MCS-51单片机定时器计数器

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)7.6MCS51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,D7D6D5D4D3D2D1D0,TCON,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/T0,C/T1,M1M0：T/C工作方式定义位。,89H,GATA：定时/计数器启动控制位。,TMOD,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,TMOD,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、28TC：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：Tmax2131S8.192mS方式1时：Tmax2161S65.536mS方式2、3时：Tmax281S0.256mS,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：Tmax2132S16.384mS方式1时：Tmax2162S131.072mS方式2、3时：Tmax282S0.512mS,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,TC216100103/26553650000155363CB0H,方式0时：Tmax2132S16.384mS方式1时：Tmax2162S131.072mS方式2、3时：Tmax282S0.512mS,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/T0,C/T1,89H,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。,TC213(110-3)/(110-6)8192100071920001110000011000B=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/T0,C/T1,TMOD,ORG0000HLJMPMAINORG000BH;T0中断服务程序入口LJMPINT0;转至INT处ORG2000H;主程序MAIN:MOVTMOD,00H;置T0为定时方式0MOVTH0,0E0H;设置计数初值MOVTL0,18HSETBEA;CPU开中断SETBET0;允许T0中断SETBTR0;启动T0HALT:SJMP$;暂停,等待中断INT0:CPLP1.0;输出方波MOVTH0,0E0H;重新装计数初值MOVTL0,18HRETI;中断返回END,程序设计：,机器周期122,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:CPLP1.0;输出方波MOVTH0,0E0H;重新装计数初值MOVTL0,22H；22H18H+0AHRETI;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0TH00E0H;设置计数初值TL018H,ORGOOOOHLJMPMAINORGO100HMAIN:MOVTMOD,00H;置定时器T0为方式0MOVTH0,0E0H;设置计数初值MOVTL0,18HMOVIE,00H;禁止中断SETBTR0;启动T0定时LOOP:JBCTF0,LOOP1;查询计数溢出,若跳转同时清TF0SJMPLOOP;TF0=0,则反复查询LOOP1:CPLP1.0;输出方波MOVTH0,0E0H;重新装入计数初值MOVTL0,18HSJMPLOOP;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=9CHX1=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,ORG0000HLJMPMAINORG0100H;主程序MAIN:MOVTMOD,03H;T0工作于方式3MOVTL0,9CH;置计数初值MOVTH0,38HSETBEA;CPU开中断SETBET0;允许T0中断(用于TL0)SETBET1;允许T1中断(用于TH0)SETBTR0;启动TL0SETBTR1;启动TH0,程序设计：,SETBTR0;启动TL0SETBTR1;启动TH0HALT:SJMPHALT;暂停，等待中断ORG000BH;TL0中断服务程序CPLP1.0;P1.0取反MOVTL0,9CH;重新装入计数初值RETI;中断返回ORG001BH;TH0中断服务程序CPLP1.1;P1.1取反MOVTH0,38H;重新装计数初值RETI;中断返回END,现场应用实例：已知某生产线的传送带上不断地有产品单向传送,产品之间有较大间隔。使用光电开关统计一定时间内的产品个数。假定红灯灭时停止统计,红灯亮时才在上次统计结果的基础上继续统计,试用单片机定时器/计数器T1的方式1完成该项产品的计数任务。设计数值放在30H，31H，32H单元,当GATA1，TR11时，如/INT1=1(红灯亮)，则可对T1的输入脉冲进行计数。,例6：,硬件原理图,S合：红灯亮，/INT11，计数S断：红灯灭，/INT10，停止计数,(1)初始化:TMOD=11010000B=0D0H（GATE=1(体现红灯的控制作用),C/T=1,M1M0=01）(2)T1在方式1时,溢出时产生中断、且计数器回零,故在中断服务程序中,设计用R0计数中断次数,以保护累积计数结果。(3)启动T1计数,开T1中断。,TMOD,程序清单如下:,ORG0000HAJMPSTART;复位入口ORG001BHAJMPT1INT;T1中断入口ORG0100HSTART:MOVSP,60H;初始化程序MOVTMOD,0D0HMOVTH1,00H;从0开始计数MOVTL1,00HMOVR0,00H;清中断次数计数单元MOVP3,28H;设置P3.5，P3.3为输入SETBTR1;启动T1，作好计数准备SETBET1;开T1中断SETBEA;开总中断,28H00101000，P3.5=1,P3.3=1,MAIN:ACALLDISP;主程序,调显示子程序MOV30H,R0MOV31H,TH1MOV32H,TL1;计算总数SJMPMAINORG0A00HT1INT:INCR0;中断服务子程序RETIDISP:;显示子程序RETEND,计数值读取,最大计数值？,216*(30H)+28*(31H)+(32H),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7：,fs6MHz，初值TC0，则：,方式0时：Tmax2132S16.384mS方式1时：Tmax2162S131.072mS方式2、3时：Tmax282S0.512mS,P1.7,57,解：方法1: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7：,58,59,ORG0000HMAIN：CLRP1.7SETBP1.0MOVTMOD，#61HMOVTH1，#0FBHMOVTL1，#0FBHSETBTR1LOOP1:CPLP1.7LOOP2：MOVTH0，#3CHMOVTL0，#0B0HSETBTR0LOOP3:JBCTF0，LOOP4SJMPLOOP3LOOP4：CPLP1.0JBCTF1，LOOP1AJMPLOOP2END,查询法,60,方法2：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。,61,ORG0000HLJMPMAINORG000BH；T0中断服务程序入口AJMPIP0ORG0030H；主程序开始MAIN：CLRP1.7；T0定时100msMOVTMOD，#01HMOVTH0，#3CHMOVTL0，#0B0HSETBET0SETBEAMOVR4，#0AHSETBTR0SJMP；等待中断IP0：DJNZR4，RET0；中断10次计数未到，返回