcy=12/（6MHz）=2μs X=M-t/Tcy=M-5ms/（2μs）=M-2500對(duì)于方式1，X=216-2500=63036=0F63CH，其中低8位3CH要送入TL0，高8位F6H要送入TH0。5.3.1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器初值計(jì)算和初始化2.定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的初始化初始化的步驟如下：（1）對(duì)TMOD賦值，以設(shè)定T0和T1的工作模式和工作方式；（2）計(jì)算計(jì)數(shù)初值，并送入TH0、TL0、TH1、TH1；（3）給IE和IP賦值，以開(kāi)放相應(yīng)中斷和設(shè)置中斷優(yōu)先級(jí)；（4）設(shè)置TR0、TR1，以啟動(dòng)或禁止T0、T1的運(yùn)行。5.3.1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器初值計(jì)算和初始化【例5-2】假設(shè)T0為定時(shí)模式，按方式2工作，TH0、TL0的初值均為0FH，且允許T0中斷，請(qǐng)對(duì)該定時(shí)器進(jìn)行初始化。TMOD=0x02; //T0為定時(shí)器方式2TL0=0x0f; //置計(jì)數(shù)初值TH0=0x0f;EA=1; //CPU開(kāi)中斷ET0=1; //允許T0中斷TR0=1; //啟動(dòng)T0工作參考程序5.3.1

定時(shí)器/計(jì)數(shù)器初值計(jì)算和初始化【例5-3】在某工廠的一條自動(dòng)飲料生產(chǎn)線上，每生產(chǎn)12瓶飲料，就需要發(fā)出一個(gè)包裝控制信號(hào)自動(dòng)執(zhí)行裝箱操作。試編寫程序完成這一計(jì)數(shù)任務(wù)，假設(shè)用T0完成計(jì)數(shù)，用P1.0發(fā)出控制信號(hào)，如下圖所示。5.3.2

計(jì)數(shù)應(yīng)用分析（1）選擇工作方式

因?yàn)橛?jì)數(shù)值為12，所以選用T0的工作方式2來(lái)完成此任務(wù)。

假設(shè)此時(shí)T1不工作，則方式控制字為TMOD=06H。（2）求計(jì)數(shù)初值XX=256-12=244=F4H

因此，TL0和TH0的初值都為F4H。5.3.2

計(jì)數(shù)應(yīng)用參考程序1（采用中斷方式）#include<reg51.h>#include<intrins.h>sbit P1_0=P1^0void main(){ TMOD=0x06; TH0=0xf4; TL0=0xf4; EA=1; ET0=1; TR0=1; P1_0=0; while(1); }void counter0()interrupt1{ P1_0=1; _nop_(); _nop_(); P1_0=0; }5.3.2

計(jì)數(shù)應(yīng)用參考程序2（采用查詢方式）void main() { TMOD=0x06; TH0=0xf4; TL0=0xf4; TR0=1; P1_0=0; while(1) { while(!TF0); TF0=0; P1_0=1; _nop_(); _nop_(); P1_0=0; }}5.3.2

計(jì)數(shù)應(yīng)用【例5-4】利用定時(shí)器T1的方式2對(duì)外部信號(hào)計(jì)數(shù)，要求每計(jì)滿100個(gè)數(shù)將P1.7取反。分析（1）確定方式字

假設(shè)此時(shí)T0不工作，則T1工作在方式2的控制字為TMOD=60H。（2）計(jì)算初值

X=28-100=156=9CH

因此，TL1和TH1的初值都為9CH。5.3.2

計(jì)數(shù)應(yīng)用參考程序#include<reg51.h>sbit P1_7=P1^7 ; void main() { TMOD=0x60; TH1=0x9c; TL1=0x9c; EA=1; ET1=1; TR1=1; while(1); }void counter1()interrupt3 //T1的中斷服務(wù)函數(shù){ P1_7=!P1_7; }5.3.2

計(jì)數(shù)應(yīng)用【例5-5】假設(shè)系統(tǒng)時(shí)鐘頻率為6MHz，現(xiàn)欲利用定時(shí)器T0每隔1ms產(chǎn)生寬度為1個(gè)機(jī)器周期的正脈沖，并由P1.0送出，如下圖所示，請(qǐng)編程實(shí)現(xiàn)該功能。5.3.3

定時(shí)應(yīng)用分析（1）選擇工作方式

因?yàn)門cy=12/fosc=2μs，由定時(shí)器各種工作方式的特性，可計(jì)算出：

方式0最長(zhǎng)可定時(shí)16.384ms；方式1最長(zhǎng)可定時(shí)131.072ms；方式2、3最長(zhǎng)可定時(shí)512

s。

本題中定時(shí)時(shí)間t=1ms，選則T0的工作方式1來(lái)完成此任務(wù)。假設(shè)此時(shí)T1不工作，則方式控制字為TMOD=01H。（2）計(jì)算初值X X=216-1000μs/2μs=65536-500=65036=FE0CH

