《單片機應(yīng)用技術(shù)（匯編語言）（第二版）》課件 項目六 定時／計數(shù)器應(yīng)用

單片機應(yīng)用技術(shù)（匯編語言）（第二版）全國高級技工學(xué)校電氣自動化設(shè)備安裝與維修專業(yè)教材208208項目六定時／計數(shù)器應(yīng)用209209任務(wù)1提示音發(fā)生器設(shè)計任務(wù)2倒數(shù)計時器設(shè)計任務(wù)3生產(chǎn)線自動打包控制器設(shè)計210210定時／計數(shù)器應(yīng)用在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)過程中往往需要進行定時，如電飯鍋定時煮飯、洗衣機定時洗衣、自動化生產(chǎn)線時間控制等。ＭＣＳ－５１系列單片機內(nèi)含有的可編程定時／計數(shù)器，可以獨立進行定時和對輸入脈沖進行計數(shù)。如圖６－０－１所示的微波爐定時器控制板就是利用單片機內(nèi)含的可編程定時／計數(shù)器實現(xiàn)定時控制。圖６－０－１微波爐定時器控制板211211任務(wù)1提示音發(fā)生器設(shè)計212212學(xué)習(xí)目標(biāo)１.認(rèn)識ＭＣＳ－５１系列單片機定時／計數(shù)器的結(jié)構(gòu)和工作原理。２.熟記定時／計數(shù)器控制寄存器ＴＣＯＮ的設(shè)置方法。３.熟記定時／計數(shù)器工作方式寄存器ＴＭＯＤ的設(shè)置方法。４.熟記定時／計數(shù)器的工作方式。５.能完成定時／計數(shù)器定時、計數(shù)初值的計算和設(shè)定。６.能理解定時／計數(shù)器中斷控制方式。７.會運用單片機定時器設(shè)計提示音發(fā)生器并編寫程序。213213任務(wù)引入方波信號是一種常見的電信號，常應(yīng)用于通信和控制電路中。方波信號只有高電平和低電平兩個值，圖６－１－１所示為１ｋＨｚ方波信號。機床報警器、提示音發(fā)生器、報警器閃爍控制和電動機控制設(shè)備等都需要用方波來作為控制信號?，F(xiàn)某工廠機床設(shè)備需要設(shè)計一個提示音發(fā)生器，用于提示加工任務(wù)執(zhí)行完成，要求選用合適的單片機和蜂鳴器，實現(xiàn)１ｋＨｚ提示音功能。圖６－１－１方波信號214214相關(guān)知識215215一、定時／計數(shù)器結(jié)構(gòu)ＭＣＳ－５１系列單片機內(nèi)部包含有兩個１６位定時／計數(shù)器Ｔ０和Ｔ１，分別由兩個獨立的８位專用寄存器組成，即Ｔ０由高８位ＴＨ０、低８位ＴＬ０寄存器組成，Ｔ１由高８位ＴＨ１、低８位ＴＬ１寄存器組成。定時／計數(shù)器可作為定時器和計數(shù)使用。從圖６－１－２中可以看出，定時／計數(shù)器主要由ＴＣＯＮ、ＴＭＯＤ、ＴＨ１、ＴＬ１、ＴＨ０、ＴＬ０寄存器組成。圖６－１－２定時／計數(shù)器寄存器結(jié)構(gòu)圖相關(guān)知識一、定時／計數(shù)器結(jié)構(gòu)ＴＣＯＮ寄存器中的ＴＲ０、ＴＲ１位負(fù)責(zé)定時／計數(shù)器Ｔ０、Ｔ１的啟動計數(shù)和停止計數(shù)。ＴＭＯＤ寄存器用于進行定時或計數(shù)功能選擇、啟動方式選擇及工作方式選擇。ＴＨ１、ＴＬ１和ＴＨ０、ＴＬ０寄存器分別存放Ｔ１和Ｔ０計數(shù)的初始值。ＭＣＳ－５１系列單片機的定時／計數(shù)器的主要核心部件就是計數(shù)器，無論作為定時功能還是計數(shù)功能，其本質(zhì)都是對脈沖進行計數(shù)，只是計數(shù)脈沖來源不同。脈沖信號的來源可通過ＴＭＯＤ寄存器的Ｃ／Ｔ控制位進行選擇。