第六章定时器计数器ppt课件.ppt

单片机原理与接口技术 时间就是生命 第6章定时器 计数器 第6章定时器 计数器 6 1定时器 计数器的计数与定时6 2定时器 计数器的控制6 3定时器 计数器的编程6 4定时器 计数器的工作方式6 5定时器 计数器的综合应用举例 第6章定时器 计数器 定时器 计数器与CPU并行工作 实现定时 计数功能 并以定时 计数的结果对单片机系统进行控制 本章主要介绍MCS 51系列单片机定时器 计数器的控制方法 工作方式 简单应用 6 1定时器 计数器的计数与定时 MCS 51系列单片机定时器 计数器的功能是用以实现定时 计数 并以定时 计数的结果进行控制 8051内部有两个16位可编程的定时器 计数器T0和T1 T0 T1 由两个8位寄存器TH0 TH1 和TL0 TL1 拼装而成 其中TH0 TH1 为高8位 TL1 TH1 为低8位 T0和T1有定时和计数两种工作模式 图6 1是MCS 51系列单片机定时器 计数器的内部结构图 6 1定时器 计数器的计数与定时 6 1 1计数 计数就是对来自单片机外部的事件进行计数 为了与请求中断的外部事件区分开 称此种外部事件为外部计数事件 外部计数事件由脉冲引入 单片机的P3 4 T0 和P3 5 T1 即为外部计数脉冲的输入端 所谓计数 就是对有效计数脉冲的计数 注意 51系列单片机的两个定时器 计数器采用加法计数结构 单片机在每个机器周期对P3 4 T0 和P3 5 T1 进行采样 若在一个机器周期采样到高电平 在下一个机器周期采样到低电平 即得到一个有效的计数脉冲 计数寄存器在下一个机器周期自动加1 6 1 2定时 MCS 51系列单片机中的计数器除了可以作为计数之用外 还可以用作时钟完成定时功能 定时就是对来自单片机内部的计数脉冲进行计数 注意 在定时模式下 51系列单片机的计数源是晶振的12分频产生的脉冲 思考 定时模式下 晶振频率为12MHz时 计数脉冲的时间间隔为多少 6 2 1定时方式寄存器TMOD 定时方式寄存器TMOD是单片机专门用来控制两个定时器 计数器的工作方式的寄存器 这个寄存器的各位定义如下 6 2 1定时方式寄存器TMOD 下面介绍与定时器 计数器T0相关的TMOD的低4位 GATE 门控位 由图6 2可以看出 GATE 0时 由TR0来启动定时 计数 GATE 1时 由TR0和 P3 2 共同启动定时 计数 只有当二者同时为1时才进行计数操作 定时 计数模式选择位 0时 处于定时模式 内部计数脉冲是对晶振进行12分频产生的 1时 处于计数模式 外部计数脉冲由T0 P3 4 引入 6 2 1定时方式寄存器TMOD M1 M0 工作方式选择位 M1 M0与定时器 计数器T0的四种工作方式有下面的对应关系 00 工作方式001 工作方式110 工作方式211 工作方式3 6 2 1定时方式寄存器TMOD TMOD对定时器 计数器T1的控制与对T0的控制类似 此时 门控位GATE所控制的定时 计数启动由TR1和 P3 3 共同参与完成 TMOD对定时器 计数器的控制由软件进行设定 大大提高了控制的灵活性 6 2 2定时控制寄存器TCON 定时控制寄存器TCON既参与中断控制又参与定时控制 此处只对与定时控制功能有关的控制位进行回顾 6 2 2定时控制寄存器TCON TCON的高四位进行定时 计数控制TF0 TCON 5 定时器 计数器T0的溢出中断标志位 当T0定时 或计数 结束时 由硬件自动置1 TF1 TCON 7 定时器 计数器T1的溢出中断标志位 当T1定时 或计数 结束时 由硬件自动置1 TR0 TCON 4 定时器 计数器T0的启动停止控制位 由软件设定 TR0 0 停止T0定时 或计数 TR0 1 启动T0定时 或计数 TR1 TCON 6 定时器 计数器T1的启动停止控制位 由软件进行设定 TR1 0 停止T1定时 或计数 TR1 1 启动T1定时 或计数 6 2 3定时器 计数器工作原理 定时器 计数器工作原理如图6 2所示 6 2 3定时器 计数器工作原理 当 0时 为定时工作模式 计数脉冲是晶振的12分频 当 1时 为计数工作模式 外部计数脉冲由Ti P3 i 4 引入 6 2 3定时器 计数器工作原理 当GATE 0时 或门输出为高电平 与引脚 P3 2 i 无关 此时与门的输出仅由TRi决定 TRi 