MCS-51定时器(计数器).ppt

第6章定时器/计数器,在测控系统中，常常需要有实时时钟和计数器，以实现定时控制以及对外界事件进行计数。MCS-51内部的两个16位定时器/计数器就具有这两种功能。本章将介绍他们的结构、原理、工作方式及使用方法。5.1定时器/计数器结构5.2定时器/计数器的四种工作方式5.3定时器/计数器对输入信号的要求5.4定时器/计数器编程和应用,5.1定时/计数器结构,5.1.1定时/计数器的结构与原理重点：定时的实质，定时与计数的关系5.1.2定时/计数器方式寄存器TMOD5.1.3定时/计数器控制寄存器TCON5.1.4定时/计数器的初始化,返回本章首页,5.1.1定时/计数器结构与原理,定时器/计数器简称定时器，8051单片机内部有2个16位的可编程定时/计数器：定时器0（T0）和定时器1（T1）。可编程是指其功能（如工作方式、定时时间、启动方式等）可以由指令来确定和改变。在定时器/计数器中除了有两个16位的计数器之外，还有2个特殊功能寄存器（控制寄存器TCON和方式寄存器TMOD）。,定时器/计数器的结构,这些寄存器之间是通过内部总线和控制逻辑电路连接起来的。,.,从结构图可以看出:16位的定时器/计数器分别由两个专用寄存器组成，即T0由TH0和TL0构成；T1由TH1和TL1构成。这些寄存器由于存放定时和计数初值。此外，内部还有一个8位的TMOD和一个8位的TCON。TMOD主要用于选定定时器的工作方式；TCON主要用于控制定时器的启动与停止。,定时器/计数器的原理,16位的定时器/计数器的实质上是一个加1的计数器,其控制电路受软件控制、切换。计数的次数和时间之间是相关的。,只要计数脉冲的间隔相等，计数值就代表时间的流逝,当定时器/计数器为定时工作方式时，加1信号由振荡器的12分频产生，即每过一个机器周期，计数值增1，直至计满溢出为止。显然，定时器的定时时间与系统的振荡频率有关。由于一个机器周期等于12个振荡周期，所以计数频率fcount=1/12fosc例：晶振为12MHZ，则计数周期为T=1/(12*106)Hz*1/12=1微秒最短的定时周期,当定时器/计数器为计数工作方式时，通过引脚T0和T1对外部信号计数，外部脉冲的下降沿触发计数采样过程：当输入脉冲信号从1到0的负跳变时，计数器就自动加1。由于检测一个由1到0的跳变需要两个机器周期，所以计数的最高频率为振荡频率的1/24。为了确保给定电平在变化前至少被采样一次，外部计数脉冲的高低电平均需保持一个机器周期以上。（占空比没有限制）,在每个机器周期的S5P2期间采样引脚。,结论：单片机中的定时器和计数器是一个东西，只不过计数器用来记录外界发生的事情，而定时器则是由单片机提供的一个非常稳定的计数源。,综上所述，我们已知定时器/计数器是一种可编程部件，所以在其开始工作之前，CPU必须将一些命令（控制字）写入定时器/计数器。这个过程称为定时器/计数器的初始化。当CPU用软件给定时器设置了某种工作方式之后，定时器就会按设定的工作方式独立运行，不再占用CPU的操作时间，除非定时器计数溢出，才可能中断CPU当前操作。,返回本节,5.1.2定时器/计数器方式寄存器TMOD(89H),GATE,C/T,M,1,0,M,GATE,C/T,1,M,0,M,控制T,1,控制T,0,89H,和T类同,0,1,M,0,M,00,01,10,11,方式,方式013位,方式116位,方式2自动重装,方式3适用T0,0,1,定时器模式,计数器模式,0,1,与INT无关,0,0,与INT有关,图5-2定时器工作模式寄存器TMOD,M1M0：方式选择位,C/T:功能选择位,GATE:门控位,返回本节,GATE=1时，若TR1=1，并且INT1=1,允许T0计数若TR1=0，或INT1=0,都禁止T0计数,GATE=0,若TR1=1,允许计数；若TR1=0，禁止计数,返回,由于在不同方式下计数器位数不同，因而最大计数值（量程）也不同。方式0：M=213=8192方式1：M=216=65536方式2：M=28=256方式3：定时器分成两个8位计数器，两个M均256,返回,TR1(0):运行控制位,5.1.3定时器/计数器控制寄存器TCON（88H）,图5-3定时器工作模式寄存器TCON,TF1(0):溢出标志,返回本节,5.1.4定时器/计数器的初始化,初始化的步骤如下：确定工作方式-对TMOD赋值置定时或计数的初值-可直接写入TH0(1),TL0(1)根据需要开放定时器/计数器的中断启动定时器/计数器。当实现了启动要求之后，定时器就按规定的工作方式和初值开始计数或定时。,因为定时器/计数器是作“加1”计数，并在计满溢出时产生中断，初值X可以这样计算：X=M-计数值(计数次数）例：在6MHZ主频下，要求产生1ms的定时,计算初值分析：因为定时器每“加1”一次所需的时间为2s,如果要产生1ms的定时，需加500次，500即为计数值。方式1下工作，初值X=M-计数值=65536-500=FE0CH,返回本章首页,5.2定时器/计数器的4种工作方式,由上节可知，通过对TMOD中的M1、M0的设置,可以选择四种工作方式。