216216相關(guān)知識二、定時／計數(shù)器控制單片機的定時／計數(shù)器的功能由ＴＭＯＤ和ＴＣＯＮ寄存器設(shè)定，通過設(shè)定這兩個寄存器即可以實現(xiàn)不同的功能。表６－１－1為定時／計數(shù)器相關(guān)特殊寄存器的地址、位地址符號及復(fù)位值。217217相關(guān)知識一、定時／計數(shù)器結(jié)構(gòu)定時／計數(shù)器的控制寄存器ＴＣＯＮ為一個８位的可位尋址寄存器，用于控制定時／計數(shù)器Ｔ０、Ｔ１的啟動和停止，同時控制定時器中斷溢出標(biāo)志位及外部中斷源的中斷請求標(biāo)志位。ＴＣＯＮ寄存器格式如圖６－１－３所示。ＴＦ１：定時／計數(shù)器Ｔ１溢出標(biāo)志位。Ｔ１被允許計數(shù)后，ＴＨ１和ＴＬ１數(shù)值寄存器從初始值開始加１計數(shù)，直到最高位產(chǎn)生計數(shù)溢出時ＴＦ１標(biāo)志位置１，向ＣＰＵ請求中斷，直到ＣＰＵ響應(yīng)中斷時，才由硬件清０，也可以由軟件清０。ＴＲ１：定時／計數(shù)器Ｔ１允許計數(shù)控制位。當(dāng)ＴＲ１＝１時，定時／計數(shù)器Ｔ１允許開始加１計數(shù)；當(dāng)ＴＲ１＝０時，定時／計數(shù)器Ｔ１停止計數(shù)。ＴＦ０：定時／計數(shù)器Ｔ０溢出標(biāo)志位。Ｔ０被允許計數(shù)后，ＴＨ０和ＴＬ０數(shù)值寄存器從初始值開始加１計數(shù)，直到最高位產(chǎn)生計數(shù)溢出時ＴＦ０標(biāo)志位置１，向ＣＰＵ請求中斷，直到ＣＰＵ響應(yīng)中斷時，才由硬件清０，也可以由軟件清０。１.定時／計數(shù)器的控制寄存器ＴＣＯＮ218218相關(guān)知識一、定時／計數(shù)器結(jié)構(gòu)ＴＲ０：定時／計數(shù)器Ｔ０允許計數(shù)控制位。當(dāng)ＴＲ０＝１時，定時／計數(shù)器Ｔ０允許開始加１計數(shù)；當(dāng)ＴＲ０＝０時，定時／計數(shù)器Ｔ０停止計數(shù)。１.定時／計數(shù)器的控制寄存器ＴＣＯＮ圖６－１－３ＴＣＯＮ寄存器格式219219相關(guān)知識一、定時／計數(shù)器結(jié)構(gòu)定時／計數(shù)器的工作方式寄存器ＴＭＯＤ為一個８位的寄存器，用于控制定時／計數(shù)器Ｔ０、Ｔ１的工作方式。高４位控制定時／計數(shù)器Ｔ１，低４位控制定時／計數(shù)器Ｔ０。ＴＭＯＤ寄存器格式如圖６－１－４所示。ＴＭＯＤ不能位尋址，只能進行字節(jié)設(shè)置，復(fù)位時寄存器初始值為００Ｈ。２.定時／計數(shù)器的工作方式寄存器ＴＭＯＤＧＡＴＥ（ＴＭＯＤ.７）：門控選通位。當(dāng)ＧＡＴＥ＝０時，只要設(shè)置ＴＲ１＝１，即可啟動定時／計數(shù)器Ｔ１開始計數(shù)；當(dāng)ＧＡＴＥ＝１，ＴＲ１＝１并且ＩＮＴ１＝１（即ＩＮＴ１引腳輸入為高電平）時，定時器Ｔ１開始計數(shù)。圖６－１－４ＴＭＯＤ寄存器格式220220相關(guān)知識Ｃ／Ｔ（ＴＭＯＤ.６）：定時／計數(shù)器Ｔ１的工作方式選擇位。當(dāng)Ｃ／Ｔ＝０時，設(shè)置Ｔ１為定時器模式；當(dāng)Ｃ／Ｔ＝１時，設(shè)置Ｔ１為計數(shù)器模式。ＧＡＴＥ（ＴＭＯＤ.３）：門控選通位。當(dāng)ＧＡＴＥ＝０時，只要設(shè)置ＴＲ０＝１，即可啟動定時／計數(shù)器Ｔ０開始計數(shù)；當(dāng)ＧＡＴＥ＝１，ＴＲ０＝１并且ＩＮＴ０＝１（即ＩＮＴ０引腳輸入為高電平）時，定時器Ｔ０開始計數(shù)。Ｃ／Ｔ（ＴＭＯＤ.２）：定時／計數(shù)器Ｔ０的工作方式選擇位。