1 与门输出高电平 接通模拟控制开关 引入计数脉冲 进行定时 计数操作 TRi 0 与门输出低电平 断开模拟控制开关 定时 计数停止 6 2 3定时器 计数器工作原理 当GATE 1时 或门的输出由引脚 P3 2 i 决定 因此与门的输出由TRi和引脚 P3 2 i 共同决定 若TRi 1 而 P3 2 i 为高电平 则与门输出高电平 接通模拟控制开关 进行定时 计数 若TRi 1 而 P3 2 i 为低电平 则定时 计数停止 6 2 3定时器 计数器工作原理 当模拟控制开关接通时 计数寄存器在计数脉冲的作用下进行增1计数 当计数溢出时向计数溢出标志位TFi进位 6 3 1中断方式 定时器 计数器在中断方式下的编程步骤如下 1 开中断 2 设置中断优先级 3 TMOD初始化 4 设置定时 计数初值 5 启动定时 计数 6 编写定时 计数中断处理程序 6 3 2查询方式 定时器 计数器在查询方式下的编程步骤如下 1 关中断 2 TMOD初始化 3 设置定时 计数初值 4 启动定时 计数 5 查询TFi及相关处理 6 4定时器 计数器的工作方式 6 4 1工作方式0定时器 计数器T0和T1在方式0下的工作情况完全相同 此时的计数寄存器为13位 构成如下 方式0下的计数溢出值为8192 213 则 计数次数 8192 计数初值 公式6 1 定时时间 8192 计数初值 机器周期 公式6 2 6 4 1工作方式0 方式0没有充分利用16位计数寄存器的计数范围 这是为了与MCS 48系列单片机兼容 13位的计数寄存器的初始化有些烦琐 步骤如下 1 由公式6 1和6 2计算出十进制的计数初值 2 若计数初值小于32 25 将其送入TLi 将0送入THi 完成计数寄存器初始化 3 若计数初值不小于32 先将其转化为二进制形式 补足13位后 将低5位送入TLi 将高8位送入THi 完成计数寄存器初始化 6 4 1工作方式0 例6 1 设fOSC 6MHz 定时器 计数器T0以工作方式0定时2ms 编写初始化程序 说明 fOSC即为晶振频率 首先计算计数初值 根据公式6 2有 定时时间 8192 计数初值 12fOSC计数初值 8192 定时时间 fOSC 12 8192 2000 6MHz 12 7192 0E018H 1110000011000B 6 4 1工作方式0 设置TMOD 对T0的工作方式进行选择 因此设置TMOD的低4位 定时 为0 方式0 M1M0的组合为00 与外部脉冲无关 GATE为0 初始化程序如下 MOVTMOD 00H 设置TMODMOVTH0 0E0H 设置计数初值MOVTL0 18HSETBTR0 启动定时 6 4 1工作方式0 例6 2 设fosc 6MHz 定时器 计数器1以工作方式0实现在P2口8个引脚产生频率为250Hz的等宽方波 光盘提供Proteus仿真文件 运行仿真文件夹 第6章 LT6 2 LT6 2 DSN 观察运行结果 并进一步分析源程序 图6 3P2 X引脚输出的方波 仿真截图 6 4 1工作方式0 1 首先计算定时时间 方波频率为250Hz 则周期为4ms 即P2口8个引脚每2ms取反一次 定时时间为2ms 2 计算计数初值 如例6 1所述 计数初值为 0E018H 1110000011000B 3 设置TMOD 对T1的工作方式进行选择 因此设置TMOD的高4位 6 4 1工作方式0 定时 为0 方式0 M1M0的组合为00 与外部脉冲无关 GATE为0 4 编制程序 中断方式 如下 ORG0000HLJMPMAINORG001BHAJMPSFT1ORG0050HMAIN MOVA 00H 6 4 1工作方式0 SETBEA 开中断SETBET1MOVIP 0 设置中断优先级MOVTMOD 00H 设置TMOD T1工作 方式0 计时MOVTH1 0E0H 设置计数初值MOVTL1 18HSETBTR1 启动定时 6 4 1工作方式0 SJMP ORG0100HSFT1 MOVTH1 0E0H 重新设置计数初值MOVTL1 18HCPLAMOVP2 ARETIEND注意 由于一次计数溢出时计数寄存器的内容为0 在下次计数前需要重新为计数寄存器赋初值 6 4 2工作方式1 定时器 计数器T0和T1在方式0下的工作情况完全相同 此时的计数寄存器为16位 构成如下 方式1下的计数溢出值为65536 