第七章-定时计数器.ppt

,7.1定时/计数器的基本结构和工作原理,7.2定时/计数器的控制实现,7.3定时/计数器的工作方式,主要内容,7.4定时/计数器的应用,本章学习目标与重点内容,【学习目标】,1掌握定时/计数器的工作原理2理解80C51定时/计数器的结构,【重点内容】,1定时/计数器的控制实现2掌握80C51定时/计数器的使用3、掌握定时/计数器的编程实现,7.1定时/计数器的基本结构和工作原理,7.2定时/计数器的控制实现,7.3定时/计数器的工作方式,主要内容,7.4定时/计数器的应用,7.1定时/计数器的基本结构和工作原理,7.1引言,定时器/计数器的应用场合:定时或延时控制、对外部事件的检测、计数等；MCS-51系列8031、8051单片机有两个16位定时器/计数器（即T0和T1）；8032、8052单片机有3个16位定时器/计数器（即T0、T1和T2）；,7.1定时/计数器的基本结构和工作原理,7.1引言,所谓定时器也是对脉冲进行计数完成的，计数的是MCS-51内部产生的标准脉冲，通过计数脉冲个数实现定时。定时器的功能：定时发出脉冲信号，向CPU申请中断，其定时间隔的长短及起始控制的时间均可由程序控制。,例如某机械零件的热处理工艺曲线为：,温度,开始定时,保温5分钟,淬火清洗,开始定时回火3小时,空冷,实际控制可以由单片机定时发出信号控制自动完成整个工艺过程。,7.1定时/计数器的基本结构和工作原理,7.1引言,所谓所谓计数器就是对外部输入脉冲的计数；计数器功能：对外界发生的事件计数(输入脉冲)，当达到程序规定的计数值时，输出一脉冲信号，申请中断。例如一啤酒生产线，如下图所示：,7.1定时/计数器的基本结构和工作原理,7.1引言,7.1定时/计数器的基本结构和工作原理,7.1.2定时/计数器的结构,组成：两个16位的定时器T0和T1，以及他们的工作方式寄存器TMOD和控制寄存器TCON等组成。内部通过总线与CPU相连。定时器T0和T1各由两个8位特殊功能寄存器TH0、TL0、TH1、TL1构成,8051定时器内部结构框图,7.1定时/计数器的基本结构和工作原理,7.1.2定时/计数器的结构,工作方式寄存器TMOD：用于设置定时器的工作模式和工作方式；控制寄存器TCON：用于启动和停止定时器的计数，并控制定时器的状态；单片机复位时，两个寄存器的所有位都被清0。,8051定时器内部结构框图,7.1定时/计数器的基本结构和工作原理,7.1.3定时/计数器的工作原理,定时/计数器T0和T1的实质是加1计数器，每来一个脉冲计数器加1，当加到计数器为全1时，再输入一个脉冲就使计数器回零，且计数器的溢出使TCON中TF0或TF1置1，向CPU发出中断请求（定时/计数器中断允许时）。根据输入的计数脉冲来源，把它们分为定时器和计数器两种功能。做定时时，脉冲来自内部时钟振荡器；做计数时，脉冲来自外部引脚。,7.1定时/计数器的基本结构和工作原理,CPU时序,振荡周期：是振荡脉冲的周期，也成为“拍”，用P表示。就是晶体振荡器的周期，或外部振荡脉冲的周期。是MCS-51单片机的最小时序单位。,时钟周期：是振荡源信号经二分频后形成的时钟脉冲信号，用S表示。每个时钟周期分成P1、P2两个节拍，又被称为一个状态。是MCS-51单片机的最基本的时序单位。,机器周期：通常将完成一个基本操作所需的时间称为机器周期，由6个状态（12拍）组成，所以一个机器周期可以依次表示为S1P1、S2P2S6P1、S6P2。通常算术逻辑操作发生在节拍P1期间，而内部寄存器到寄存器的传送发生在节拍P2期间。,指令周期：是指CPU执行一条指令所需要的时间。是MCS-51单片机的最大的时序单位，由若干个振荡周期组成。一个指令周期通常含有14个机器周期，MCS-51典型的指令周期为一个机器周期。,7.1定时/计数器的基本结构和工作原理,7.1.3定时/计数器的工作原理,定时器模式输入脉冲是由内部振荡器的12分频信号产生，即每过一个机器周期，计数器加1，直至计满溢出。