當(dāng)Ｃ／Ｔ＝０時，設(shè)置為Ｔ０定時器模式；當(dāng)Ｃ／Ｔ＝１時，設(shè)置Ｔ０為計數(shù)器模式。Ｍ１、Ｍ０：工作方式選擇位。Ｍ１和Ｍ２組合可以定義４種工作方式，見表６－１－２。２.定時／計數(shù)器的工作方式寄存器ＴＭＯＤ221221相關(guān)知識三、定時／計數(shù)器工作方式定時／計數(shù)器Ｔ０、Ｔ１可以通過Ｃ／Ｔ位設(shè)置為定時器模式和計數(shù)器模式。定時／計數(shù)器Ｔ０、Ｔ１有４種工作方式，分別為工作方式０、工作方式１、工作方式２和工作方式３。定時／計數(shù)器Ｔ０和Ｔ１的工作原理完全相同，下面以定時器Ｔ０為例進行介紹。定時／計數(shù)器的控制框圖如圖６－１－５所示。圖６－１－５定時／計數(shù)器的控制框圖222222相關(guān)知識１.工作方式０三、定時／計數(shù)器工作方式工作方式０為１３位定時／計數(shù)器，在此工作方式下的Ｔ０計數(shù)由ＴＨ０的８位和ＴＬ０的低５位組成，ＴＬ０高３位沒有使用。ＴＬ０的低５位溢出后向ＴＨ０進位，ＴＨ０計數(shù)溢出后置位ＴＦ０標(biāo)志位，向ＣＰＵ提出中斷申請，直到ＣＰＵ響應(yīng)轉(zhuǎn)入中斷時，硬件系統(tǒng)自動將ＴＦ０清零。ＴＦ０也可由程序查詢和清“０”。工作方式０的最大計數(shù)值為２１３（８１９２）。ＳＴＣ８９Ｃ５１系列單片機系統(tǒng)時鐘有兩種模式：一種是１２Ｔ模式，每１２個時鐘為一個機器周期，定時器加１。另外一種是６Ｔ模式，每６個時鐘為一個機器周期，定時器計數(shù)加１。223223相關(guān)知識１.工作方式０三、定時／計數(shù)器工作方式（１）當(dāng)Ｃ／Ｔ＝０且ＧＡＴＥ＝０時，多路開關(guān)向上閉合，Ｔ０選擇定時器模式，Ｔ０對單片機系統(tǒng)機器周期計數(shù)，每個機器周期Ｔ０定時器計數(shù)加１，定時時間為：Ｔ＝（２１３－Ｔ０計數(shù)初始值）×機器周期。（２）當(dāng)Ｃ／Ｔ＝１且ＧＡＴＥ＝０時，多路開關(guān)向下閉合，Ｔ０選擇計數(shù)器模式，Ｔ０對單片機外部Ｔ０（Ｐ３４）引腳脈沖計數(shù)。（３）當(dāng)Ｃ／Ｔ＝０且ＧＡＴＥ＝１時，僅有ＩＮＴ０＝１和ＴＲ０＝１時，設(shè)置為計數(shù)器對單片機外部Ｔ０（Ｐ３４）引腳脈沖計數(shù)。（４）當(dāng)Ｃ／Ｔ＝１且ＧＡＴＥ＝１時，僅有ＩＮＴ０＝１和ＴＲ０＝１時，啟動定時器對系統(tǒng)機器周期進行計數(shù)，該方式可以對ＩＮＴ０引腳脈沖寬度進行測量。224224相關(guān)知識２.工作方式１三、定時／計數(shù)器工作方式工作方式１為１６位定時／計數(shù)器，在此工作方式下的Ｔ０計數(shù)由ＴＨ０的８位和ＴＬ０的８位組成。工作方式１與工作方式０只是計數(shù)的最大值不同，其他功能與工作方式０相同。工作方式１的定時時間為：Ｔ＝（２１６－Ｔ０計數(shù)初始值）×機器周期。３.工作方式２工作方式２為８位可自動重裝初值的定時／計數(shù)器，在此工作方式下ＴＬ０負(fù)責(zé)計數(shù)，ＴＨ０不參與計數(shù)，只是負(fù)責(zé)存放計數(shù)器初始值。當(dāng)Ｔ０計數(shù)至ＴＬ０計數(shù)溢出時，硬件將中斷請求標(biāo)志位ＴＦ０置１，同時自動將ＴＨ０的數(shù)值賦給ＴＬ０，即ＴＬ０＝ＴＨ０，重裝時ＴＨ０數(shù)值不變。ＴＬ０從該數(shù)值開始計數(shù)，直到下次計數(shù)溢出又進行重新裝載。定時器在該方式下的定時時間為：Ｔ＝（２８－ＴＨ０數(shù)值）×機器周期。雖然定時時間相比工作方式０和１短了，但由于有自動加載初始值功能，減少了程序初始值賦值運行時間，所以定時時間更加精確。