教学课件MCS-51单片机定时器计数器教学课件PPT.ppt

第6章 mcs-51单片机定时器/计数器,教学目标 第一节 mcs51定时/计数器的结构 第二节 定时/计数器的方式和控制寄存器 第三节 定时/计数器的工作方式 第四节 定时/计数器应用 第五节 定时/计数量程的扩展 本章小结 思考题与习题,(p288) 7.6 mcs51内部定时器/计数器,教学目标,通过本章教学，要求达到以下目标： 1 . 了解定时/计数器内部结构及工作原理。 2熟悉定时/计数器控制寄存器tcon、工作 方式寄存器tmod的结构、控制作用和设 置方法。 3理解定时/计数器4种工作方式，重点掌握方 式1、方式2的应用。 4学会定时/计数器初值的计算方法。 5掌握定时/计数器应用程序的编制方法。,在实际的控制系统中常要求有外部实时时钟，以实现定时或延时控制；还要求有外部计数器，以实现对外界事件进行计数。 例如：在单片机控制的电力拖动系统中，控制的对象为电动机，为了实现闭环控制，就需要定时地对转速进行采样。若采用光电脉冲发生器作为检测元件，则先应对每个采样周期中光电脉冲发生器发出的脉冲进行计数，然后再通过实时计算求得对应的转速。,对于定时/计数器来说，不管是独立的定时器芯片还是单片机内的定时器，大都有以下特点： (1)定时/计数器有多种工作方式，可以是计数方式也可以是定时方式，其实是一个东西。 (2)定时/计数器的计数值是可变的，当然对计数的最大值有一定限制，这取决于计数器的位数。计数的最大值也就限制了定时的最大值。 (3)可以按照规定的定时或计数值，在定时时间到或者计数终止时，发出中断申请，以便实现定时控制。,6.1 定时/计数器的结构及工作原理,mcs-51单片机的定时/计数器简称t/c,t/c的结构图,加1计数器,p3.5,p3.3,中断申请,启停控制,计数/定时脉冲源,t/c的核心是1个16位加1计数器； 它由两个8位的特殊功能寄存器构成: 低八位：tl，计满向高八位进位 高八位：th,说明：,加1计数器,加1计数器,16位的加1计数器由两个8位的特殊功能寄存器thx或tlx组成(x=0、1)。它们可被程序设置为不同的组合状态。(13位、16位、两个分开的8位等)，从而形成不同的4种工作方式，这只要用指令改变tmod(工作方式控制寄存器)的相应位即可实现。,加1计数器,加1计数器计满后(13位为213、16位为216、8位为28)，向cpu申请中断，标志位tf1自动置位，若中断是开放的，则cpu响应定时器中断。当cpu响应中断转向中断服务程序时，由硬件自动将该位清0。,中断申请,输入脉冲有两个来源: 外部脉冲源，对应单片机p3.4、p3.5引脚。 系统时钟（振荡器）经12分频以后的脉冲信号。,说明：,加1计数器,p3.5,加1计数器,模拟位开关决定了t/c的工作状态：当开关处于上方时为定时状态,处于下方时为计数状态。工作状态的选择由特殊功能寄存器tmod的c/t位来决定。,p3.5,计数/定时脉冲源,加1计数器,当t/c处于计数模式时，对p3.4（计数器t0）、p3.5（计数器t1）、输入脉冲进行统计。由特殊功能寄存器tmod的c/t位来决定。,p3.5,加1计数器,当t/c处于定时方式时，由于一个机器周期包含12个振荡周期所以它的计数速率是振荡频率的1/12。加1计数器在每个机器周期加1。因此，也可以把它看作在累计机器周期。,加1计数器,tr1、gate、/int1共同控制定时器的启动。,p3.3,6.2 定时/计数器的控制和方式寄存器,mcs-51单片机有2个特殊功能寄存器tcon和tmod: tcon：用于控制定时器的启动与停止，中断标志。 tmod：用于设置t/c的工作方式。,1.定时器控制寄存器tcon,d7 d6 d5 d4 d3 d2 d1 d0,t c o n,88h,位地址,外部中断标志和触发方式,0：无 tx中断（硬件复位）,1：有 tx溢出中断,0：停 tx计数,1：启 tx计数,tfx：,trx：,定时器启停和标志,tf0(tf1)：为t0(t1)定时器溢出中断标志位。当t0(t1)计数溢出时，由硬件置位，并在允许中断的情况下发出中断请求信号。当cpu响应中断转向中断服务程序时，由硬件自动将该位清0。,tr0(tr1)：为t0(t1)运行控制位。该位由软件进行设置。 当tr0(tr1)=1时启动t0(t1)； tr0(tr1)=0时关闭t0(t1)。,2.定时器工作方式寄存器tmod,定时器工作方式寄存器tmod用于选择定时器的工作方式。