216 则 计数次数 65536 计数初值 公式6 3 定时时间 65536 计数初值 机器周期 公式6 4 6 4 2工作方式1 方式1利用了全部16位计数寄存器的计数范围 计数寄存器的初始化步骤如下 1 由公式6 3和6 4计算出十进制的计数初值 2 若计数初值小于256 28 将其送入TLi 将0送入THi 完成计数寄存器初始化 3 若计数初值不小于256 将其转化为十六进制形式 再将高低字节分别送入THi和TLi 完成计数寄存器初始化 6 4 2工作方式1 例6 3 设fosc 12MHz 定时器 计数器0以工作方式1实现在P2口8个引脚产生频率为250Hz的等宽方波 光盘提供Proteus仿真文件 运行仿真文件夹 第6章 LT6 3 LT6 3 DSN 观察运行结果 并进一步分析源程序 图6 4P2 X引脚输出的方波 仿真截图 6 4 2工作方式1 1 首先计算定时时间 方波频率为250Hz 则周期为4ms 即P2口8个引脚每2ms取反一次 定时时间为2ms 计算计数初值 根据公式6 4有 定时时间 65536 计数初值 12fOSC计数初值 65536 定时时间 fOSC 12 65536 2000 12MHz 12 63536 0F830H 6 4 2工作方式1 2 设置TMOD 对T0的工作方式进行选择 因此设置TMOD的低4位 定时 为0 方式1 M1M0的组合为01 与外部脉冲无关 GATE为0 3 编制程序 查询方式 如下 ORG0000HAJMPMAIN 6 4 2工作方式1 ORG0050HMAIN MOVA 00HCLREA 关中断MOVTMOD 01H 设置TMOD T0工作方 式1 计时MOVTH0 0F8H 设置计数初值MOVTL0 30HSETBTR0 启动定时 6 4 2工作方式1 WAIT JNBTF0 WAITCLRTF0 注意 将TF0软件清0MOVTH0 0F8HMOVTL0 30HCPLAMOVP2 ASJMPWAITEND 6 4 2工作方式1 例6 4 设fOSC 6MHz 编程实现以定时器 计数器T0方式1定时控制在P2口8个引脚产生周期为2s的方波 光盘提供Proteus仿真文件 运行仿真文件夹 第6章 LT6 4 LT6 4 DSN 观察运行结果 并进一步分析源程序 图6 5P2 X引脚输出的方波 仿真截图 6 4 2工作方式1 1 首先计算定时时间 方波周期为2s 即P2口8个引脚每1s取反一次 定时时间为1s 2 计算计数初值 根据公式6 4有 定时时间 65536 计数初值 12fOSC计数初值 65536 定时时间 fosc 12 6 6MHz 12 65536 500000 0 6 4 2工作方式1 这里 计数初值大于计数溢出值 说明定时不能一次完成 考虑到500000 50000 10 设一次计数次数为50000 则计数初值 65536 50000 15536 3CB0H这样的定时需要10次才能完成题目要求 每次定时0 1秒 6 4 2工作方式1 3 设置TMOD 对T0的工作方式进行选择 因此设置TMOD的低4位 定时 为0 方式0 M1M0的组合为01 与外部脉冲无关 GATE为0 6 4 2工作方式1 4 编制程序 中断方式 如下 ORG0000HAJMPMAINORG000BHAJMPSFT0 6 4 2工作方式1 ORG0050HMAIN MOVA 00HSETBEA 开中断SETBET0MOVIP 0 设置中断优先级MOVTMOD 01H 设置TMOD T0工作 方式1 计时MOVTH0 3CH 设置计数初值MOVTL0 0B0HMOVR7 10 设置定时次数SETBTR0 启动定时 6 4 2工作方式1 SJMP ORG0100HSFT0 MOVTH0 3CH 注意 重新设置计数 初值MOVTL0 0B0HDJNZR7 WAIT 定时不够1s则等待MOVR7 10CPLAMOVP2 AWAIT RETIEND 6 4 2工作方式1 例6 5 设fOSC 12MHz 编程测试引入的外部脉冲信号的高电平宽度 机器周期数 参看仿真文件 测脉宽 DSN分析 外部脉冲来自 应由T0的外部控制电路进行定时 测试的高电平宽度 即高电平时进行定时 低电平时停止定时 应设置T0的门控位GATE为1 6 4 2工作方式1 T0用来累加高电平的宽度 