225225相關(guān)知識４.工作方式３三、定時／計數(shù)器工作方式工作方式３與前面３種工作方式有很大不同，Ｔ１在此工作方式下無效，Ｔ０拆分成兩個獨立的８位定時／計數(shù)器使用，其中ＴＬ０作為不能自動重裝初始值的８位定時／計數(shù)器來使用，計數(shù)初始值仍需程序中加載。ＴＬ０可以作為定時器和計數(shù)器使用，由控制Ｔ０的Ｃ／Ｔ位設(shè)置選擇。其功能和控制方式同工作方式０和１，最大計數(shù)值為２８（２５６）。工作方式３中ＴＨ０只能作為定時器使用，而不能用于計數(shù)，因此沒有Ｃ／Ｔ控制位選擇。ＴＨ０的啟動只受Ｔ１的啟動位ＴＲ１控制，當(dāng)ＴＨ０計數(shù)溢出時置位ＴＦ１標(biāo)志位，向ＣＰＵ提出中斷申請，直到ＣＰＵ響應(yīng)轉(zhuǎn)入中斷時，硬件系統(tǒng)自動將ＴＦ１清零。定時時間Ｔ＝（２８－ＴＨ０數(shù)值）×機器周期。ＴＨ０的中斷服務(wù)地址占用Ｔ１的中斷服務(wù)入口地址。226226相關(guān)知識４.工作方式３三、定時／計數(shù)器工作方式當(dāng)Ｔ０運行在工作方式３時，由于ＴＨ０占用了Ｔ１啟動位ＴＲ１和溢出標(biāo)志位ＴＦ１，因此Ｔ１使用受到了限制。在此情況下，Ｔ１仍然可以工作在方式０、１、２中，即可作為定時器使用，又可作為計數(shù)器使用。只是計數(shù)器計滿溢出不能使用ＴＦ１溢出標(biāo)志位，不能向ＣＰＵ申請中斷，只能將溢出信號直接送到串口，此時Ｔ１可以作為波特率發(fā)生器，只需程序?qū)懭牍ぷ鞣绞剑?、１、２時，Ｔ１即可自動運行。如需要停止Ｔ１工作，在程序中將Ｔ１控制方式設(shè)置為工作方式３即可，因為Ｔ１是不能工作在工作方式３的，強行設(shè)置為工作方式３，Ｔ１自然停止工作。227227相關(guān)知識四、定時／計數(shù)器的初始值計算Ｔ０或Ｔ１具有預(yù)賦初值功能，特殊功能寄存器ＴＨｘ和ＴＬｘ（ｘ＝０，１）用于存放初值，單片機復(fù)位時計數(shù)初值為０。如圖６－１－６所示，定時／計數(shù)器Ｔ０、Ｔ１啟動后計數(shù)從初始值Ｔ初值開始加１計數(shù)，當(dāng)計數(shù)到最大值Ｍ時溢出，產(chǎn)生中斷請求，并且將相應(yīng)的溢出標(biāo)志位ＴＦ０、ＴＦ１置１，完成一次完整的計數(shù)過程。圖６－１－６定時／計數(shù)器計數(shù)原理初始值的設(shè)定根據(jù)定時時間或計數(shù)需要計算，定時／計數(shù)器初始值設(shè)定的計算方法如下：定時／計數(shù)器初始值ＮＳ＝２ｎ－實際計數(shù)值式中，ｎ為由工作方式?jīng)Q定的定時／計數(shù)器位數(shù)。在工作方式０下，ｎ取１３，２１３＝８１９６；在工作方式１下，ｎ?。保?，２１６＝６５５３６；在工作方式２和３下，ｎ?。福玻福剑玻担?。228228相關(guān)知識四、定時／計數(shù)器的初始值計算１.公式方式獲取定時器初始值由于單片機采用１２ＭＨｚ，則機器周期為１μｓ。首先計算實際計數(shù)值。然后計算定時／計數(shù)器初始值如下：229229相關(guān)知識四、定時／計數(shù)器的初始值計算２.小程序方式獲取定時／計數(shù)器初始值230230小程序方式獲取定時器初始值通常比較簡單，首先打開５１初始值設(shè)定小程序，如圖６－１－７所示。圖６－１－７５１初始值設(shè)定小程序界面相關(guān)知識231231四、定時／計數(shù)器的初始值計算２.小程序方式獲取定時／計數(shù)器初始值然后在定時器方式選項框中選中方式１，晶振頻率輸入１２，定時時長輸入５，最后點擊“確定”按鈕即可獲取定時器初始值ＥＣ７８Ｈ，如圖６－１－８所示。