,c/t 0,c/t 1,m1m0：t/c工作方式定义位。,89h,gata：定时/计数器启动控制位。,t mod,gate：门控制位,用于控制定时器的启动是否受外部中断源信号的影响（或称外部引脚信号的控制）。 gate=0时，与外部中断无关，由tcon寄存器中的trx位控制启动。 gate=1时，由控制位trx和引脚 共同控制启动。,6.3 定时/计数器的工作方式,t mod,t/c构成一个13位的计数器，由thx的8位和tlx的低5位组成，tlx的高3位未用，满计数值为213。 t/c启动后立即加1计数，当tlx的低5位计数溢出时向thx进位，thx计数溢出则对相应的溢出标志位tfx自动置位，以此作为定时器溢出中断标志。 当单片机进入中断服务程序时，由内部硬件自动清除该标志。,1、方式0,m1m0=00,t/c方式0的逻辑结构图,th1/th0,tl1/tl0,tl1 (5位),计数,构成16位定时/计数器。 其中thx作为高8位，tlx作为低8位，满计数值为216，其余同方式0类似。,2、方式1,m1m0=01,t/c方式1的逻辑结构图,th1/th0,tl1/tl0,计数,构成1个8位自动重装载的t/c，满计数值为28。 在方式0和方式1中，当计数满后，若要进行下一次定时/计数,需用软件向thx和tlx重新予置计数初值。 在方式2中thx和tlx被当作两个8位计数器，计数过程中thx寄存8位初值并保持不变，由tlx进行8位计数。计数溢出时，除产生溢出中断请求外，还自动将thx中的初值重新装到tlx中去，即重装载。 除此之外，方式2也同方式0类似。,3、方式2,m1m0=10,t/c方式2的逻辑结构图,th1/th0,tl1/tl0,计数,寄存器,th0和tl0被拆成2个独立的8位计数器。 tl0既可作为定时器使用，也可作为计数器使用，它占用了定时器t0所使用的控制位(c/t、gate、tr0、tf0)，其功能和操作与方式0或方式1完全相同。 th0只能作定时器用，并且占据了定时器t1的两个控制信号tr1和tf1。,t0和t1有不同的工作方式,c/t0：,定时器t1只能按不需要中断的方式2工作。,c/t1：,4、方式3,m1m0=11,t/c方式3的逻辑结构图,th1,tl1,计数,th0,tl0,计数,计数,寄存器,(1)确定工作方式，即对tmod寄存器进行赋值。 (2)计算计数初值，并写入寄存器th0、tl0或th1、tl1中。 (3)根据需要，置位etx允许t/c中断。 (4)置位ea使cpu开中断(需要时)。 (5)置位trx启动计数。,6.4 定时/计数器应用,可编程器件在使用之前需要进行初始化。对定时/计数器而言需： 第一要能正确写入控制字； 第二能进行计数初值的计算。,一般步骤,定时/计数器的初始化,定时/计数初值的计算方法,计数方式的初值计算,定时方式的初值计算,定时/计数初值的计算方法,计数方式的初值计算： 计数器是在计数初值的基础上进行加1计数，并能在计数器从全“1”变为全“0”时自动产生定时溢出中断请求。 假设需要的计数值为n，则应装入的计数初值为：,x=mn (m ：模数，为216、213、28、n ：需要的计数值）,定时/计数初值的计算方法,定时方式的初值计算：,在定时方式下，计数脉冲由单片机主脉冲经12分频后得到，因此定时器定时时间为：,m ：模数，为216、213、28 tc ：定时计数初值 t计数：计数脉冲周期 t ： 需要的定时时间,fs：晶振频率 tcp ：机器周期,计数初值：,其中：,设：fs12mhz，初值tc0，则：,方式0时：tmax2131s8.192 ms 方式1时：tmax2161s65.536 ms 方式2、3 时：tmax281s0.256 ms,最大定时时间计算,思考：fs6mhz定时最大时间为多少？8mhz呢？,设：fs6mhz，初值tc0，则：,方式0时：tmax2132s16.384 ms 方式1时：tmax2162s131.072 ms 方式2、3 时：tmax282s0.512 ms,最大定时时间计算,例1,若晶振频率为6mhz，试计算mcs-51单片机定时/计数器的最小定时时间和最大定时时间。