项目5 定时器与脉冲计数器的设计

电子工业出版社,单片机控制技术项目式教程（C语言版）,电子工业出版社,项目5定时器与脉冲计数器的设计,能了解单片机定时/计数器的组成；能理解单片机定时/计数器的工作原理和4种工作方式；能掌握单片机定时/计数器的初始化方法；能恰当运用单片机定时/计数器的功能；能掌握定时器的设计方法；能掌握脉冲计数器的硬件电路和软件设计方法；能熟练编写单片机定时/计数器工作的程序。,学习目标,叙述单片机定时/计数器4种工作方式的工作原理；叙述单片机定时/计数器的初始化方法；设计定时器的工作程序；设计脉冲计数器的电路和工作程序。,工作任务,任务5.1定时器的设计,项目5定时器与脉冲计数器的设计,任务5.2脉冲计数器的设计,项目拓展实验板分频器的设计,项目小结,思考与训练,5.1.1.1单片机定时/计数器的结构,加1计数器（高8位、低8位）；,5.1.1MCS-51单片机内部定时/计数器的原理,工作方式控制寄存器TMOD，工作方式设置；,定时器控制寄存器TCON，启动、停止及设置溢出标志。,任务5.1定时器的设计,5.1.1.2定时/计数器工作原理,计数功能-计数脉冲来自相应的外部输入引脚，T0为P3.4，T1为P3.5。,定时功能-计数输入信号是内部时钟脉冲，每个机器周期使寄存器的值加1。所以，计数频率是振荡频率的1/12。,定时模式，对内部机器周期计数定时时间t计数值NxTcy,计数模式，对外部事件脉冲计数计数脉冲周期要大于2Tcy,TMOD中，各有一个控制位（CT），分别用于控制定时/计数器T0和T1工作在定时器方式还是计数器方式。,计数值：溢出时计数器值计数初值。,计数器全1时，再输入1个脉冲就回零，并发生溢出（TCON中TF0或TF1置1），发中断请求。,计数器脉冲来源：,振荡器脉冲经过12分频T0或T1引脚的外部脉冲,1.工作方式控制寄存器TMOD,T1控制,T0控制,GATE门控位,M1M0工作方式选择,5.1.1.3时/计数器的初始化,注意：不能进行位寻址,定时/计数器的工作方式,2.定时器控制寄存器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,3.定时/计数器的初始化,计算计数器的计数初值:编程时将计数初值送TH0、TL0或TH1、TL1；,可编程器件在使用前需要进行初始化：,确定TMOD控制字：编程时将控制字送TMOD；,开中断（如果使用中断方式）:编程实置位EA、ETi,TR0或TR1位置位控制定时器的启动和停止。,【例】若单片机晶振为12MHz，要求产生5ms的定时，试计算X的初值。解：采用定时器0的方式0：500*10-6=（213-X）*12*1/foscx=7692=1E0CH=1111000001100F0H0CH即TH0=F0H，TL0=0CHTMOD=GATEC/TM1M0GATEC/TM1M00000000000H采用定时器1方式1：500*10-6=(216-X)*12*1/foscx=65036=FE0CH即TH1=FEH，TL1=0CHTMOD=GATEC/TM1M0GATEC/TM1M00001000010H,main()函数中：TMOD=0 x01;/设置定时器0为工作方式1TH0=0 xFE;/定时器0高8位给初值TL0=0 xC0;/定时器0低8位给初值EA=1;/开总中断ET0=1;/开定时器0中断TR0=1;/启动定时器0,初始化程序编写,中断服务程序中重新装入定时初值,voidtimer0()interrupt1TH0=0 xFE;/定时器0高8位给初值TL0=0 xC0;/定时器0低8位给初值,计数脉冲输入,方式013位方式。由TL0的低5位和TH0的8位组成。TH0溢出时，置位TF0标志，向CPU发出中断请求。,T0,C/T=1,C/T=0,13位计数器,定时器,计数器,5.1.2用单片机定时/计数器设计定时器（查询方式）,5.1.2.1用定时/计数器的工作方式0设计定时器,定时=（213X）时钟周期12=（213X）*12*1/fosc,计数初值：X213T（时钟周期12）,定时/计数器工作方式0,定时方式：,例：8*10-3=(213-X)*12*1/（12*106）X=2138000=192=0 xC0,计数方式：,计数次数值213X,计数初值：X213计数次数值,注意：X的低5位送TL0（TL1），TL0（TL1）的高3位数为任意值，常取0，高8位送TH0（TH1）。,1任务要求本任务要求用AT89C51的定时器1，方式0设计一只1秒的定时器，用定时器的查询方式，使AT89C51控制的一只发光二极管定时1秒闪烁。,任务操作,2任务分析,确定TMOD控制字：采用AT89C51的定时器1方式0定时，TMOD=0 x00,计算计数器的计数初值:因为方式0采用13位计数器，其最大定时时间为：81921ms=8.192ms，可选择定时时间为5ms，再循环200次就可以定时为1s了。,X213T（时钟周期12）,0110001100011000B=0 x6318,所以TH1赋值0 x63，TL1赋值0 x18。,注意：定时/计数器的方式0为13位计数器，其不用的是低8位中的高三位，一般补三个0。,3.