MCS-51 单片机原理及应用-定时器-计数器.ppt

mcs-51 单片机原理及应用 mcs-51单片机 定时器/计数器 单片机的定时计数器 单片机应用系统中定时计数的需求： 如用单片机控制的打铃器、空调的定时开关、啤酒自动生产 线上对酒瓶的计数装置等。 80c51单片机片内的定时/计数器： 两个位可编程的定时计数器：t0和t1，都能定时和对 外部事件进行计数。 此外，t1还可以作为串行接口的波特率发生器。 定时计数器的结构 .定时和计数的原理 （1）计数 定时计数器的实质是在处置基础上的加计数 器（位）， 16位定时/计数器的计数容量是65536 单片机是对脉冲个数计数，计数器每 接收到一个脉冲，计数值加1， 当接收满65535个脉冲后，再 来一个脉冲，计数值清0表明 这一轮计数结束，同时将标 志位tf0或tf1置1。 （2）定时 单片机内部的计数器用作定时器时，是对标准的 时钟进行了计数，每来一个时钟脉冲，计数器加1， 只要保证计数脉冲的间隔相等，则计数值就代表了 时间的流逝。 计数器如何能作为定时计数器如何能作为定时 器使用呢？器使用呢？ 单片机中的定时器和计数器其实是一个器件： 计数器：是对外部发生的事件进行计数， 定时器：是对单片机内部的标准时钟脉冲进行 计数。 单片机内部的标准时钟单片机内部的标准时钟 脉冲是如何获得的呢？脉冲是如何获得的呢？ 由单片机的晶振经过12分频后得到。由于晶振的频率很准， 所以这个时钟脉冲的时间间隔也很准。当单片机采用12 的晶振时，它提供给计数器的脉冲频率是 ，脉冲周期就是微秒。 定时/计数器t0的结构示意图 获得标准时间 单片机内部的16位定时计数器由高8位和低8位 两个寄存器组成： l t0由th0和tl0组成， l t1由th1和tl1组成， 定时计数器的计数值就存放在这里面。定时/计 数器t1的结构与t0相同。 定时/计数器的结构 16位定时计数器计满65536个脉冲时，也会发生溢出。 定时计数器溢出后标志位tf0（或tf1）由0变1，由此能 够引发定时中断（在中断定时方式下），这就像定时的时间一 到，闹钟就会响一样。 如果采用12的晶振，对应的脉冲周期是微秒，计 满65536个脉冲所对应的时间就是65.536ms。 定时/计数值的设置 计数器的道理是一样的，只要用预置数的方法先在计数 容器内存入一个初值 ，如我们要计100，那就存入65436， 只要再来100个脉冲，就刚好会溢出，引发中断。 在时钟频率为12mhz的情况下，每个时钟脉冲是1微秒 ，则计满65536个脉冲需65.536毫秒，如要定时10毫秒则 存入初值55536，（10毫秒是10000微秒，需计数10000 个脉冲）。可见， 定时器的定时时间长短与系统时钟和定时器初值有关 。 说明 1. 当定时计数器用作计数器时，通过引脚p3.4、p3.5 对外部输入脉冲计数。 2 . 定时计数器t0(t1)启动运行后，会按设定的工作方 式独立进行计数，不再占用cpu时间。当计数器t0(t1)计 满溢出时，tf0(tf1)置1，向cpu发出中断请求信号。 定时器初值的设置 th1tl1th0tl0 tcon tmod 启动 启动溢出 溢出工作 方式 工作 方式 中断请求 内部总线 tcyt1t0 定时器/计数器的初始化 定时/计数器的方式寄存器tmod tmodd7d6d5d4d3d2d1d0 (89h)gatec/tm1m0gatec/tm1m0 定时器1定时器0 其中： m1、m0为工作方式选择位 ，用于对t0的四种工作方式，t1的三 种工作方式进行选择，选择情况如下 m1m0工作方式方式说明 00013位定时/计数器 01116位定时/计数器 1028位自动重置定时/计数器 113两个8位定时/计数器（只有t0有） c/t：定时或计数方式选择位，当c/t=1时工作于计数方式；当c/t=0 时工作于定时方式。 gate：门控位，用于控制定时/计数器的启动是否受外部中断请求信号 的影响。 l例如 ：设定时/计数器 t0 为定时工作方式 1 。 设定时/计数器 t1为计数方式2和t0 为定时工作方式 1 tmodd7d6d5d4d3d2d1d0 (89h)gatec/tm1m0gatec/tm1m0 定时器1定时器0 mov tmod,#01h；tmod0000 0001b mov tmod, #61h; tmod0110 0001b 定时/计数器的控制寄存器tcon tcond7d6d5d4d3d2d1d0 (88h)tf1tr1tf0tr0ie1it1ie0it0 其中： tf1：定时/计数器t1的溢出标志位，当定时/计数器t1计满时，由 硬件使它置位，如中断允许则触发t1中断。进入中断处理后由内部硬 件电路自动清除。 