也就是每个定时器可构成4种电路结构模式。在模式0、1和2，T0和T1的工作方式相同，在模式3，两个定时器的方式不同。下面以T1为例，分述各种工作方式的特点和用法。,1方式0,16位寄存器中只用13位，其中TL1的高三位未用。,2方式1,16位寄存器全用,3方式2,这种工作方式可省去用户软件中重装常数的程序，并可产生相当精度的定时时间。,4方式3,该方式只适用于定时器T0，T0被拆成两个独立的8位计数器TH0和TL0。,1.方式3下的T0,2.T0工作在方式3下T1的各种工作方式,T0工作在方式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.,.T1工作方式0,T1工作方式1,(T0工作在方式3时T1为方式1的工作示意图),T1工作方式2,(T0工作在方式3时T1为方式2的工作示意图),T1工作方式3,T1的控制字M1M0=11时,T1停止计数,注意:在T0为方式3时,T1运行的控制条件只有2个,即C/T和M1,M0.,返回本章首页,5.3定时器/计数器对输入信号的要求,(1)当T0或T1被选定为定时工作模式时,定时器/计数器的输入脉冲的周期与机器周期一样,为时钟振荡频率的1/12.若f振荡=12MHz,则计数速率为1MHz(2)当T0或T1用作计数器时,计数脉冲来自相应的外部输入引脚.一次负跳变要花2个机器周期,即24个振荡周期,因此外部输入的计数脉冲的最高频率为系统振荡频率的1/24.如:f振荡=12MHz,则可输入500KHz.注:外部输入信号脉冲宽度至少保持1个机器周期.,返回本章首页,6.4定时/计数器及中断系统综合应用,【例6.1】设MCS-51单片机系统时钟频率CLK为6MHZ，要在P1.0引脚上输出1个周期为1毫秒的方波，占空比为50%的方波信号.如下图:,P1.0,6.4定时/计数器及中断系统综合应用,【例6.1】设MCS-51单片机系统时钟频率CLK为6MHZ，要在P1.0引脚上输出1个周期为1毫秒的方波，占空比为50%的方波信号.如下图:,P1.0,解:(1)计算初值:机器周期=2s=2*10-6s(216-X)210-6=110-3,即(216-X)=500,X=65036X=FEOCH=1111111000001100B则TH0=0FEH,TL0=0CH,(2)初始化程序:对定时器初始化和中断初始化即对IP,IE,TCON,TMOD的相应位设置,并将计数初值装入定时器.如:TMOD=01H,定时方式1IP=00H,IE=92H,TCON=10H即ET0=1,EA=1,TR0=1,方法一：中断方式：,ORG0000HRESET:AJMPMAINORG000BHAJMPIT0PORG0100HMAIN:MOVSP,#60HMOVTMOD,#01H,ACALLPT0M0HERE:AJMPHEREPTOM0:MOVTL0,#0CHMOVTH0,#0FEHSETBTR0SETBET0SETBEARET,ITOP:MOVTL0,#0CHMOVTH0,#0FEHCPLP1.0RETI,方法二：软件查询,ORG0000HMOVTMOD,#01HLOOP:MOVTH0,#0FEHMOVTL0,#0CHSETBTR0,LOOP1:JNBTF0,LOOP1CLRTR0CPLP1.0SJMPLOOP,【例6.2】设MCS-51单片机系统时钟频率CLK为6MHZ，请编出利用定时/计数器T0在P1.0引脚上产生周期为2秒，占空比为50%的方波信号的程序（1）主程序任务：1）T0工作方式的设定：选择方式1（16位方式）（最大定时131ms）2）定时常数的设定：TC=216-100ms/2s=15536=3CB0H每隔100ms中断一次,中断10次为1s,即：TH0应装3CH，TL0应装B0H。3）中断管理：允许T0中断，开放总中断即：IE应装10000010B。4）启动定时器T0：SETBTR05）设置软件计数器初值：（如使用R7）即R7应装0AH6）动态停机：SJMP$,主程序如下：MAIN：MOVTMOD，#01H；设定T0为方式1MOVTH0，#3CH；装入定时常数高8位MOVTL0，#0B0H；装入定时常数低8位MOVIE，#82H；开放T0中断SETBTR0；启动T0MOVR7，#0AH；设置软件计数器SJMP$,（2）中断服务程序任务：1）恢复T0常数；2）软件计数器减1；3）判断软件计数器是否为0。为0时，改变P1.0状态，并恢复软件计数器初值；不为0时中断返回。程序如下：TOINT：MOVTL0，#0B0H；恢复定时常数MOVTH0，#3CH；DJNZR7，NEXTCPLP1.0MOVR7，#0AHNEXT：RETI,完整程序如下：,ORG0000HMOVTH0，#3CHAJMPMAINMOVTL0，#0B0HORG000BHMOVIE，#82HAJMPTOINTSETBTR0ORG0030HMOVR7，#0AHMAIN：MOVTMOD，#01H,SJMP$TOINT:MOVTL0，#0B0HMOVTH0，#3CHDJNZR7，NEXTCPLP1.0MOVR7，#0AHNEXT：RETIEND,方式2的应用,【例6.3】把T0（P3.4）作为外部中断请求输入线即T0引脚发生负跳变时，向CPU请求中断。