定时器的定时时间与系统的时钟频率有关。因一个机器周期等于12个时钟周期，所以计数频率应为系统时钟频率的十二分之一。如果晶振频率为12MHz，则机器周期为1s。通过改变定时器的定时初值，并适当选择定时器的长度(8位、13位或16位)，可以调整定时时间。,7.1定时/计数器的基本结构和工作原理,7.1.3定时/计数器的工作原理,计数器模式计数输入引脚T0(P3.4)和T1(P3.5)对外部信号计数，外部脉冲的下降沿将触发计数。计数器在每个机器周期的S5P2期间采样引脚输入电平，若一个机器周期S5P2期间采样值为1，下一个机器周期S5P2期间采样值为0，则计数器加1。因检测一个由1至0的跳变需要两个机器周期，故外部信号的最高计数频率为时钟频率的二十四分之一。如果晶振频率为12MHz，则最高计数频率为0.5MHz。虽然对外部输入信号的占空比无特殊要求，但为了确保给定电平在变化前至少被采样一次，外部计数脉冲的高电平与低电平保持时间均需在一个机器周期以上。,5.1定时器的结构及工作原理,在每个机器周期的S5P2期间采样检测引脚输入电平。若前一个机器周期采样值为“1”，后一个机器周期采样值为“0”，则计数器加1。新的计数值在检测到输入引脚电平发生“1”到“0”的负跳变（下降沿）后，于下一个机器周期的S3P1期间装入计数器中。由于CPU需要两个机器周期来识别一个“1”到“0”的跳变信号，所以最高的计数频率为振荡周期的1/24。,7.1定时/计数器的基本结构和工作原理,7.2定时/计数器的控制实现,7.3定时/计数器的工作方式,主要内容,7.4定时/计数器的应用,7.2定时/计数器的控制实现,定时/计数器的控制和实现由两个特殊功能寄存器TMOD和TCON完成，TMOD：设置定时器的工作方式；TCON：控制定时器的启动和停止；,7.2定时/计数器的控制实现,7.2.1工作方式寄存器TMOD,T1控制,T0控制,GATE门控位,M1M0工作方式选择,7.2定时/计数器的控制实现,7.2.1工作方式寄存器TMOD,(1)GATE门控位0:以TRX(X=0,1)来启动定时器/计数器运行。1:用外中断引脚(INT0*或INT1*)上的高电平和TRX来启动定时器/计数器运行。,7.2定时/计数器的控制实现,7.2.1工作方式寄存器TMOD,7.2定时/计数器的控制实现,7.2.1工作方式寄存器TMOD,M1、M0工作模式选择位。,M1、M0工作模式选择位。,7.2定时/计数器的控制实现,7.2.1工作方式寄存器TMOD,TMOD无位地址，不能位寻址。复位时，TMOD所有位均为“0”。,7.2定时/计数器的控制实现,7.2.2控制寄存器TCON,中断请求标志,触发方式选择,启动定时/计数器,0低电平1下降沿,0停止1启动,7.2定时/计数器的控制实现,7.2.2控制寄存器TCON,(1)TF1、TF0计数溢出标志位定时器T0或T1计数溢出时，由硬件自动将此位置“1”；TFx可以由程序查询，也是定时中断的请求源；(2)TR1、TR0计数运行控制位TRx=1:启动定时器/计数器工作TRx=0:停止定时器/计数器工作,7.2定时/计数器的控制实现,7.1定时/计数器的基本结构和工作原理,7.2定时/计数器的控制实现,7.3定时/计数器的工作方式,主要内容,7.4定时/计数器的应用,7.3定时/计数器的工作方式,MCS-51的定时器T0有4种工作方式：即：方式0，方式1，方式2，方式3。MCS-51的定时器T1有3种工作方式：即：方式0，方式1，方式2。,7.3定时/计数器的工作方式,7.3.1方式0,M1、M0设置为00，为13位计数器，以T1为例，其框图如下:,加1计数器,7.3定时/计数器的工作方式,7.3.1方式0,在这种方式下，16位寄存器TH1和TL1只用13位，由TH1的8位和TL1的低5位组成。TL1的高3位不定。当TL1的低5位计数溢出时，向TH1进位。而TH1计数溢出时，则向中断标志位TF1进位（即硬件将TF1置1），并请求中断。