因此T0的初值為TH0=0FEH，TL0=0CH。5.3.3

定時(shí)應(yīng)用參考程序1（采用中斷工作方式）#include<reg51.h>sbit P1_0=P1^0; void main() { TMOD=0x01; TH0=0xfe; TL0=0x0c; EA=1; ET0=1; TR0=1; P1_0=0; while(1);}void timer0()interrupt1 { P1_0=1; P1_0=0; TH0=0xfe; TL0=0x0c;}5.3.3

定時(shí)應(yīng)用參考程序2（采用查詢工作方式）#include<reg51.h> sbit P1_0=P1^0 ; void main() { TMOD=0x01; TH0=0xfe; TL0=0x0c; TR0=1; P1_0=0; while(1) { while(!TF0); TF0=0; P1_0=1; P1_0=0; TH0=0xfe; TL0=0x0c; }}5.3.3

定時(shí)應(yīng)用【例5-6】設(shè)時(shí)鐘頻率為12MHz，編程實(shí)現(xiàn)用定時(shí)器T1產(chǎn)生50Hz的方波，并由P1.7輸出此方波。分析（1）選擇工作方式

因?yàn)門cy=12/fosc=1μs，所以方式0最長(zhǎng)可定時(shí)8.912ms；方式1最長(zhǎng)可定時(shí)65.536ms；方式2、3最長(zhǎng)可定時(shí)256

s。

因?yàn)?0Hz方波的周期為20ms，所以本題的定時(shí)時(shí)間為10ms，所以選擇T1的工作方式1來(lái)完成此任務(wù)。假設(shè)此時(shí)T0不工作，則方式控制字為TMOD=10H。（2）計(jì)算初值XX=216-10000μs/1μs=65536-10000=55536=D8F0H

因此T1的初值為TH1=0D8H，TL1=0F0H。5.3.3

定時(shí)應(yīng)用參考程序

#include<reg51.h> sbit P1_7=P1^7; void main() { TMOD=0x10; TH1=0xd8; TL1=0xf0; EA=1; ET1=1; TR1=1; while(1); }void counter1()interrupt3 { P1_7=!P1_7; TH1=0xd8; TL1=0xf0;}5.3.3

定時(shí)應(yīng)用【例5-7】89C51的P2口接了8個(gè)發(fā)光二極管，要求通過(guò)定時(shí)器1實(shí)現(xiàn)8個(gè)發(fā)光二極管每隔1s從右向左依次循環(huán)點(diǎn)亮。假設(shè)系統(tǒng)時(shí)鐘頻率為12MHz。電路如下圖所示。5.3.3

定時(shí)應(yīng)用分析①選擇工作方式本題定時(shí)時(shí)間較長(zhǎng)，超出方式0～3的最長(zhǎng)定時(shí)范圍，所以不能直接采用方式0～3實(shí)現(xiàn)該定時(shí)功能。我們可以將這1s定時(shí)時(shí)間分成若干份，每份定時(shí)時(shí)間在所選工作方式的定時(shí)范圍內(nèi)，然后用軟件進(jìn)行計(jì)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)該功能。

本題選擇T1的工作方式1，每隔50ms中斷一次，中斷20次為1s。假設(shè)此時(shí)T0不工作，則方式控制字為TMOD=10H。

②計(jì)算計(jì)數(shù)初值

X=216-50000/1=15536=3CB0H

因此：TH1=3CH，TL1=B0H。③20次計(jì)數(shù)的實(shí)現(xiàn)

采用循環(huán)程序的方法實(shí)現(xiàn)中斷20次計(jì)數(shù)。5.3.3

定時(shí)應(yīng)用參考程序#include<reg51.h>#include<intrins.h> #defineucharunsignedcharuchar num; void main() { TMOD=0x10; TH1=0x3c; TL1=0xb0; EA=1; ET1=1; TR1=1; num=0; P2=0xfe; while(1); }void timer1()interrupt3{ num++; if(num==20)

{ num=0; P2=_crol_(P2,1); } TH1=0x3c; TL1=0xb0;}5.3.3

定時(shí)應(yīng)用【例5-8】利用T0確定INT0引腳出現(xiàn)的正脈沖的寬度，并將測(cè)量結(jié)果（以機(jī)器周期的形式）存放在30H和31H兩個(gè)單元中。分析

要想測(cè)量INT0引腳出現(xiàn)的正脈沖的寬度，首先要設(shè)T0為方式1的定時(shí)模式，TR0置1，門控位GATE置1，初值取0。這樣當(dāng)INT0引腳變?yōu)楦唠娖綍r(shí)采用外觸發(fā)方式啟動(dòng)T0定時(shí)，即對(duì)機(jī)器周期計(jì)數(shù)；當(dāng)外部INT0引腳變?yōu)榈碗娖綍r(shí)停止T0定時(shí)，這時(shí)TH0和TL0中的值就是INT0引腳為高電平期間的所經(jīng)過(guò)機(jī)器周期數(shù)。處理過(guò)程如下圖所示。5.3.4

門控位的應(yīng)用參考程序

#include<reg51.h> #define

ucharunsignedchardata

ucharTL_at_0x30;data

ucharTH_at_0x31;sbit P3_2=P3^2; void main() { TMOD=0x09; TH