下面程序T0定义方式1计数，即计数输入端T0发生一次负跳变，计数器加1即产生溢出标志，向CPU发中断，程序在T0产生一次负跳变后，使P1.0产生周期为1ms的方波，其中定时器T1用于方式2产生0.5ms定时。,T=1s,T0(P3.4),P1.0,T1为方式2定时,T0为方式1计数,T0的计数初值:TH0=0FFH,TL0=0FFHT1的定时初值:(28-X)210-6=510-4,X=06H,方法一：（中断方式）ORG0000HRESET:AJMPMAIN；复位入口转主程序ORG000BHLJMPIT0P；转T0中断服务程序ORG001BHLJMPIT1P；转T1中断服务程序,ORG0100HMAIN:MOVSP,#60HACALLPT0M2；对T0、T1初始化LOOP:MOVC,F0；T0产生中断了吗,产生过,则F0=1JNCLOOPSETBTR1；启动T1SETBET1；允许T1中断HERE:AJMPHERE,PT0M2:MOVTMOD,#26H；T0,T1初始化程序MOVTL0,#0FFH；T0置初值MOVTH0,#0FFHSETBTR0；启动T0SETBET0；允许T0中断,MOVTL1,#06H，T1置初值MOVTH1,#06HCLRF0SETBEA；CPU开放中断RET,IT0P:CLRTR0；停止T0计数SETBF0；建立产生中断标志RETIIT1P:CPLP1.0；P1.0位取反RETI,方式2应用计数模式,【例6.4】用定时器T1的方式2对外部计数,要求每计满100个数,将P1.0引脚信号求反.解:P3.5引脚输入外部信号,每发生1次负跳变计数器加1,每输入100个脉冲,计数器溢出中断,将P1.0引脚求反.TMOD=60H,注意:此处T0不能为方式3,其它皆可.X=28-100=156=9CH,程序清单:,ORG0000HLJMPMAINORG001BHCPLP1.0RETI,ORG0100HMAIN:MOVTMOD,#60HMOVTL0,#9CHMOVTH0,#9CHSETBTR1HERE:AJMPHERE,方式3的应用,【例6.3A】T0方式3，分别产生200us和400us的定时并使P1.0和P1.1分别产生400us和800us的方法,fosc=6MHZ解:TL0用于定时200us,TH0用于定时400us(28-X)*2*10-6=200*10-6,X=156即X=9CH(28-X)*2*10-6=400*10-6,X=56即X=38H,ORG0000HSTART:AJMPMAINORG000BHAJMPP1TOORG001BHAJMPPIT1,MAIN:MOVSP,#60HMOVTMOD,#03HMOVTL0,#9CHMOVTH0,#38HMOVTCON,#50HMOVIE,#8AH,HERE:AJMPHEREPIT0:MOVTL0,#9CHCPLP1.0RETIPIT1:MOVTH0,#38HCPLP1.1RETI,【例6.3B】假设某MCS-51应用系统的2个外部中断源已被占用,设置定时器T1工作在方式2,作波特率发生器用.现要求增加1个外部中断源,并控制P1.0引脚输出1个5KHz的方波.fosc=6MHZ.,T0(P3.4),TL0为方式3计数,100s,100s,TH0为方式3定时,P1.0,(1)初值计算:TL0=0FFH,(28-X)210-8=110-4,X=156=9CH即TH0=9CHORG0000HLJMPMAINORG000BHLJMPTL0INT,ORG001BHLJMPTH0INTORG0100HMAIN:MOVTMOD,#27H;00100111MOVTL0,#0FFHMOVTH0,#9CH,MOVTL1,#data1;data据波特率常数定MOVTH1,#data1MOVTCON,#55H;边沿触发,启动定时MOVIE,#9FH,中断允许TL0INT:MOVTL0,#0FFH,RETITH0INT:MOVTH0,#9CHCPLP1.0RETI,中断处理,门控位GATE的应用,【例6.4】门控GATE1使定时/计数器T1启动计数受INT1的控制。当GATE1为1，TR为1时，只有INT1引脚输入高电平，T1才被允许计数，故可测引脚P3.3上正脉冲宽度。（机器周期数）解:门控为1，定时器启动计数受外部输入电平的影响，可测外部是输入脉冲宽度。被测脉冲输入P3.3(INT1),T1为定时方式。,ORG0000HRESET:AJMPMAINORG0100HSTART:MOVTMOD,#90H;门控定时,T1为方式1MOVSP,#60H,MOVTL1,#00HMOVTH1,#00HLOOP1:JBP3.3LOOP1;SETBTR1LOOP2