任务设计,（1）硬件原理图设计,（2）软件程序设计,#includevoidsTime()/定时1s子程序unsignedinti;TMOD=0 x00;/设定时器1为方式0TH1=0 x63;/置定时器初值TL1=0 x18;TR1=1;/启动T1for(i=0;i=200;)if(TF1=1)/查询计数溢出i+;TF1=0;TH1=0 x63;/重新置定时器初值TL1=0 x18;return;,/发光二极管定时1s闪烁主程序voidmain()for(;)P1_0=!P1_0;/取反P1.0使发光二极管闪烁sTime();/调用1s定时,方式116位方式,16位计数，由TL0作为低8位、TH0作为高8位。16位计数，由TL1作为低8位、TH1作为高8位。,T0,C/T=1,C/T=0,16位计数器,定时器,计数器,5.1.2.2用定时/计数器的工作方式1设计定时器,定时=（216X）时钟周期12=（216X）*12*1/fosc,计数初值：X216T（时钟周期12）,定时/计数器工作方式1,X的低8位送TL0（TL1），高8位送TH0（TH1）。,定时方式：,计数方式：,计数次数值216X,计数初值：X216计数次数值,1任务要求本任务要求用AT89C51的定时器0方式1设计一只1秒的定时器，使AT89C51的P0和P2端口控制的2组16只LED流水灯定时1秒滚动点亮。,2任务分析,确定TMOD控制字：采用AT89C51的定时器0方式1定时，TMOD=0 x01。,计算计数器的计数初值:因为方式1采用16位计数器，其最大定时时间为：655361ms=65.536ms，可选择定时时间为5ms，再循环200次就可以定时为1s了。,X=216T（时钟周期12）,=65536-50000=15536=0 x6318,所以TH1赋值0 x63，TL1赋值0 x18。,TH0=（65536-40000）/256；TL0=（65536-40000）%256；,3.任务设计,（1）硬件原理图设计,（2）软件程序设计,#include#include#defineucharunsignedchar/流水灯定时1s滚动主程序voidmain()ucharT_Count=0;/累加计数溢出发生的次数P0=0 xFE;/点亮D1灯P2=0 xFE;/点亮D16灯TMOD=0 x01;/定时器0工作于方式1TH0=（65536-50000）/256；/50ms定时初值TL0=（65536-50000）%256；TR0=1;/启动定时器,while(1)if（TF0=1）/定时溢出标志位为1时表示计时溢出TF0=0；/软件清零TH0=（65536-50000）/256；/重置50ms定时TL0=（65536-50000）%256；if（+T_Count=20)/50*20=1000ms后LED滚动一次P0=_crol_(P0,1);P2=_crol_(P2,1);T_Count=0;,方式28位自动装入时间常数方式,自动重装初值的8位计数方式，适合于用作较精确的脉冲信号发生器。,TH0（TH1）中保留初值,5.1.2.3用定时/计数器的工作方式2设计定时器,定时=（28X）时钟周期12=（28X）*12*1/fosc,计数初值：X28T（时钟周期12）,定时/计数器工作方式1,初值X分别送给TL0（TL1）和TH0（TH1）。,定时方式：,计数方式：,计数次数值28X,计数初值：X28计数次数值,1任务要求本任务要求用AT89C51的定时器1方式2设计一只1秒的定时器，用定时器的查询方式，使AT89C51控制的一只发光二极管定时1秒闪烁。,2任务分析,确定TMOD控制字：采用AT89C51的定时器1方式2定时，TMOD=0 x20。,计算计数器的计数初值:方式2采用8位计数器，其最大定时时间为：2561ms=256s，可选择定时时间为250s，再循环4000次就可以定时为1s。,X=28计数值,=256-250=6=0 x06,所以TH1赋值0 x06，TL1也赋值0 x06。,3.任务设计,（1）硬件原理图设计,（2）软件程序设计,#includevoidsTime()unsignedinti;TMOD=0 x20;/设定时器1为方式2TH1=0 x06;/置定时器初值TL1=0 x06;TR1=1;/启动T0for(i=0;i=4000;)if(TF1=1)/查询计数溢出i+;TF1=0;return;,/发光二极管定时1s闪烁主程序voidmain()while(1)P1_0=!P1_0;/取反P1.0使发光二极管闪烁sTime();/调用1s定时,5.1.2.4用定时/计数器的工作方式3设计定时器,方式32个8位方式,T0工作方式3结构图,T0工作方式3时T1的结构图,仅T0可以工作在方式3，T1处于方式3时停止计数。此时T0分成2个独立的计数器TL0和TH0，前者用原来T0的控制信号（TR0、TF0），后者用原来T1的控制信号（TR1、TF1）。（1）TH0由TR1启动/停止，TF1标志溢出（2）TL0由TR0启动/停止，TF0标志溢出（3）TH0只能定时，TL0可以定时/计数，且都是8位定时T=(28）*12foscTL0计数初值28,1任务要求本任务要求用AT89C51的定时器1方式3设计一只1秒的定时器，用定时器的查询方式，使AT89C51控制的一只发光二极管定时1秒闪烁。