定时器工作原理.doc

定时器工作原理通电延时型。只要在定时的时间段内（即1分钟）定时器一直得电，则常开触电就会闭合，只要定时器不断电常开触电就会一直闭合。定时器断电则常开触电断开1，定时器/计数器的结构与功能主要介绍定时器0（T0）和定时器1（T1）的结构与功能。图6.1是定时器/计数器的结构框图。由图可知，定时器/计数器由定时器0、定时器1、定时器方式寄存器TMOD和定时器控制寄存器TCON组成。定时器0，定时器1是16位加法计数器，分别由两个8位专用寄存器组成：定时器0由TH0和TL0组成，定时器1由TH1和TL1组成。图6.1定时器/计数器结构框图TL0、TL1、TH0、TH1的访问地址依次为8AH8DH，每个寄存器均可单独访问。定时器0或定时器1用作计数器时，对芯片引脚T0（P3.4）或T1（P3.5）上输入的脉冲计数，每输入一个脉冲，加法计数器加1；其用作定时器时，对内部机器周期脉冲计数，由于机器周期是定值，故计数值确定时，时间也随之确定。TMOD、TCON与定时器0、定时器1间通过内部总线及逻辑电路连接，TMOD用于设置定时器的工作方式，TCON用于控制定时器的启动与停止。6.1.1计数功能计数方式时，T的功能是计来自T0(P3.4)T1(P3.5)的外部脉冲信号的个数。输入脉冲由1变0的下降沿时，计数器的值增加1直到回零产生溢出中断，表示计数已达预期个数。外部输入信号的下降沿将触发计数，识别一个从“1”到“0”的跳变需2个机器周期，所以，对外部输入信号最高的计数速率是晶振频率的1/24。若晶振频率为6MHz，则计数脉冲频率应低于1/4MHz。当计数器满后，再来一个计数脉冲，计数器全部回0，这就是溢出。脉冲的计数长度与计数器预先装入的初值有关。初值越大，计数长度越小；初值越小，计数长度越大。最大计数长度为65536（216）个脉冲（初值为0）。6.1.2定时方式定时方式时，T记录单片机内部振荡器输出的脉冲(机器周期信号)个数。每一个机器周期使T0或T1的计数器增加1，直至计满回零自动产生溢出中断请求。定时器的定时时间不仅与定时器的初值有关，而且还与系统的时钟频率有关。在机器周期一定的情况下，初值越大，定时时间越短；初值越小，定时时间越长。最长的定时时间为65536（216）个机器周期（初值为0）。6.2定时器/计数器控制寄存器与对定时器/计数器有关的控制寄存器共有4个：TMOD、TCON、IE、IP。IE、IP已在中断一节中介绍，这里不再赘述。6.2.1定时器/计数器控制寄存器TCON特殊功能寄存器TCON用于控制定时器的操作及对定时器中断的控制。其各位定义格式如下。其中D0D3位与外部中断有关，已在中断系统一节中介绍。TF0和TF1：定时器/计数器溢出标志位。当定时器/计数器0（或定时器/计数器1）溢出时，由硬件自动使TF0（或TF1）置1，并向CPU申请中断。CPU响应中断后，自动对TF1清零。TF1也可以用软件清零。TR0和TR1：定时器/计数起运行控制位。TR0（或TR1）=0，停止定时器/计数器0（或定时器/计数器1）工作。TR0（或TR1）=1，启动定时器/计数器0（或定时器/计数器1）工作。可由软件置1（或清0）来启动（或关闭）定时器/计数器，使定时器/计数器开始计数。用指令SETB（或CLR）使运行控制位置1（或清0）。6.2.2工作方式寄存器TMODTMOD用于控制定时器/计数器的工作方式。字节地址为89H，不可位寻址，只能用字节设置其内容。其格式如下：定时器/计数器1定时器/计数器0位序D7D6D5D4D3D2D1D0位标志GATEC/M1M0GATEC/M1M0其中，低4位用于T0，高4位用于T1的。GATE：门控位。GATE0，只要用软件使TR0（或TR1）置1就能启动定时器/计数器0（或定时器/计数器1）；GATE1，只有在（或）引脚为高电平的情况下，且由软件使TR0（或TR1）置1时，才能启动定时器/计数器0（或定时器/计数器1）工作。不管GATE处于什么状态，只要TR0（或TR1）=0定时器/计数器便停止工作。C/：定时器/计数器工作方式选择位。C/0，为定时工作方式；C/1，为计数工作方式。M0、M1：工作方式选择位，确定4种工作方式。如表6.1所示。表6.1定时器/计数器工作方式选择M1M0工作方式功能说明00113位计数器01216位计数器103自动再装入8位计数器114定时器0：分成两个8位计数器定时器1：停止计数【例6.1】设置定时器1工作于方式1，定时工作方式与外部中断无关，则M1=0，M0=1，GATE=0，因此，高4位应为0001；定时器0未用，低4位可随意置数，但低两位不可为11（因方式3时，定时器1停止计数），一般将其设为0000。因此，指令形式为：MOVTMOD，#10H定时器/计数器工作方式与程序设计通过对特殊功能寄存器TMOD中的设置M1、M0两位的设置来选择四种工作方式，定时器/计数器0、1和2的工作方式相同，方式3的设置差别较大。6.3.1工作方式0工作方式寄存器TMOD中的M1M0为：00。