ATS单片机的定时器和计数器.ppt

第6章 AT89S51单片机的 定时器/计数器,单片机原理及应用,主讲人：贺伟,业精于勤荒于嬉，行成于思毁于随,内容概要 工业检测与控制，许多场合都要用到计数或定时功能。例如，对外部脉冲进行计数，产生精确的定时时间等。AT89S51片内有两个可编程的定时器/计数器T1、T0，可满足需要。 本章介绍定时器/计数器的结构与功能，2种工作模式和4种工作方式，以及相关的2个特殊功能寄存器TMOD和TCON各位的定义及其编程，最后介绍定时器/计数器的编程及应用实例。,实现定时一般有三种方法： 1、利用软件实现（延时程序）; 优点：简单，控制方便；缺点：CPU效率低。 2、硬件实现，专门设计一个单稳态定时器： 优点：CPU效率高；缺点：修改参数麻烦。 3、利用计数器实现,单片机一般利用第三种方法实现,AT89S51内部设有两个16位的定时器/计数器，可用软件控制。 定时器:对机器周期计数， 每过一个机器周期，计数器内容加1 ; 计数器：对外来脉冲进行计数，T0、T1引脚上从高电平到低电平跳变时，计数器内容加1。,6.1 定时器/计数器的结构 定时器/计数器结构如图6-1所示，定时器/计数器T0由特殊功能寄存器TH0、TL0构成，定时器/计数器T1由特殊功能寄存器TH1、TL1构成。,图6-1 AT89S51单片机的定时器/计数器结构框图,具有定时器和计数器2种工作模式，4种工作方式（方式0、方式1、方式2和方式3）。属于增计数器。 TMOD用于选择定时器/计数器T0、T1的工作模式和工作方式。 TCON用于控制T0、T1的启动和停止计数，同时包含了T0、T1的状态。 T0、T1不论是工作在定时器模式还是计数器模式，都是对脉冲信号进行计数，只是计数信号的来源不同。 计数器模式是对加在T0（P3.4）和T1（P3.5）两个引脚上的外部脉冲进行计数（见图6-1）。 定时器工作模式是对单片机的时钟振荡器信号经片内,12分频后的内部脉冲信号计数。由于时钟频率是定值，所以可根据计数值可计算出定时时间。 计数器的起始计数都是从计数器初值开始的。单片机复位时计数器的初值为0，也可用指令给计数器装入一个新的初值。AT89S51的定时器/计数器属于增1计数器。,二、定时器/计数器的工作原理,16位的定时器/计数器实质上是一个加1计数器，可实现定时和计数两种功能，其功能由软件控制和切换。定时器属硬件定时和计数，是单片机中效率高而且工作灵活的部件。 在定时器/计数器开始工作之前，CPU必须将一些命令(称为控制字)写入定时器/计数器。将控制字写入定时器/计数器的过程叫定时器/计数器的初始化。 在初始化程序中，要将工作方式控制字写入定时器方式寄存器(TMOD)，工作状态控制字(或相关位)写入定时器控制寄存器(TCON)，赋定时/计数初值给TH0(TH1)和TL0(TL1)。,1、定时器/计数器的定时功能: 计数器的加1信号由振荡器的12分频信号产生，即每过一个机器周期，计数器加1，直至计满溢出。 定时器的定时时间与系统的时钟频率有关。因一个机器周期等于12个时钟周期，所以计数频率应为系统时钟频率的十二分之一。如果晶振频率为12MHz，则机器周期为1s。通过改变定时器的定时初值，并适当选择定时器的长度(8位、13位或16位)，可以调整定时时间。 2、定时器/计数器的计数功能: 通过外部计数输入引脚T0(P3.4)和T1(P3.5)对外部信号计数，外部脉冲的下降沿将触发计数。计数器在每个机器周期的S5P2期间采样引脚输入电平，若一个机器周期S5P2期间采样值为1，下一个机器周期S5P2期间采样值为0，则计数器加1，再下一个机器周期S3P1期间，新的计数值装入计数器。,因检测一个由1至0的跳变需要两个机器周期，故外部信号的最高计数频率为时钟频率的二十四分之一。如果晶振频率为12MHz，则最高计数频率为0.5MHz。虽然对外部输入信号的占空比无特殊要求，但为了确保给定电平在变化前至少被采样一次，外部计数脉冲的高电平与低电平保持时间均需在一个机器周期以上。,如图6-10所示，图中Tcy为机器周期。,各位的功能说明： TF1（TCON.7, 8FH位）-T1溢出标志位。 TF0（TCON.5, 8DH位）-T0溢出标志位。 TR1（TCON.6, 8EH位）-T1运行控制位。 0：关闭T1；1：启动T1运行。 TR0（TCON.4, 8CH位）-T0运行控制位。 0：关闭T0；1：启动T0运行。,1.定时器控制寄存器 定时器控制寄存器TCON的作用是控制定时器的启动与停止，并保存T0、T1的溢出和中断标志。