计数初值为0 应选择计数范围大的工作方式 令其方式1定时 编制程序 查询方式 如下ORG0000HAJMPMAINORG0050HMAIN CLREX0CLRET0MOVTMOD 9 T0方式1 Gate 1MOVTH0 0 计数器清0MOVTL0 0 6 4 2工作方式1 CLRET0MOVTMOD 9 T0方式1 Gate 1MOVTH0 0 计数器清0MOVTL0 0W1 JBP3 2 W1 让过高电平SETBTR0 启动定时计数 6 4 2工作方式1 W2 JNBP3 2 W2 等候上升沿 自动启动计数W3 JBP3 2 W3 定时计数CLRTR0 停止定时计数MOV30H TL0 将脉冲宽度存入在31H 30H寄存器中MOV31H TH0 6 4 3工作方式2 由于每次定时 计数之后计数寄存器的内容为0 在下一次定时 计数后都要进行初值重载 在方式0和方式1中 初值重载是由软件实现的 如果需要多次进行定时 计数 则需占用较多CPU时间 定时器 计数器在方式2下可由硬件实现初值重载 T0和T1在方式2下为8位定时器 计数器 二者的工作情况相同 由TLi充当计数寄存器 由THi充当初值重载寄存器 如图6 3所示 6 4 3工作方式2 图6 6定时器 计数器方式2下的初值重载 6 4 3工作方式2 在方式2下 当低8位计数器产生计数溢出时 一方面会把溢出信号写入TFi 一方面会启动THi自动为TLi赋初值 方式2下的计数溢出值为256 28 则 计数次数 256 计数初值 公式6 5 定时时间 256 计数初值 机器周期 公式6 6 6 4 3工作方式2 方式2只利用了低8位计数寄存器 因此计数初值一定小于256 计数器的初始化步骤如下 1 由公式6 5和6 6计算出十进制的计数初值 2 将计数初值送入TLi 也将其送入THi 完成计数寄存器初始化 工作方式2通常用于波特率发生器 我们将在串行接口中讲解 注意 方式2下计数初值既要送入TLi 也要送入THi 6 4 3工作方式2 例6 6 设fOSC 12MHz T0方式2计数 T1方式2定时 编程实现在P1 0脚输出频率为10kHz的方波 将P1 0上的信号进行12分频为在P1 5脚输出 P1 0输出的脉冲作为T0的计数脉冲 光盘提供Proteus仿真文件 运行仿真文件夹 第6章 LT6 6 LT6 6 DSN 观察运行结果 6 4 3工作方式2 图6 7P1 0和P1 5引脚输出的方波 仿真截图 6 4 3工作方式2 1 首先计算定时时间 P1 0脚上输出的方波频率为10kHz 则周期为0 1ms 即P1 0引脚每50 s取反一次 定时时间为50 s 2 计算计数初值 根据公式6 6有 T1的定时时间 256 T1计数初值 12fOSCT1的计数初值 256 T1定时时间 fosc 12 256 50 12MHz 12 206 6 4 3工作方式2 P1 5脚的方波为对P1 0脚方波的12分频 即P1 5脚的方波周期为P1 0脚方波周期的12倍 即P1 0脚每输出6个脉冲 P1 5脚取反一次 根据公式6 5有 T0的计数初值 256 T0的计数次数 256 6 250 6 4 3工作方式2 3 设置TMOD T0方式2计数 与外部脉冲无关 TMOD的低4位为0110 T1方式2定时 与外部脉冲无关 TMOD的高4位为0010 4 编制程序 中断方式 如下 ORG0000HAJMPMAINORG000BH T0的中断服务程序CPLP1 5RETI 6 4 3工作方式2 ORG001BH T1的中断服务程序CPLP1 0RETIORG0050HMAIN SETBEA 开中断SETBET0SETBET1 6 4 3工作方式2 MOVIP 4 设置中断优先级 MOVTMOD 26H 设置TMOD T0方 式2计数 T1方式2定时MOVTL0 250 设置计数初值MOVTH0 250MOVTL1 206MOVTH1 206 6 4 3工作方式2 SETBTR0 启动计数SETBTR1 启动定时HERE SJMPHEREEND 6 4 3工作方式2 本题中T1控制输出的脉冲是T0的计数脉冲 是引起T0中断的原因 如果两者同时产生计数溢出 则应先响应T1的中断请求 即T1的优先级高于T0的优先级 定时器 计数器工作在方式2下 在计数溢出时具有初值自动加载功能 无需在中断服务程序中重载计数初值 