定时器/计数器T0工作在方式0时，16位计数器只用了13位，即TH0的高8位和TL0的低5位，组成一个13位定时器/计数器。当TL0的低5位计满溢出时，向TH0进位，TH0溢出时，对中断标志位TF0置位，向CPU申请中断。定时器/计数器0方式0的逻辑结构如图6.2所示。1工作在定时方式C/0，定时器对机器周期计数。定时器在工作前，应先对13位的计数器赋值，开始计数时，在初值的基础上进行减1计数。定时时间的计算公式为：定时时间（213计数初值）晶振周期12或定时时间（213计数初值）机器周期若晶振频率为12MHz，则最短定时时间为213(2131)(1/12)106121 s最长定时时间为（2130）（1/12）106128 192 s2工作在计数方式C/1，13位计数器对外部输入信号进行加1计数。利用由0变为1时，开始计数，由1变为0时，停止计数，可以测量在端出现的正脉冲的宽度。计数值的范围是1213=8192 (个外部脉冲)。【例6.2】假设AT89S52单片机晶振频率为12MHz，要求定时时间8ms，使用定时器T0，工作方式0，计算定时器初值X。解：t =（213X）机器周期当单片机晶振频率为12MHz时，机器周期=1s8103=（213X）1X = 8192-8000 = 192转换成二进制数为：11000000B【例6.3】假设AT89S52单片机晶振频率为12MHz，所需定时时间为250s，当T0工作在方式0时T0计数器的初值是多少？解：t =（213X）机器周期当单片机晶振频率为12MHz时，机器周期=1s250 =（213X0）1X0= 8192-250 = 7942转换成二进制数为：1111100000110B【例6.4】利用T0方式0产生1ms的定时，在P1.2引脚上输出周期为2ms的方波。设单片机晶振频率fosc12MHz。解：（1）解题思路要在P1.2引脚输出周期为2ms的方波，只要使P1.2每隔1ms取反一次即可。执行指令为CPLP1.2。（2）确定工作方式:方式0TMOD=00HC/0：T0为定时功能；（D2位）GATE0，只要用软件使TR0（或TR1）置1就能启动定时器T0（或T1）；M1M0 = 00，工作方式0TMOD的值为= 00HTMOD.4TMOD.7可取任意值，因T1不用，这里取0值。使用MOVTMOD , #00H即可设定T0的工作方式（3）计算1 ms定时时T0的初值机器周期T = 1fosc12 = 1s计数个数：X =1ms/ls = 1000设T0的计数初值为x0，则x0(213一X)s819210007192D转换成二进制数为：1110000011000B高8位低5位将高8位11100000 = 0E0H装入TH0将低5位11000 = 18H装入TL011EA = 1 ,CPU开放中断；ET0 = 1，允许T0中断；（4）编程可采用中断和查询两种方式编写程序。方法一：中断方式ORG0000HAJMPMAIN；转主程序MAINORG000BHAJMPIT0P；转T0中断服务程序IT0PORG1000HMAIN：MOVSP，#60H；设堆栈指针MOVTH0 , #0E0H；给定时器T0送初值MOV TMOD，#00H；设置T0为方式0，定时MOVTL0 , #18H；送定时初值MOV TH0，#0E0HSETBEA；CPU开中断SETBET0；T0允许中断SETB TR0；启动T0定时HERE：SJMPHERE；等待中断中断服务程序：IT0P：ORG1200H；T0中断入口MOVTL0，#18H；重新装入计数初值MOVTH0，#0E0HCPLP1.2；输出方波RETI；中断返回END方法二：查询方式MOVTMOD，#00H；设置T0为方式0，定时MOVTL0，#18H；送初值MOVTH0，#0E0HSETBTR0；启动T0定时LOOP：JBCTF0，NEXT；查询定时时间到否?SJMPLOOPNEXT：MOVTL0，#18H；重新装入计数初值MOV TH0，#0E0HCPLP1.2；输出方波SJMPLOOP；重复循环6.3.2工作方式1工作方式寄存器TMOD中的M1M0为：01。定时器T0工作方式1与工作方式0类同，差别在于其中的计数器的位数。工作方式1以16位计数器参与计数。定时器/计数器0方式1的逻辑结构如图6.3所示。1工作在定时方式C/0，定时器对机器周期计数。定时时间的计算公式为：定时时间（213计数初值）晶振周期12或定时时间（213计数初值）机器周期若晶振频率为12MHz，则最短定时时间为216(2161)(1/12)106121 s最长定时时间为（2160）（1/12）1061265 536 s65.5 ms2工作在计数方式C/1，16位计数器对外部输入信号进行加1计数。计数值的范围是1216=65 536 (个外部脉冲)。【例6.5】假设AT89S52单片机晶振频率为12MHz，所需定时时间为10ms，当T0工作在方式1时T0计数器的初值是多少？