,2任务分析,确定TMOD控制字：因为采用AT89C51的定时器0方式3定时，这里采用TL0和TH0结合使用的方法，让TL0工作在计数方式，故TMOD=0 x07。,当TH0计满溢出后，用软件复位的方法使T0（P3.4）引脚产生负跳变，TH0每溢出一次，T0引脚便产生一个负跳变，TL0便计数一次。TL0计满溢出时，延时时间应为50ms，循环20次便可得到1s的延时。,计算计数器的计数初值:方式3中定时器0中的TH0只能作为定时器，TH0是8位计数器，其最大定时时间为：2561us=256s，可选择定时时间为250us。这样TH0的初值为X=(256-250)=6=0 x06TL0设置为计数器，TL0是8位计数器，其最大计数值为256，可选择计数值为200。这样TL0计数初值为X=M计数值=256-200=56=0 x38所以TL0赋值0 x38，TH0赋值0 x06。,3.任务设计,（1)硬件原理图设计,（2）软件程序设计,#include/定时1s子程序voidsTime()unsignedinti;TMOD=0 x07；/置定时器0为方式3计数TH0=0 x06；/置TH0初值TL0=0 x38；/置TL0初值TR0=1；/启动TL0TR1=1；/启动TH0,for(i=0;i=20;)if(TF0=0)/在TL0没有溢出时if(TF1=1)/查询TH0计数溢出TF1=0;TH0=0 x06;/重置TH0初值P3_4=0;/T0引脚产生负跳变P3_4=0;/负跳变持续P3_4=1;/T0引脚恢复高电平continue;TF0=0;i+;TL0=0 x38；/重置TL0初值return;,/发光二极管定时1s闪烁主程序voidmain()while(1)P1_0=!P1_0;/取反P1.0使发光二极管闪烁sTime();/调用1s定时,设计数器最大计数值为M，选择不同的工作方式最大计数值不同。（如12MHZ）方式0：M=213=8192,8.192ms方式1：M=216=65536,65.536ms方式2：M=28=256,256us方式3：M=28=256,256us,任务5.2脉冲计数器的设计,1任务要求要求用AT89C51设计一个计数范围为099的脉冲计数器，也就是用AT89C51的定时/计数器采样计数外部按键输送的脉冲信号，并用数码管将计数的数值显示出来。,2任务分析,设置T0为计数方式，计数外部的脉冲，工作在方式2，所以TMOD=0 x06。,确定TMOD控制字：,方式2的最大计数值为256，如果把初值设置为255，当P3.4管脚接收到一个由高到低的下跳变时，计数值加1溢出，查询到TF0=1后，就将显示的计数值加1，实现脉冲计数器计数。这样将TL0的初值设置为X=(256-1)=255=0 xFF将TL0=0 xFF，TH0=0 xFF，每次溢出后TH0自动将初值装入TL0。,计算计数器的计数初值:,3任务设计,（1）硬件原理图设计,（2）软件程序设计,#include/数码管段码定义unsignedcharcodeDSY_CODE=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f,0 x00,;unsignedcharcount=0;voidmain()P0=DSY_CODE0;P2=DSY_CODE0;TMOD=0 x06;/置定时器0为方式2计数TH0=0 xFF;/置TH0初值TL0=0 xFF;/置TL0初值TR0=1;/启动TL0计数,while(1)if(TF0=1)/查询TF0是否为1TF0=0;/TF0清零count=(count+1)%100;/计数值控制在100以内P0=DSY_CODEcount/10;/显示计数值高位P2=DSY_CODEcount%10;/显示计数值低位if(P3_2=0)/查询到P3.2上有低电平count=0;/计数值清零P0=DSY_CODE0;/显示清零P2=DSY_CODE0;/显示清零,项目拓展实验板分频器的设计,实验板采用的是STC89C52单片机，如附录2中“单片机与扩展插座”电路所示。我们要在P1.0P1.7端口上产生不同频率的方波，周期分别为1ms、2ms、4ms、8ms、16ms、32ms、64ms、128ms，就相当于实现了不同级别的分频。,1任务要求,2任务分析,首先，我们用STC89C52的定时/计数器来设置时间，选用T0的方式1第一个方波周期是1ms，方波周期的一半是500us，单片机外围的晶体采用的是12MHz，其机器周期是1us，所以每轮计数500次就可以达到500us，这样初值为（65536500），高8位送TH0，低8位送TL0。,确定TMOD控制字和计算计数器的计数初值:,分频器源程序如下：,#include/T0定时500us子程序voidTimer0()TMOD=0 x01;/使用模式1，16位定时器，TH0=(65536-500)/256;/赋初值，12MHz晶振，/机器周期1us，/500 x2=1ms方波TL0=(65536-500)%256;TR0=1;/定时器开关打开,/主程序main()staticunsignedchari;/i的范围0255while(1)i+;P1=i;/P1口8路输出不同频率，相当于一个分频器，/用示波器测量；P1.