可通过查询TF1是否置“1”或考察中断是否发生来判定定时器T1的操作完成与否。,7.3定时/计数器的工作方式,7.3.1方式0,7.3定时/计数器的工作方式,7.3.1方式0,GATE控制定时器Tx(T1或T0)的条件：(1）当GATE=0时，“或门”输出恒为1，“与门”的输出信号K由TRx决定(即此时K=TRx)，定时器不受INTx输入电平的影响，由TRx直接控制定时器的启动和停止。TRx=1；计数启动；TRx=0；计数停止；(2)当GATE=1时，“与门”的输出信号K由INTx输入电平和TRx位的状态一起决定(即此时K=TRxINTx)，当且仅当TRx=1且INTx=1(高电平)时，计数启动；否则，计数停止。,7.3定时/计数器的工作方式,7.3.2方式1,M1、M0=01，为16位的计数器，除位数外，其他与方式0相同。其定时时间为：(216-初值)振荡周期12例如：若晶振频率为12MHz，则最长的定时时间为(216-0)(1/12)12us=65.536ms,7.3定时/计数器的工作方式,7.3.2方式2,M1、M0=10，为自动恢复初值的8位计数器，等效框图如下:TLx作为8位计数器，THx作为重置初值的缓冲器。,THx作为常数缓冲器，当TLx计数溢出时，在置“1”溢出标志TFx的同时，还自动的将THx中的初值送至TLx，使TLx从初值开始重新计数。定时器/计数器的方式2工作过程如图(x=0,1)。,7.3定时/计数器的工作方式,7.3.2方式2,7.3定时/计数器的工作方式,7.3.4方式3,只适用于定时器/计数器T0。T1不能工作在方式3。如果将T1置为方式3，则相当于TR1=0，停止计数(此时T1可用来作串行口波特率产生器)。1.工作方式3下的T0T0在方式3时被拆成两个独立的8位计数器：TH0和TL0。8位计数器TL0使用T0的状态控制位C/T*、GATE、TR0、INT0，它既可以工作在定时方式，也可以工作在计数方式。8位定时器TH0被固定为一个8位定时器(不能作外部计数模式)，并使用定时器T1的状态控制位TR1，同时占用定时器T1的中断请求源TF1。此时，定时器TH0的启动或停止只受TR1控制。TR1=1时，启动TH0的计数；TR1=0时，停止TH0的计数,7.3定时/计数器的工作方式,7.3.4方式3,各引脚与T0的逻辑关系如图所示:,7.3定时/计数器的工作方式,7.3.4方式3,2.T0工作在方式3下T1的各种工作方式注意：当T0处于方式3时，T1仍可设置为方式0、方式1和方式2。当时由于TR1、TF1和T1的中断源都已被定时器T0(中的TH0)占用，所以定时器T1仅有控制位C/T来决定其工作在定时方式或计数方式。当计数器计满溢出时，不能置位“TF1”，而只能将输出送往串口。所以，此时定时器T1一般用作串口的波特率发生器，或不需要中断的场合。(1)T1工作在方式0,7.3定时/计数器的工作方式,7.3.4方式3,(2)T1工作在方式1,(3)T1工作在方式2,7.1定时/计数器的基本结构和工作原理,7.2定时/计数器的控制实现,7.3定时/计数器的工作方式,主要内容,7.4定时/计数器的应用,7.4定时/计数器的应用,7.4.1定时/计数器的初始化,MCS-51单片机的定时器/计数器是可编程的，但在进行定时或计数之前要对程序进行初始化，具体步骤如下：（1）对TMOD赋值，以确定定时器的工作模式；（2）置定时/计数器初值，直接将初值写入寄存器的TH0、TL0或TH1、TL1；（3）根据需要，对IE置初值，开放定时器中断；（4）对TCON寄存器中的TR0或TR1置位，启动定时/计数器，置位以后，计数器即按规定的工作模式和初值进行计数或开始定时。,7.4定时/计数器的应用,7.4.1定时/计数器的初始化,初值计算：设计数器的最大值为M，则置入的初值X为：计数方式：X=M-计数值定时方式：由(M-X)T=定时值,得X=M-定时值/TT为计数周期，是单片机的机器周期。