TCON的格式: 可按位寻址,6.1.1 工作方式寄存器和控制寄存器,AT89S51单片机的定时器为可编程定时器，在定时器工作之前必须先进行初始化，即将控制命令写入定时器控制寄存器。,定时器方式寄存器TMOD的作用是设置T0、T1的工作方式。 TMOD的格式：,2.定时器工作方式寄存器TMOD,各位的功能说明： (1) GATE：门控位。 GATE=0：软件启动定时器，即用指令使TCON中的TR1(TR0) 置1即可启动定时器1(定时器0)。 GATE=1：软件和硬件共同启动定时器，即用指令使TCON中的TR1(TR0)置1时，只有外部中断INT0(INT1)引脚输入高电平时才能启动定时器1(定时器0)。 (2)C/T：功能选择位。 C/T=0时，以定时器方式工作。 C/T=1时，以计数器方式工作。,定时器工作方式选择位定义,(3) M1、M0：方式选择位。定时/计数器有四种工作方式，由M1M0进行设置。,二、 定时器工作方式：,由方式选择位M1、M0设定。,1、方式0（M1M0=00）： 13位定时/计数器。THx8位和TLx低5位组成加1计数器。,计数外部脉冲个数：18192(213) 定时时间(若T=1s)：1s8.19ms,fosc,T=12/fosc,16位定时/计数器。 THx8位和TLx8位组成16位加1计数器。,计数外部脉冲个数：165536(216) 定时时间(若T=1s)：1s(65536T=65.54ms),2、方式1（M1M0=01）：,T=12/fosc,3、方式2（M1M0=10）：,自动恢复初值8位定时/计数器。TLx为8位加1计数器， THx为8位初值暂存器。,用于需要重复定时和计数的场合。 最大计数值：256 (28) 最大定时时间(若T=1s)： 256s,T=12/fosc,计数满后自动装入计数初值。 省去用户软件中重装初值的程序，精确的定时。,4、方式3（M1M0=11）：,T0分成2个8位定时器：TL0定时/计数器和TH0定时器； TL0占用T0控制位：C/T，TR0，GATE； TH0占用T1控制位：TR1、TF1； T1不能使用方式3工作，常作串口的波特率发生器使用。,T1工作在方式1,T1工作在方式2,T1工作在方式0,T0处于方式3时， T1可定为方式0、方式1和方式2，用来作为串行口的波特率发生器，或不需要中断的场合。,4种工作方式中，方式0与方式1基本相同，由于方式0是为兼容MCS-48而设，初值计算复杂，在实际应用中，一般不用方式0，而采用方式1。 方式2省去程序中重装初值的指令，并可产生相当精确的定时时间。 当T1作串行口波特率发生器时，T0才设置为方式3。,6.4 定时器/计数器的编程和应用 AT89S51的定时计数器是可编程的，因此，在进行定时或计数之前也要用对其进行初始化。初始化一般应包括以下几个步骤： 1、对TMOD寄存器赋值，以确定定时器的工作方式。 2置定时计数器初值，直接将初值写入寄存器的TH0，TL0或TH1，TL1。 3根据需要，对寄存器IE置初值，开放定时器中断。 4对TCON寄存器中的TR1或TR0置位，启动定时计数器。启动以后，计数器即按规定的工作方式和初值进行计数或开始定时。,定时/计数器初值的计算,2计数器初值的计算 在计数器模式下，此时计数器就计数引脚上到来的脉冲个数，每检测到一个脉冲下降沿，就加1一次。其计数脉冲个数S为： S=M-X 式中，M为计数器模值，该值和计数器工作方式有关，在方式0时M为213；在方式1时M为216；在方式2和方式3时M为28。 X是计数器的计数初值。,1定时器初值的计算 在定时器模式下，计数器由单片机主脉冲经12分频后计数，即就是对机器周期进行计数。则定时器定时时间t的公式： t=（M-X） T 定时初值：X=M-t/ T 式中，M为模值，和定时器的工作方式有关,在方式0时M为213；在方式1时M为216；在方式2和方式3时M为28 。 T是机器周期；X是定时器的定时初值。,例2：,例：T0运行于定时器状态，时钟振荡周期为12MHZ，要求定时100s。求不同工作方式时的定时初值X并计算在不同工 作方式下最大的定时时间tmax。 解：fosc=12MHz T=1s 由公式 X=M-t/T 得 ： 方式0(13位方式)： X=213-100s/1s=1F9C 当T0的初值=0时为最大定时时间: tmax=( 213 -0）*1 s=8.192ms 方式1(16位方式)： X=216-100s/1s=FF9CH tmax=( 216 -0）*1 s=65.536ms 方式2、3(8位方式)：X=28-100s/1s=9CH tmax=( 213 -0）*1 s=256 s,注意：工作方式0的初值装入方法： 1F9CH=0001 1111 1001 1100 B 可见，TH0=FCH，TL0=1CH,TL0的低5位,TH0的8位,MOV TH0，#0FCH MOV TL0，#1CH,T=12/fosc,定时器初始化编程： 使用定时器工作之前，先写入控制寄存器，确定好定时器工作方式。 