,解：先确定机器周期：,tcp12/6=2s,计算最小定时时间：,对于定时器的几种工作方式来说，最小定时时间都是一样的，即仅计一个脉冲便产生溢出，所以 tmin=1tcp=12s=2s,计算最大定时时间：,当t/c工作在方式1下的定时时间最长，则最大定时时间为:,tmax=216tcp=2162s=131072s=131ms,例2:,若单片机的晶振频率为6mhz，要求定时/计数器t0产生100ms的定时，试确定计数初值以及tmod寄存器的内容。,解：,当晶振频率为6mhz时，在不扩展计数器情况下产生100ms的定时只能采用方式1(16位定时器)。,计数初值：tcmt/t计数,t计数2s,tc 216100103/2 655365000015536 3cb0h,方式0时：tmax2132s16.384 ms 方式1时：tmax2162s131.072 ms 方式2、3 时：tmax282s0.512 ms,对于t0来说：m1m0=01、 = 0 、gate=0。 由于t1不用，可任意设置，现取为全0。 所以： tmod=0000,0001b=01h,设置tmod方式字：,c/t 0,c/t 1,89h,tmod,例2:,若单片机的晶振频率为6mhz，要求定时/计数器t0产生100ms的定时，试确定计数初值以及tmod寄存器的内容。,例3,利用定时/计数器t0通过p1.0引脚输出周期为2ms的方波，设晶振频率为12mhz。试确定计数初值、tmod内容及编制相应程序。,若要产生周期为2ms的方波，只要每1ms将信号的幅值由0变到1或由1变到0即可，可采用取反指令cpl来实现。为了提高cpu的效率，可采用定时中断的方式，每1ms产生一次中断，在中断服务程序中将输出信号取反即可。 定时器t0的中断入口地址为000bh。,分析：,计算计数初值：,解：,对于定时1ms来说，用定时器方式0(13位定 时器)就可实现。,tc 213(110-3 ) /(110-6 ) 819210007192 0001110000011000b =1c18h?,则其高8位为e0h,低5位为18h, 故th0=e0h（高8位）,tl0=18h（低5位）。, 确定tmod方式字：,对于定时器t0来说，m1m0=00h、 =0、gate=0。定时器t1不用，取为全0。于是 tmod=00000000b=00h,c/t 0,c/t 1,t mod,org 0000h ljmp main org 000bh ;t0中断服务程序入口 ljmp int0 ;转至int处 org 2000h ;主程序 main: mov tmod,00h ;置t0为定时方式0 mov th0,0e0h ;设置计数初值 mov tl0,18h setb ea ;cpu开中断 setb et0 ;允许t0中断 setb tr0 ;启动t0 halt: sjmp $ ;暂停,等待中断 int0: cpl p1.0 ;输出方波 mov th0,0e0h ;重新装计数初值 mov tl0,18h reti ;中断返回 end, 程序设计：,机器周期 1 2 2,特别注意： 当采用方式0、1、3时，只要不关闭定时/计数器，那么每当计数器回0溢出时，都需要重新装入计数初值，以保证计数值不变。 为了得到精确的定时，重装时要扣去cpu响应中断和执行重装所需要的时间。,cpu响应中断需38个周期（一般按45个估算），本例中重装完定时常数，执行了3条指令，用了5个机器周期，故重装时使计数减去10个机器周期。,int0: cpl p1.0 ;输出方波 mov th0,0e0h ;重新装计数初值 mov tl0,22h ；22h18h+0ah reti ;中断返回,修改后的中断服务程序为:,例4,分析：程序和例3很相似，不同之处为不需要中断和中断服务程序。 查询的对象是定时器t0的溢出标志tf0，在计数过程中，tf0为0；当定时时间到，计数器溢出使tf0置1。 由于未采用中断，tf0置1后不会自动复位为0，故需用指令使tf0复位为0。,用查询方式产生例3中所要求的方波。,解：计数初值的计算以及tmod的选取同例3。 tmod00h ;置定时器t0为方式0 th00e0h ;设置计数初值 tl018h,org ooooh ljmp main org o100h main: mov tmod,00h ;置定时器t0为方式0 mov th0,0e0h ;设置计数初值 mov tl0,18h mov ie,00h ;禁止中断 setb tr0 ;启动t0定时 loop: jbc tf0,loop1 ;查询计数溢出,若跳转同时清tf0 sjmp loop ;tf0=0,则反复查询 loop1: cpl p1.0 ;输出方波 mov th0,0e0h ;重新装入计数初值 mov tl0,18h sjmp loop ;重复循环 end,设晶振频率为6mhz、定时/计数器t0工作于方式3，tl0和th0作为两个独立的8位定时器，要求tl0使p1.0产生400s的方波，th0使p1.1产生800s的方波。