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

第5章

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

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

5.1

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

5.1.2

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

D7D6D5D4D3D2D1D0TMOD（89H）GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0←定時器/計數(shù)器T1→←定時器/計數(shù)器T0→5.1.3

定時器/計數(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器/計數(shù)器有4種工作方式，由M1M0進(jìn)行設(shè)置，如下表所示。M1M0方式說明00方式013位定時器/計數(shù)器01方式116位定時器/計數(shù)器10方式2自動重新裝載的8位定時器/計數(shù)器11方式3T0分成兩個8位計數(shù)器，T1停止計數(shù)5.1.3

定時器/計數(shù)器的控制②C/T—定時/計數(shù)模式選擇位C/T=0，設(shè)置為定時模式，對內(nèi)部機(jī)器周期進(jìn)行計數(shù)。C/T=1，設(shè)置為計數(shù)模式，對來自T0、T1引腳的外部脈沖信號進(jìn)行計數(shù)。③GATE—門控位GATE=0時，只要用軟件使TCON中的運(yùn)行控制位TRx為1，就可以啟動Tx。GATE=1時，要用軟件使運(yùn)行控制位TRx為1，同時或引腳要為高電平時，才可以啟動Tx。注意：TMOD不能進(jìn)行位尋址。5.1.3

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

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

定時器/計數(shù)器的控制T0有方式0、1、2、3；T1有方式0、1、2。以T0為例說明。5.2.1方式0（13位計數(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

定時器/計數(shù)器的工作方式5.2.2方式1（16位計數(shù)器）5.2

定時器/計數(shù)器的工作方式門控位作用當(dāng)GATE=0時僅由TR0控制與門的開啟。與門輸出1時，控制開關(guān)接通，計數(shù)開始；當(dāng)GATE=1時與門的開啟由INT0和TR0共同控制。這種方式可以用來測量INT0引腳上正脈沖的寬度。

5.2

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

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

TH0進(jìn)行8位定時（借用T1的TR1、TF1）

T0處于方式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。5.2

定時器/計數(shù)器的工作方式5.3.1定時器/計數(shù)器初值計算和初始化1.計數(shù)初值的計算假設(shè)當(dāng)前工作方式下的最大計數(shù)值用M表示，則各種工作方式的最大計數(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

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

X=M-N定時模式，計數(shù)值N乘以機(jī)器周期Tcy等于定時時間t，即：

t=N×Tcy=（M-X）×Tcy由此式可以得到計數(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定時器/計數(shù)器初值計算和初始化【例5-1】假設(shè)定時時間為5ms，單片機(jī)主頻為6MHz，使用T0，求方式1的計數(shù)初值。解：Tcy=12/（6MHz）=2μs X=M-t/Tcy=M-5ms/（2μs）=M-2500對于方式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定時器/計數(shù)器初值計算和初始化2.定時器/計數(shù)器的初始化初始化的步驟如下：（1）對TMOD賦值，以設(shè)定T0和T1的工作模式和工作方式；（2）計算計數(shù)初值，并送入TH0、TL0、TH1、TH1；（3）給IE和IP賦值，以開放相應(yīng)中斷和設(shè)置中斷優(yōu)先級；（4）設(shè)置TR0、TR1，以啟動或禁止T0、T1的運(yùn)行。5.3.1定時器/計數(shù)器初值計算和初始化【例5-2】假設(shè)T0為定時模式，按方式2工作，TH0、TL0的初值均為0FH，且允許T0中斷，請對該定時器進(jìn)行初始化。TMOD=0x02; //T0為定時器方式2TL0=0x0f; //置計數(shù)初值TH0=0x0f;EA=1; //CPU開中斷ET0=1; //允許T0中斷TR0=1; //啟動T0工作參考程序5.3.1

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

計數(shù)應(yīng)用分析（1）選擇工作方式

因?yàn)橛嫈?shù)值為12，所以選用T0的工作方式2來完成此任務(wù)。

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

因此，TL0和TH0的初值都為F4H。5.3.2

計數(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

計數(shù)應(yīng)用【例5-4】利用定時器T1的方式2對外部信號計數(shù)，要求每計滿100個數(shù)將P1.7取反。分析（1）確定方式字

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

X=28-100=156=9CH

因此，TL1和TH1的初值都為9CH。5.3.2

計數(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

計數(shù)應(yīng)用【例5-5】假設(shè)系統(tǒng)時鐘頻率為6MHz，現(xiàn)欲利用定時器T0每隔1ms產(chǎn)生寬度為1個機(jī)器周期的正脈沖，并由P1.0送出，如下圖所示，請編程實(shí)現(xiàn)該功能。5.3.3

定時應(yīng)用分析（1）選擇工作方式

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

方式0最長可定時16.384ms；方式1最長可定時131.072ms；方式2、3最長可定時512

s。

本題中定時時間t=1ms，選則T0的工作方式1來完成此任務(wù)。假設(shè)此時T1不工作，則方式控制字為TMOD=01H。（2）計算初值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

定時應(yīng)用【例5-6】設(shè)時鐘頻率為12MHz，編程實(shí)現(xiàn)用定時器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最長可定時8.912ms；方式1最長可定時65.536ms；方式2、3最長可定時256

s。

因?yàn)?0Hz方波的周期為20ms，所以本題的定時時間為10ms，所以選擇T1的工作方式1來完成此任務(wù)。假設(shè)此時T0不工作，則方式控制字為TMOD=10H。（2）計算初值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

定時應(yīng)用【例5-7】89C51的P2口接了8個發(fā)光二極管，要求通過定時器1實(shí)現(xiàn)8個發(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)時鐘頻率為12MHz。電路如下圖所示。5.3.3

定時應(yīng)用分析①選擇工作方式本題定時時間較長，超出方式0～3的最長定時范圍，所以不能直接采用方式0～3實(shí)現(xiàn)該定時功能。我們可以將這1s定時時間分成若干份，每份定時時間在所選工作方式的定時范圍內(nèi)，然后用軟件進(jìn)行計數(shù)來實(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T0不工作，則方式控制字為TMOD=10H。

②計算計數(shù)初值

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

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

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

定時應(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，并將測量結(jié)果（以機(jī)器周期的形式）存放在30H和31H兩個單元中。分析

要想測量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采用外觸發(fā)方式啟動T0定時，即對機(jī)器周期計數(shù)；當(dāng)外部INT0引腳變?yōu)榈碗娖綍r停止T0定時，這時TH0和TL0中的值就是INT0引腳為高電平期間的所經(jīng)過機(jī)器周期數(shù)。處理過程如下圖所示。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