該十六進制數(shù)值表示當(dāng)５１單片機晶振頻率為１２ＭＨｚ時，定時器以方式１定時５ｍｓ（５０００μｓ）所要設(shè)定的初始值。圖６－１－８５１初始值設(shè)定小程序所獲取的初始值界面相關(guān)知識五、定時／計數(shù)器寄存器初始化定時／計數(shù)器寄存器的初始化步驟如圖６－１－９所示?！纠浚裕白鳛槎〞r／計數(shù)器，要求實現(xiàn)５ｍｓ定時，選擇工作方式１。具體初始化程序如下：圖６－１－９定時／計數(shù)器寄存器的初始化步驟ＭＯＶ

ＴＭＯＤ，＃０５Ｈ；選擇Ｔ０為工作方式１，定時功能ＭＯＶ

ＴＨ０，＃０ＥＣＨ；裝載定時／計數(shù)器Ｔ０定時５ｍｓ初值高８位ＭＯＶ

ＴＬ０，＃７８Ｈ；裝載定時／計數(shù)器Ｔ０定時５ｍｓ初值低８位ＳＥＴＢ

ＥＴ０；開啟定時／計數(shù)器Ｔ０中斷ＳＥＴＢ

ＥＡ；開啟總中斷ＳＥＴＢ

ＴＲ０；啟動定時／計數(shù)器Ｔ０，開始定時計數(shù)232232任務(wù)2倒數(shù)計時器設(shè)計233233學(xué)習(xí)目標(biāo)１.熟記定時／計數(shù)器查詢控制方式。２.會應(yīng)用定時／計數(shù)器查詢控制方式。３.會設(shè)計倒數(shù)計時器硬件電路。４.能用中斷和查詢方式編寫倒數(shù)計時器程序。５.能與他人分析討論倒計時計數(shù)器的設(shè)計思路，問題解決方法等。234234任務(wù)引入倒計時在平時的生產(chǎn)生活中十分常見，如交通信號燈顯示剩余通過時間或等待時間、微波爐加熱食物時顯示剩余加熱時間、火箭發(fā)射升空倒計時顯示等。圖６－２－１所示為人行交通倒計時信號燈。本任務(wù)是設(shè)計一個１０ｓ倒數(shù)計時器，利用單片機定時器實現(xiàn)每隔１ｓ在數(shù)碼管上動態(tài)顯示１０～０ｓ倒計時功能。分析任務(wù)要求可知，該任務(wù)需要精確的秒數(shù)量級的數(shù)，定時器計數(shù)溢出除了產(chǎn)生中斷外，還會產(chǎn)生溢出標(biāo)志ＴＦ，本任務(wù)可以用查詢方式實現(xiàn)１ｓ定時，需要學(xué)習(xí)定時／計數(shù)器查詢控制的相關(guān)知識。圖６－２－１人行交通倒計時信號燈235235相關(guān)知識定時／計數(shù)器查詢控制定時／計數(shù)器查詢控制是一種條件傳送。在執(zhí)行服務(wù)程序前，首先查詢定時／計數(shù)器溢出標(biāo)志位ＴＦ０或ＴＦ１狀態(tài)信息，并加以測試判斷，條件滿足時才執(zhí)行服務(wù)程序，并需軟件使溢出標(biāo)志位清零，等待下一次溢出。在查詢過程中，ＣＰＵ的利用率不高，適合于實時性能要求不高的情況。定時／計數(shù)器查詢控制流程圖如圖６－２－２所示。236236圖６－２－２定時/計數(shù)器查詢控制流程圖任務(wù)3生產(chǎn)線自動打包控制器設(shè)計237237學(xué)習(xí)目標(biāo)１.會描述定時／計數(shù)器作為計數(shù)器使用時的計數(shù)方式。２.能設(shè)計單片機控制生產(chǎn)線自動打包控制硬件電路。３.會編寫單片機控制生產(chǎn)線自動打包控制程序。４.能與他人一起分析討論生產(chǎn)線自動打包控制器設(shè)計和調(diào)試過程中遇到的問題，并提出解決方法。238238任務(wù)引入在一條工業(yè)生產(chǎn)線上，零件通過一個裝有光電傳感器的傳送帶傳送，每當(dāng)零件通過傳感器時，傳感器向單片機發(fā)出一個脈沖信號，自動計數(shù)１個零件。本任務(wù)是設(shè)計一個生產(chǎn)線自動打包控制器