初始化编程格式：,MOV TMOD，# 方式字 ；选择方式 MOV THx，#XH ；装入Tx时间常数 MOV TLx，#XL (SETB EA ) ；开Tx中断 (SETB ETx ) SETB TRx ；启动Tx定时器 需考虑：1. 按实际需要选择定时/计数功能； 2. 按时间或计数长度选择工作方式； 3. 计算时间常数：,计算时间常数X(计算初值)： 计数功能：X= 2n -计数值 （n：8/13/16） 定时功能：X= 2n - t/T （t：定时时间； T：机器周期）,方法1：用延时程序实现1mS的延时。 UP：SETB P1.0 LCALL D2MS CLR P1.0 LCALL D2MS SJMP UP 方法2：用T0定时1mS，查询TF0 确定工作方式 方式0 计算初值 E018H 编程 MOV TMOD，#00H SETB TR0 LOOP： MOV TH0，#0E0H MOV TL0，#18H JNB TF0，$ CPL P1.0 CLR TF0 SJMP LOOP,例1 使P1.0输出一个周期为2mS的方波。,方法3：用T0定时1mS，中断。 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH LJMP AT0 MAIN： MOV TMOD，#00H MOV TH0，#0E0H MOV TL0，#18H SETB EA SETB ET0 SETB TR0 SJMP $ AT0： MOV TMOD，#00H MOV TH0，#0E0H CPL P1.0 RETI,fosc=12MHz,（1）T0工作方式的确定 定时时间较长，采用哪一种工作方式？ 由各种工作方式的特性，可计算出： 方式0最长可定时16.384ms;方式1最长可定时131.072ms; 方式2最长可定时512s。 欲定时1秒，这个值已经超过了定时器的最大定时时间。为此，我们只有采用定时器定时和软件计数相结合的方法才能解决问题。 选方式1，每隔100ms中断一次，中断10次为1s。 （2）计算计数初值 因为：(216-X)210-6 = 10-1 所以：X=15536=3CB0H 因此：TH0=3CH，TL0=B0H （3）10次计数的实现 采用循环程序法。 （4）程序设计 参考程序 :,例2 假设系统时钟为6MHz，编写定时器T0产生1秒定时的程序。,ORG 0000H RESET：LJMP MAIN ；上电，转主程序入口MAIN ORG 000BH ；T0的中断入口 LJMP IT0P ；转T0中断处理程序IT0P ORG 1000H MAIN：MOV SP,#60H ；设堆栈指针 MOV B,#0AH ；设循环次数10次 MOV TMOD,#01H ；设T0工作在方式1 MOV TL0,#0B0H ；给T0设初值 MOV TH0,#3CH SETB TR0 ；启动T0 SETB ET0 ；允许T0中断 SETB EA ；CPU开放中断 HERE：SJMP HERE ；等待中断 ITOP：MOV TL0,#0B0H ；T0中断子程序，重装初值 MOV TH0,#3CH ； DJNZ B，LOOP CLR TR0 ；1s定时时间到，停止T0工作 LOOP：RETI,6.4.4 门控制位GATE的应用测量脉冲宽度 GATE1可使定时器/计数器T1的启动计数受INT1*的控制，可测量引脚INT1*（P3.3）上正脉冲的宽度（机器周期数）。,参考程序： ORG 0000H RESET: AJMP MAIN ；复位入口转主程序 ORG 0100H MAIN: MOV SP,#60H MOV TMOD,#90H ；T1为方式1定时控制字 MOV TL1,#00H MOV TH1,#00H LOOP0: JB P3.3,LOOP0 ；INT1*高,则循环 SETB TR1 ；如INT1*为低，启动T1 LOOP1: JNB P3.3,LOOP1 ；INT1*低，则循环 LOOP2: JB P3.3,LOOP2 ；INT1*高,则循环 CLR TR1 ；停止T1计数 MOV A,TL1 ；T1计数值送A 将A中的T1计数值 送显示缓冲区 转换成显示的代码 LOOP3: LCALL DIR ；调