（模式0:M为213，模式1:M为216，模式2和3:M为28）,例如：机器周期为1s时，若工作在模式0，则最大定时值为:2131s=8.192ms若工作在模式1,则最大定时值为:2161s=65.536ms,7.4定时/计数器的应用,7.4.2定时/计数器的编程应用,例7-2要在P1.0上输出一个周期为2ms的方波，假设系统振荡频率采用12MHz。利用T0方式0产生1ms的定时方波的周期用T0来确定，让T0每隔1ms计数溢出1次，即TF0=1；查询到TF0=1则CPU对P1.0取反。,即要使P1.0每隔1ms取反一次。,7.4定时/计数器的应用,7.4.2定时/计数器的编程应用,第一步：确定工作方式字方式0(13位)最长可定时8.192ms;方式1(16位)最长可定时65.536ms;方式2(8位)最长可定时256s。T0为方式0，M1M0=00定时工作状态，C/T=0GATE=0，不受INT0控制，T1不用全部取“0”值。故TMOD=00H,7.4定时/计数器的应用,7.4.2定时/计数器的编程应用,第二步：计算1ms定时的初值X设初值为X，则有:(213-X)1210-61/12=110-3可求得：X=8192-1000=7192X化为16进制，即X=1C18H=1,1100,0001,1000B。所以，T0的初值为:TH0=E0HTL0=18H,7.4定时/计数器的应用,7.4.2定时/计数器的编程应用,第三步：开放定时/计数器中断ET0=1；EA=1；TR0=1；,7.4定时/计数器的应用,7.4.2定时/计数器的编程应用,C语言程序：#include/包含特殊功能寄存器库sbitP1_0=P10;/进行位定义voidmain()TMOD=0 x00;/T0做定时器，方式0TL1=0 x18;TH0=0 xE0;/设置定时器的初值ET0=1;/允许T1中断EA=1;/允许CPU中断TR1=1;/启动定时器while(1);/等待中断,7.4定时/计数器的应用,7.4.2定时/计数器的编程应用,C语言程序：,voidtime0_int(void)interrupt3/中断服务程序TL1=0 x18;TH0=0 xE0;/定时器重赋初值P1_0=P1_0;/P1.0取反，输出方波,7.4定时/计数器的应用,7.4.2定时/计数器的编程应用,例7-2将例7-1中的输出方波周期改为1秒。分析：周期为1s的方波要求500ms的定时。,(1)T0工作方式的确定因定时时间较长，采用哪一种工作方式？由各种工作方式的特性，可计算出:方式0(13位)最长可定时8.192ms;方式1(16位)最长可定时65.536ms;方式2(8位)最长可定时256s。所以采用定时器定时加软件计数的方法来实现延长定时。选方式1，定时50ms，软件计数10次。50ms10=500ms。所以，TMOD=01H,以上各方式都不满足要求,7.4定时/计数器的应用,7.4.2定时/计数器的编程应用,(2)计算计数初值因为:(216-X)1210-61/12=5010-3所以:X=65536-50000=15536=3CB0H因此:TH0=3CH，TL0=B0H(3)10次计数的实现设计一个软件计数器，初始值设为10。每隔50ms定时时间到，产生溢出标志TF0，程序查询到TF0=1，则软件计数器减1。这样减到0时就获得了500ms的定时。,7.4定时/计数器的应用,(4)参考程序Time0_Init()TMOD=0 x01;/定时器0，方式1TH1=0 x3c;TL1=0 xb0;/设置定时器的初值EA=1;ET0=1;/开定时器中断0TR0=1;/启动定时器voidtimer0_int(void)interrupt3Count+;TH1=0 x3c;TL1=0 xb0;,7.4定时/计数器的应用,(4)参考程序#include#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedin