第六章定时器及其应用

第六章定时器及其应用,计量测试工程学院陆艺,计量测试工程学院陆艺,实现定时一般有三种方法：l利用软件实现（延时程序）;优点：简单，控制方便；缺点：CPU效率低。l硬件实现，专门设计一个单稳态定时器：优点：CPU效率高；缺点：修改参数麻烦。l利用计数器实现,溢出,计算机一般利用第三种方法实现,1us,8位,256us,计量测试工程学院陆艺,6.1定时器结构与工作原理,一、定时器的结构,定时器/计数器的核心部件是两个16位的二进制加1计数器(TH0、TL0或TH1、TL1),TH0（84H）和TL0（8AH）,TH1（8DH）和TL1（8BH）,1、T0、T1工作模式,定时功能-计数输入信号是内部时钟脉冲，每个机器周期使计数器加1。计数频率是振荡频率的1/12。,计数功能-计数脉冲来自外部输入引脚，T0为P3.4、T1为P3.5,在TMOD中，各有一个控制位（CT），分别用于控制定时/计数器T0和T1是工作在定时器方式还是计数器方式。,计量测试工程学院陆艺,2.定时/计数器是一个二进制的加1计数器，当计数器计满回零时能自动产生溢出中断请求，表示定时时间已到或计数已终止。,T0、T1高8位和低8位，预置T0、T1的值。TMOD控制T0、T1工作方式。TCON控制T0、T1启动运行并记录溢出标记。,计量测试工程学院陆艺,二、工作原理,定时：计数输入信号来自内部振荡信号。注意这里的振荡信号是振荡频率的12分频。例如12MHz晶振，计数周期为？,计数：计数输入信号来自外部振荡信号。P3.4，P3.5引脚上的。外部来一个脉冲，T0、T1自增1.这里要注意对外部脉冲的要求：,脉冲的高电平及低电平均应保持一个机器周期以上。,计量测试工程学院陆艺,6.2定时器/计数器的方式寄存器和控制寄存器,1控制寄存器TCON,已讲过，见第5章,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,计量测试工程学院陆艺,2工作方式控制寄存器TMOD,T1控制,T0控制,M1M0工作方式选择：00：方式0，13位定时器/计数器01：方式1，16定时器/计数器10：方式2，8位自动重装定时器/计数器11：方式3，定时器T0分成2个8位计数器定时器T1停止计数,C/T：定时器/计数器选择：“0”：定时器“1”：计数器,计量测试工程学院陆艺,T1控制,T0控制,GATE：门控位：确定INT0是否参与对计数器T0的控制“1”：由TR0和引脚INT0共同控制启动“0”：仅由控制位TR0启动,GATE=1时，常用来测量INT0引脚上正脉冲的宽度。此时计数器同时受TR0、INT0控制，两者同时为1时，T0才计数。注意：这里INT0不再作为中断请求输入线。,计量测试工程学院陆艺,6.3定时器/计数器的4种工作方式,一、方式0,M1M0=00时为方式0，13位计数器,13位计数器，TH提供高8位，TL提供低5位。,计数脉冲输入,TH0TL0,8位,低5位,13位计数器,定时器,计数器,计量测试工程学院陆艺,TF0,T0,TR0,GATE,INT0,1,1,&,C/T=1,振荡器,1/12,C/T=0,TH0TL0,8位,低5位,13位计数器,TL中高3位弃之不用13位计数器，TL1低5位计数溢出后，向TH进位，计满为零时，置TF0为1，向CPU发出中断请求，进入定时中断子程序，若要再次计数，必须在中断中重装初值。,计量测试工程学院陆艺,二、方式1,M1M0=0116位计数器,高8位TH和低8位TL组成。,工作情况同方式0。最大定时/计数值是方式0的8倍。,计量测试工程学院陆艺,三、方式2,M1M0=10自动装载的8位计数器,常用作波特率发生器,例如对T0来说，T0被分拆位1个8位计数器TL0和一个赋值寄存器TH0，TL0假如计满以后，发出中断请求，同时从TH0中重新获得初值并启动计数。,注意：不同于前两种方式，软件为它们重装定时初值/计数初值，方式2自动装载。,计量测试工程学院陆艺,四、方式3,M1M0=112个8位计数器（仅限于T0）,前三种工作方式下，T0和T1功能完全相同的。方式3中，T0和T1的功能不同,T0:TL0定时/计数都可以，TR0（启动），TF0溢出中断标志。TH0只能定时模式运行，借用T1的控制位TR1和TF1。,T1:已没有控制位可以用了，不产生中断请求，经常用在不要求中断控制的场合，串口的波特率发生器。,计量测试工程学院陆艺,值得注意的是：T1假如选择方式3，T1将停止工作，T0假如选择方式3，T1可工作在方式0、1、2，只是没有中断请求。,计量测试工程学院陆艺,6.4定时器/计数器应用,一、定时器/计数器的初始化,1.初始化步骤,（1）确定工作方式，即对方式寄存器TMOD赋值。（2）预置定时或计数初值，直接将初值写入TL0、TH0或TL1、TH1中。（3）根据需要对中断允许寄存器有关位赋值，以开放或禁止定时器/计数器溢出中断。（4）启动定时器/计数器，使TCON中的TR1或TR0置1，控制计数器按确定的工作方式和初值开始计数或定时。,2.计数器初值的计算。在一个数的基础上计数计数模式下：X=M计数值,计数初值,计数器模值,方式0：213,方式1：216,方式2：28,方式3：28,（最大计数值）,计量测试工程学院陆艺,3.定时初值的计算：,(MX)*T=定时时间,故，X=M定时时间T,X预定初值T机器周期的长度，单片机时钟周期的12倍。,例6-1：若单片机晶振为6MHz，要求使用定时器T1产生200s定时，试计算定时的初值。,解：由于T=2s，产生200s定时，则需要加1共100次，定时器方能产生溢出。（1）采用方式0：X213（200*10-6/（2*10-6）819210080921F9CH1111110011100B由于在方式0中TL1高3位是不用的，可设为全0，X的低5位装入TL1的低5位，X的高8位装入TH1，即TL1=1CH，TH1=0FCH。,计量测试工程学院陆艺,（2）采用方式1：X216（200*10-6/（2*10-6）65536100654360FF9CH即：TH1=0FFH，TL1=9CH。采用方式1时，时间常数（初值）的处理要相对简单。（3）若采用方式2：X28（200*10-6/（2*10-6）2561001569CH在方式2时，TL1为计数初值，TH1为计数溢出时的自动装入初值，通常可实现连续定时工作，TH1=TL1=9CH。,注意：最大定时时间的问题。也就是X=0时，定时时间为最大。设晶振为12MHz，则最大定时时间为：方式0：Tmax=2131us=8.192ms方式1：Tmax=2161us=65.536ms方式2、3：Tmax=281us=0.256ms,计量测试工程学院陆艺,二、应用举例,例6-2：设8051系统中，主频为12MHz，要求利用定时器T1定时，使得P1.1引脚输出周期为4ms的方波。,解：利用P1.1引脚输出信号周期为4ms的方波，只要使P1.1每隔2ms改变一次电平，故定时值应为2ms。由于fosc=12MHz，所以计数间隔T=1s。（1）定时器T1工作在方式0,即13位计数器。定时初值：X=M计数次数2132*10-3/10-6=819220006192=1100000110000B。由于TL1的高3位不用，可得到：TH1初值为0C1H,TL1初值为10H。,方式字TMOD可设为00H，采用中断方式工作的源程序如下：,计量测试工程学院陆艺,ORG0000HLJMPMAINORG001BHLJMPTF1INTORG0030HMAIN：MOVTMOD，#00H；T1按方式0，定时器状态工作MOVTH1，#0C1H；给T1赋初值MOVTL1，#10HSETBET1；T1溢出中断允许SETBTR1；启动T1工作SETBEA；CPU开中断HERE：SJMPHERE；模拟主程序TF1INT：CLRTR1；T1中断入口MOVTH1,#0C1H；重装T1初值MOVTL1,#18HSETBTR1CPLP1.1；由P1.1输出方波RETI；中断返回,计量测试工程学院陆艺,（2）定时器T1工作在方式1,即16位计数器。