tr1：定时/计数器t1的启动位，可由软件置位或清零，当tr1=1时 启动；tr1=0时停止。 定时器计数器初值计算 l定时器计数器用于定时或计数时，必须按照需要给计数 器设置初值。定时器计数器在计数初值的基础上以加1 的方式进行计数，在计数器从全1变为全0时，将自动产生 溢出中断请求。 （1）计数初值计算 l 假设要计数的值为x，由于计数器是加工计数器，所以 定时器计数器的初值为 2 x： 其中n的值依赖于工作方式， 对于方式 0，n= 13；即初值=8192-x 对于方式 1，n= 16；即初值=65536-x 对于方式 2和方式 3，n=8；即初值= 256-x n 2）定时初值计算 l定时就是定时间，假设晶振频率为f，定时时间为t，对应 的计数值为x，此时计数器是将系统时钟12分频后作为计 数脉冲，则以下等式成立。 l 要装入的计数器初值 ci= 2 tfosc/12。 例如：已知晶振的频率为 6 mhz，要求定时为2 ms，则 当为方式0时，应装入的计数初值为； 8192210 610 /12 = 8192-1000 = 7192 n 36 u 定时时间常数初值x： 方式0 x=8192-t(fosc/12) 方式1 x=65536-t(fosc/12) 方式2、方式3 x=256-t(fosc/12) 其中t是需要定时的时间，单位是微秒；fosc是晶振 u 计数时间常数x： 方式0 x=8192-s 方式1 x=65536-s 方式2、方式3 x=256-s 说明：式中s是需要计数的次数 定财器计数器初始化步骤 1）确定工作方式：把工作方式控制字写入到tmod中； 2）设置定时或计数的初值：根据问题要求，求出定时或计 数的初值，写入到寄存器tho、tlo或thi、tli中。 3）如果需要中断，使定时器中断允许位et0或eti置位， 如果要求中断嵌套，还应设置相应的中断优先级，然后置 位ea，使cpu开放中断；如果不需要中断，仅以软件方式 对计数器溢出标志tfo或tfi进行查询，则可略去此步骤； 4）启动定时器计数器：将 tro或 tri置 1即可启动定时 器计数器。 定时/计数器的工作方式 一方式0 振荡器12 tlx (低5位) thx (高8位) tfx 与 或 tx trx gat e intx s2 s1 c/t tcy 中断请求 方式0是13位的定时/计数方式，因而最大计数值为 2的13次幂，等 于8192。如计数值为n，则置入的初值x为： x=8192-n 例如定时/计数器t0的计数值为1000，则初值为7192，转换成二进 制数为1110000011000b，则th0=11100000b，tl0=00011000b。 振荡器12 tlx (低8位) thx (高8位) tfx 与 或 tx trx gat e intx s2 s1 c/t tcy 中断请求 二、方式1 方式1是16位的定时/计数方式，因而最大计数值为 2的16次幂， 等于65536。如计数值为n，则置入的初值x为： x=65536-n 如定时/计数器t0的计数值为1000，则初值为65536- 1000=64536，转换成二进制数为1111110000011000b，则 th0=11111100b，tl0=00011000b。 三方式2 振荡器12 tlx （8位） thx （8位） tfx 与 或 tx trx gate intx s2 s1 c/t tcy 中断请 求 重装初值 8 方式2，16位的计数器只用了8位来计数，用的是tl0（或tl1）的 8位来进行计数，而th0（或th1）用于保存初值。当tl0（或tl1） 计满时则溢出，一方面使tf0（或tf1）置位，另一方面溢出信号又会 触发三态门，使三态门导通，th0（或th1）的值就自动装入tl0（或 tl1）。 特别适合于产生比较精 确的连续脉冲信号。 由于是8位的定时/计数方式，因而最大计数值为 2的8次幂，等于 256。如计数值为n，则置入的初值x为： x=256-n 如定时/计数器t0的计数值为100，则初值为256-100=156，转换成 二进制数为10011100b，则th0= tl0=10011100b。 注意: 由于方式2计满后，溢出信号会触发三态门自动地把th0（或th1） 的值装入tl0（或tl1）中，因而如果要重新实现n个单位的计数，不用 重新置入初值。 方式3只有定时/计数器t0才有，当m1m0两位为11时，定时/计数器 t0工作于方式3，定时/计数器t0被分为两个部分tl0和th0，其中， tl0可作为定时/计数器使用，占用t0的全部控制位：gate、c/t、 tr0和tf0；而th0固定只能作定时器使用，对机器周期进行计数， 这时它占用定时/计数器t1的tr1位、tf1位和t1的中断资源。 