,例5,解：当采用方式3时，对于th0来说，需要借用定时器t1的控制信号。,计算计数初值： x0=28-20010-6/210-6=156=9ch x1=28-40010-6/210-6=56=38h 确定tmod方式字： 对定时器t0来说，m1m0=11、c/t =0、gate=0，定时器t1不用，取为全0。 则： tmod=00000011b=03h,设晶振频率为6mhz、定时/计数器t0工作于方式3，tl0和th0作为两个独立的8位定时器，要求tl0使p1.0产生400s的方波，th0使p1.1产生800s的方波。,例5,p1.0,p1.1,org 0000h ljmp main org 0100h ;主程序 main:mov tmod,03h ;t0工作于方式3 mov tl0,9ch ;置计数初值 mov th0,38h setb ea ;cpu开中断 setb et0 ;允许t0中断(用于tl0) setb et1 ;允许t1中断(用于th0) setb tr0 ;启动tl0 setb tr1 ;启动th0,程序设计：,setb tr0 ;启动tl0 setb tr1 ;启动th0 halt:sjmp halt ;暂停，等待中断 org 000bh ;tl0中断服务程序 cpl p1.0 ;p1.0取反 mov tl0,9ch ;重新装入计数初值 reti ;中断返回 org 001bh ;th0中断服务程序 cpl p1.1 ;p1.1取反 mov th0,38h ;重新装计数初值 reti ;中断返回 end,6.5 定时/计数量程的扩展,扩展的方法(n216 ) ： 硬件扩展：计数器级联。如t0计数满量程后，将px.x取反，再送入t1端计数即可。 软件扩展：t满量程后，在某一个/多个寄存器加1/减1，使最终的计数满足要求。,在p1.7端接一个发光二极管led，要求利用定时控制使led亮一秒灭一秒周而复始，设fosc=6mhz。,例6：,fs6mhz，初值tc0，则：,方式0时：tmax2132s16.384 ms 方式1时：tmax2162s131.072 ms 方式2、3 时：tmax282s0.512 ms,p1.7,52,方法1：t0每隔100ms中断一次，中断10次即实现了1秒的定时。,软件扩展：t满量程后，在某一个/多个寄存器加1/减1，使最终的计数满足要求。,53,org 0000h ljmp main org 000bh ；t0中断服务程序入口 ajmp ip0 org 0030h ；主程序开始 main： clr p1.7 ；t0定时100ms mov tmod，#01h mov th0，#3ch mov tl0，#0b0h setb et0 setb ea mov r4，#0ah setb tr0 sjmp ；等待中断 ip0： djnz r4，ret0 ；中断10次计数未到，返回继续定时 cpl p1.7 ；定时100ms10次，说明1s到，p1.7取反 mov r4，#0ah ret0： mov th0，#3ch mov tl0，#0b0h reti end,54,解：方法2:采用t0产生周期为200ms脉冲，即p1.0每100ms取反一次作为t1的计数脉冲，t1对p1.0下降沿计数，因此t1计5个脉冲正好1000ms。,在p1.7端接一个发光二极管led，要求利用定时控制使led亮一秒灭一秒周而复始，设fosc=6mhz。,t0采用定时，方式1， x0= 65536-50000 得x0=3cb0h， t1采用计数方式2， 计数初值x1 =256-5=fbh,例6：,55,56,org 0000h main： clr p1.7 setb p1.0 mov tmod，#61h mov th1，#0fbh mov tl1，#0fbh setb tr1 loop1: cpl p1.7 loop2：mov th0，#3ch mov tl0，#0b0h setb tr0 loop3: jbc tf0，loop4 sjmp loop3 loop4：cpl p1.0 jbc tf1，loop1 ajmp loop2 en