中断服务程序的长度不超过8个字节时 直接在中断程序入口处编写中断服务程序即可 无需另外开辟中断程序服务区 6 4 4工作方式3 定时器 计数器T0在方式3下是双8位计数器结构 定时器 计数器T1在方式3下停止计数 图6 4是定时器 计数器T0在方式3下的逻辑电路图 6 4 4工作方式3 图6 8T0在方式3下的逻辑电路图 6 4 4工作方式3 T0的低8位 TL0 在方式3下占用T0的控制位和引脚信号 成为一个8位的定时 计数器 其功能和操作与方式0和方式1完全相同 6 4 4工作方式3 T0的高8位 TH0 在方式3下借用T1的TR1和TF1 成为一个8位的定时器 这样 在方式3下 定时器 计数器T0就构成了两个8位的定时器和一个8位的计数器 6 4 4工作方式3 如果定时器 计数器T0工作在方式3下 那么定时器 计数器T1只能工作于方式0 1 2下 由于没有TR1可用 只要为T1的计数寄存器装入初值 再设置好工作方式 T1就可以自动运行了 通常 只有当T1用作波特率发生器时 T0才会工作于方式3下 由于没有TF1可用 T1只能把计数溢出直接送给串行口 将T1的方式控制设置为方式3 T1就会停止计数 6 5定时器 计数器的综合应用举例 时间是控制系统中的一个重要参数 这一节有4个例题 都是很有用的题目 由于篇幅的原因 其内容转移到光盘 需要选用此例题可以查看光盘文件 定时器综合应用举例 DOC 这里只留下例题的内容说明 6 5定时器 计数器的综合应用举例 例6 7 编写一段程序 让P2口输出占空比为70 频率为100Hz的矩形波 单片机晶振为6MHz 光盘提供Proteus仿真文件 运行仿真文件夹 第6章 LT6 7 LT6 7 DSN 观察运行结果 并进一步分析源程序 图6 9P2 X引脚输出的波形 仿真截图 6 5定时器 计数器的综合应用举例 分析 100Hz的方波周期 1 100 0 01s 10ms 高电平时间为7ms 低电平为3ms 对于这种高 低电平不一致的波形 通常取出两个时间的相同单位时间作为定时器的定时时间 对不同电平采用不同的定时次数 本题可用1ms作为定时器的定时时间 高电平段定时7次 低电平段定时3次 定时器计数初值 65536 1000 2 65036 FE0CH源程序 略 6 5定时器 计数器的综合应用举例 例6 8 由P3 4引脚 T0 输入一个低频脉冲信号 其频率 0 5KHz 当P3 4每发生一次负跳变脉冲时 P1 0输出一个500 s的同步脉冲 同时P1 1输出一个1ms同步正脉冲 晶振为6MHz 光盘提供Proteus仿真文件 运行仿真文件夹 第6章 LT6 8 LT6 8 DSN 观察运行结果 并进一步分析源程序 6 5定时器 计数器的综合应用举例 图6 10例题6 8的波形图 仿真截图 6 5定时器 计数器的综合应用举例 分析 按题意所示 初始P1 0输出高电平 初始P1 1输出低电平 T0采用方式2计数外部脉冲数 计一个脉冲 初始值为FFH 当加在P3 4上的外部脉冲负跳变时 T0加1 计数溢出 此时修改T0为500 s定时工作方式 并取反P1 0输出0 P1 1输出1 T0第一次定时500 s溢出后 P1 0恢复为1 6 5定时器 计数器的综合应用举例 T0第二次定时500 s溢出后 P1 1恢复为0 T0恢复为对p3 4上外部脉冲计数 晶振频率为6MHz 工作方式2初值为256 500 2 6源程序 略 6 5定时器 计数器的综合应用举例 例6 9 利用外部中断和T1 按钮每按一次计一次数 实现0 9计数循环显示 硬件连接如图6 5所示 光盘提供Proteus仿真文件 运行仿真文件夹 第6章 LT6 9 LT6 9 DSN 观察运行结果 并进一步分析源程序 6 5定时器 计数器的综合应用举例 图6 110 9循环计数器 6 5定时器 计数器的综合应用举例 分析 利用外部中断0中断实现计数值的显示 定时器T1外部计数 T1中断显示值清零 外部中断0中断和定时器T1外部计数同时发生 T1为高中断优先级 源程序 略 6 5定时器 计数器的综合应用举例 例6 10 利用定时器T0产生时钟信号 这个程序的目的是为了练习用定时器产生实时时钟信号 此程序是自动打铃器程序的一部分 个别地方有改动 主要是不让一些其他功能影响定时器的思路 程序文件名是 T0实时钟 ASM 6 5定时器