四、方式3 振荡器12 tl0 （8位） tf0 与 或 t0 tr0 gate int0 s2 s1 c/t tcy 中断请 求 th0 （8位） tf1 s2 中断请 求 t1 tr1 初始化程序 例3：某牛奶生产线上一个包装是12盒，要求每生产 12盒就执行装箱操作，用80c51单片机来控制，请编写初 始化程序。 思路与计算：要确定定时器（t0 或t1），选择其工作 方式。我们以t0的工作方式2为例，计算时间常数并赋值 给th0、tl0。 x=256-s=256-12=244=0f4h 2初始化程序： mov tmod，#06h ；t0作计数器，工作于方式2 mov th0，#0f4h ；装入时间常数初值 mov tl0，#0f4h ；自动重装时间常数 mov ie ，#00h ；用查询方式确定计满12盒？ （或mov ie ，#82h）；使用t0中断，计满12盒后， ；自动申请中断 setb tr0 ；启动t0波特率发生器 3总结：对计数过程是否结束有查询和中断两种方法，要 合理选择，并在程序设计中正确体现。 l例： 设 6m时钟，用定时/计数器to产生 1ms的 定时，并使p1.0输出 占空比 为1：1周期为 2ms的方波 l计算初值：方式0， 13位计数器 x=8192-t(fosc/12) =8192-1000x6/12 =7692 =11110000 01100 th0=0f0h tl0=0ch l程序： org0000h ajmpmain org000bh ；t0入口地址 ajmpout1 ；终端服务入口 main:movtmod,#00h ；置t0方式0 movth0,#0f0h ；初值高位 movtl0,#0ch ；初值低位 setbtr0 ；启动t0 setb et0 ；开定时器中断 setb ea ；开cpu中断 loop:nop sjmp loop ；等待 out1:cpl p1.0 ；p1.0去反 movth0,#0f0h ；初值高位 movtl0,#0ch ；初值低位 reti ；返回中断 proteus硬件仿真绘制电路原理图 proteus硬件仿真-参数设置 proteus硬件仿真波形测试 仿真后确定的低位初值 原始初值 proteus硬件仿真-频率测量 proteus硬件仿真最终初值 l接续上题，用 定时器t1完成上述功能 org0000h ajmpmain org001bh ;t1入口地址 ajmpout1 ;住程序入口 main:movtmod,#00h ;t1方式0 movth1,#0f0h ;初值高位 movtl1,#0ch ;初值低位 setbtr1 ;开to setb et1 ;开定时器中断 setb ea ;开cpu中断 loop: sjmp loop ;等待 out1:cpl p1.0 ;p1.0去反 movth1,#0f0h ;初值高位 movtl1,#0ch ;初值低位 reti ;返回中断 end l【例】设系统时钟频率为12mhz，编程实现从p1.1输出周 期为1s的方波。 l 先产生500ms的周期性的定时，定时到则对p1.1取反就可 实现。由于定时时间较长，一个定时/计数器不能直接实现 ，可用定时/计数器t0产生周期性为10ms的定时，然后用 一个寄存器r2对10ms计数50次或用定时/计数器t1对 10ms计数50次实现。系统时钟为12mhz，定时/计数器t0 定时10ms，计数值n为10000，只能选方式1，方式控制字 为00000001b（01h），初值x： lx=65536-10000=55536=1101100011110000b l则th0=11011000b=d8h，tl0=11110000b=f0h。 （1）用寄存器r2作计数器软件计数，中断处理方式。 汇编程序： org 0000h ljmp main org 000bh ljmp intt0 org 0100h main： mov tmod，#01h mov th0，#0d8h mov tl0，#0f0h mov r2，#00h setb ea setb et0 setb tr0 sjmp $ intt0： mov th0，#0d8h mov tl0，#0f0h inc r2 cjne r2，#32h，next cpl p1.1 mov r2，#00h next： reti end 利用定时器 to，使与 pi 0口连接的发光二极管每 is闪烁 一次。 解：使发光二极管闪烁也可以利用例61的方法，在时间 到18时，对pi0取反。然而晶振的频率为 6 mhz，定时 器所能定时的最长的时间为 131072 ms，我们先用定时 器计数器t0做一个100 ms的定时器，另外再设定一个计 数器count，每