解：t =（216X0）机器周期当单片机晶振频率为12MHz时，机器周期=1s10103=（213X0）1X = 65536-10000 = 55536转换成二进制数为：1101100011110000 B = 0D8F0H【例6.6】假设AT89S52单片机晶振频率为12MHz，定时器T0的定时初值为9800，计算T0工作在方式1时的定时时间。解：t =（216X0）机器周期当单片机晶振频率为12MHz时，机器周期=1st =（2169800）1t = 65536-9800 = 55736s【例6.7】用定时器T0产生50HZ的方波。由P1.0输出此方波（设时钟频率为12MHZ）。采用中断方式。解：50HZ的方波周期T为T = 1/50 = 20ms可以用定时器产生10ms的定时，每隔10ms改变一次P1.0的电平，即可得到50HZ的方波。定时器T0应工作在方式1。（1）工作在方式1时的T0初值，根据下式计算：t =（216X）机器周期时钟频率为12MHz，则机器周期= 1s10103=（216X） 1X = 65536 10000 = 55536转换为二进制数：1101100011001100B高8位低8位高8位= 0D8H装入TH0，低8位= 0CCH装入TL0。（2）程序ORG0000HAJMPMAINORG000BH；T0的中断入口地址AJMPT0INTORG0100HMAIN：MOVTMOD , #01H；设置T0为工作方式1MOVTH0 , #0D8 H；装入定时器初值MOVTL0 , #0CC HSETBET0；设置T0允许中断SETBEA ；CPU开中断SETBTR0；启动T0SJMP$；等待中断中断服务程序；ORG0300HT0INT：CPLP1.0；P1.0取反MOVTH0 , #0D8H；重新装入定时初值MOVTL0 , #0CCHRETI注：SETBET0；设置T0允许中断SETBEA ；CPU开中断这两条指令可以等效为MOVIE , #82H。6.3.3工作方式2定时器/计数器0方式2的逻辑结构如图6.4所示。工作方式寄存器TMOD中的M1M0为：10定时器/计数器在工作方式2时，16位的计数器分成了两个独立的8位计数器TH和TL。此时，定时器/计数器构成了一个能重复置初值的8位计数器。其中，TL用作8位计数器，TH用来保存计数的初值。每当TL计满溢出时，自动将TH的初值再次装入TL。1工作在定时方式C/0，定时器对机器周期计数。定时时间的计算公式为：定时时间（28计数初值）晶振周期12或定时时间（28计数初值）机器周期若晶振频率为12MHz，则最短定时时间为28(281)(1/12)106121 s最长定时时间为（280）（1/12）10612256 s2工作在计数方式C/1，8位计数器对外部输入信号进行加1计数。计数值的范围是128=256 (个外部脉冲)。【例6.8】利用T0方式2实现以下功能：当T0(P3.4)引脚每输入一个负脉冲时，使P1.0输出一个500s的同步脉冲。设晶振频率为6MHz，请编程实现该功能。其波形如图6.5所示。图6.5例6.6波形图(1)确定工作方式首先选T0为方式2，外部事件计数方式。当P3.4引脚上的电平发生负跳变时，T0计数器加1，溢出标志TF0置1；然后改变T0为500s定时工作方式，并使P1.0输出由1变为0。T0定时到产生溢出，使P1.0引脚恢复输出高电平。T0先计数，后定时，分时操作。根据题目要求方式控制字TMOD是：计数时：(TMOD) = 0000 0110B = 06H定时时：(TMOD) = 0000 0010B = 02H（2）计算初值机器周期T = 12fosc = 12/6MHZ =2s计数时：计数个数X = 1计数初值= (256X) = (2561) =255=0FFH，(TH0)=(TL0)=0FFH定时时：计数个数X =/ Tm= 500s2s =250定时初值= 256X = 256250 = 6，(TH0) = (TL0) = 06H（3）编程方法采用查询方法START：MOVTMOD，#06H；T0方式2，外部计数方式MOVTH0，#0FFH；T0计数初值MOVTL0，#0FFHSETBTR0；启动T0计数LOOPl：JBCTF0，PTF01；查询T0溢出标志，TF01时转移，且TF00(查P3.4负跳变)SJMP LOOPlPTF01：CLR TR0；停止计数MOVTMOD，#02H；T0方式2，定时MOVTH0，#06H；T0定时500s初值MOVTL0，#06HCLRP1.0；P1.0清0SETBTR0；启动定时500sLOOP2：JBCTF0，PTF02；查询溢出标志，定时到TF0=l转移，且TF00(第一个500s到否?)SJMPLOOP2PTF02：SETBP1；P1.0置1(到了第一个500s)CLRTR0；停止计数SJMPSTART6.3.4工作方式3工作方式寄存器TMOD中的M1M0为：11。工作方式3仅对定时器/计数器0有效，此时，将16位的计数器分为两个独立的8位计数器TH0和TL0。当定时器/计数器0工作在方式3时，定时器/计数器1只能工作在