定时初值：XM计数次数2162*10-3/10-665536200063536F830H。可得到：TH1初值为0F8H,TL1初值为30H。,方式字TMOD可设为10H，采用查询方式的源程序如下：,MAIN：MOVTMOD，#10H；T1按方式1，定时器状态工作LOOP：MOVTH1，#0F8H；T1赋初值MOVTL1，#30HSETBTR1；启动T1工作NOPWAIT：JNBTF1，WAIT；等待T1溢出CLRTF1；清零溢出标志位CPLP1.1；由P1.1输出方波CLRTR1SJMPLOOP,计量测试工程学院陆艺,（3）定时器T1工作在方式2,即8位计数器。由于T1工作在方式2时最大的计数次数为256次，而定时2ms需要计数2000次，因此，直接一次定时不能达到，可以采用每次定时0.2ms，定时10次来实现。定时初值：X=M计数次数282*10-4/10-6=56=38H。可得到：TH1和TL1初值均为38H。方式字TMOD可设为20H，采用查询方式的源程序如下：MAIN：MOVTMOD，#20H；T1按方式2，定时器状态工作MOVR3，#10；设置0.2ms定时10次MOVTH1，#38H；T1赋初值MOVTL1，#38HSETBTR1；启动T1工作NOPLOOP：JNBTF1，LOOP；等待T1溢出CLRTF1；清零溢出标志位DJNZR3，LOOP；2ms定时到MOVR3，#10CPLP1.1；由P1.1输出方波SJMPLOOP,试改成中断方式编程？,计量测试工程学院陆艺,例6-3：应用8051的定时器T0监测生产流水线的工件数量，每生产1个工件产生一个计数脉冲至P3.4（T0），每生产100个工件，由P1.0发出一个5ms的低电平脉冲，控制包装设备将其包装成一箱，8051的工作时钟为12MHz。,解：用T0作计数器，记录工件数量，用T1作定时器，当T0计数满100时在P1.0脚输出一个5ms低电平脉冲，控制包装设备打包。选择T0为计数器，工作方式2；选择T1为定时器，工作方式1。（1）方式字TMOD为00010110B=16H。（2）T0计数初值X0281009CH，因此T0初值为：TH0TL09CH。（3）T1定时初值X12165*10-3/10-6655365000605360EC78H，因此T1初值为：TH10ECH，TL078H。,计量测试工程学院陆艺,ORG0000HLJMPMAINORG000BHLJMPT0INTORG001BHLJMPT1INTMAIN：SETBP1.0；P1.0输出为高MOVTMOD,#16H；置T0、T1的工作方式MOVTH0，#9CHMOVTL0，#9CH；计数初值送计数器SETBEA；CPU开中断SETBET0；T0开中断SETBET1；T1开中断SETBTR0；启动T0HERE：SJMPHERE；模拟主程序T0INT：MOVTH1，#0ECH；置T1定时5ms初值MOVTL1，#78HCLRP1.0；P1.0输出低电平SETBTR1RETI；中断返回T1INT：SETBP1.0；定时5ms时间到，P1.0恢复为高电平CLRTR1；T1停止工作RETI；中断返回,计量测试工程学院陆艺,例6-4：用GATE控制位，测量(P3.3)引脚上正脉冲的宽度。假设晶振频率为12MHz,被测正脉冲宽度小于65ms。解：门控位GATE=1时，定时器T1的启动计数受到(P3.3)外部引脚输入电平的控制。如图6-6，测量(P3.3)引脚的正脉冲的宽度时，只要利用T1从脉冲的上升沿开始计数，下降沿停止计数，获得计数值乘以计数间隔即可得到脉冲宽度时间值。由fosc=12MHz,可得到计数间隔T=1s，因此，计数值即为脉冲宽度时间值，单位为s。选择T1为定时器模式，工作方式1，GATE=1，则TMOD=10010000B=90H。,图