单片机原理与应用：定时计数器

1、单片机原理与接口应用,8051定时/计数器,华中科技大学光电子工程系,MCS51,一、8051定时/计数器概述, 8051单片机片内有二个十六位定时器计数器：定时器0(T0)和定时器1(T1)。 都有定时或事件计数的功能，可用于定时控制、延时、对外部事件计数和检测等场合。 2个16位定时器实际上都是16位加1计数器。T0由2个8位持殊功能寄存器TH0和TL0构成，T1由TH1和TL1构成。 每个定时器都可由软件设置为定时工作方式或计数工作方式。 这些功能都由特殊功能寄存器TMOD设置和TCON所控制。,1. 定时工作方式, 设置为定时工作方式时，定时器计数的脉冲是由8051片内振荡器输出经12

2、分频后产生的。 每个机器周期使定时器(T0或T1)的数值加1直至计计数满产生溢出。 如：当8051采用12MHz晶体时，每个机器周期为1s，计数额率为1MHz。,2. 计数工作方式,设置为计数工作方式时，通过引脚T0(P34)和T1(P35)对外部脉冲信号计数。 当输入脉冲信号产生由1至0的下降沿时，定时器的值加1， 在每个机器周期的S5P2期间采样T0和T1的输入电平。若前一个机器周期采样值为1，下一个机器周期采样值为0，则计数器加1。此后的机器周期S3P1期间，新的数值装入计数器。 检测一个1至0的跳变需要二个机器周期，故最高计数频率为振荡频率的二十四分之一。,输入脉冲信号的基本要求,虽然

3、对输入信号的占空比无特殊要求，但为了确保某个电平在变化之前至少被采样一次，要求电平保持时间至少是一个完整的机器周期。,不管是定时工作方式还是计数方式，定时器T0或T1在对内部时钟或对外部事件计数时，不占用CPU的时间，除非定时器计数器溢出，才可能中断CPU的当前操作。 由此可见，定时器是单片机中效率高而且工作灵活的部件。 除了可以选择定时器或计数器工作方式外，每个定时器计数器还有四种工作模式，也就是每个定时器可构成四种电路结构模式。其中，模式0一模式2对T0和T1是一样的，模式3对两者是不同的。,二、定时计数器的控制字,定时器共有两个控制字： 定时器控制寄存器TCON（88H) 定时器工作模式

4、寄存器TMOD(89H) 由软件写入TMOD和TCON两个八位寄存器，用来设置T0或T1的工作模式和控制功能。 定时器控制寄存器TCON除可字节寻址外，各位还可位寻址 当8051系统复位时两个寄存器都被清0。,1. 工作模式寄存器TMOD(89H),TMOD用于控制T0和T1的操作模式。其各位的定义格式如下： 定时器T1 定时器T0,1.1 M1 M0 工作模式选择位 共有四种工作模式,1.2 C/T 计数器方式定时器方式选择位, C/T0，设置为定时方式。 定时器计数 805l片内脉冲，亦即对机器周期计数。 C/T1，设置为计数方式， 计数器的输入是来自T0(P34)或Tl(P3.5)端的外

5、部脉冲。,1.3 GATE 门控位,GATE0时，只要用软件使TR0(或TRl)置1就启动了定时器，而不管INT0(或INT1)的电平是高还是低。 GATEl时，只有当INT0(或INT1)引脚为高电平且由软件使TR0(或TRl)置1时，才能启动定时器工作。 TMOD不能位寻址，只能用字节设置定时器工作方式; 低半字节设定T0，高半字节设定T1。,2. 控制寄存器TCON(88H),TCON 8FH 8EH 8DH 8CH 8BH 8AH 89H 88H (88H) TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 TCON各位的作用如下： TF1： T1溢出标志位。当T1溢出时

6、由硬件自动使中断触发器TF1置1，并向CPU申请中断。当CPU响应进入中断服务程序后，TF1又被硬件自动清0。TF1也可以用软件清0。 TF0: T0溢出标志位。其功能和操作情况如TF1。 TR1: T1运行控制位。可由软件置1或清0来启动或关闭T1。指令(SETB TRl)使TR1位置1，定时器T1便开始计数。 TR0: T0运行控制位。其功能及操作情况同TRl。 8051复位时，TCON的所有位被清0。,三、定时器的四种工作模式, 8051单片机的定时器计数器T0和T1可由软件对特殊功能寄存器TMOD中控制位 CT的设置，以选择定时功能或计数功能。 对M1、M0位的设置，可选择四种工作模式

7、，即模式0、模式1、模式2和模式3。 在模式0、I和2时，T0与T1的工作模式相同；在模式3时，两个定时器的工作模式不同。,1.模式0,模式0是选择定时器(T0或T1)高8位加低5位的个13位定时器计数器。 在这种模式下，16寄存器(TH0和TL0)只用13位，其中TL0的高3位末用，其余位占整个13位的低5位，TH0占高8位。 当TL0的低5位溢出时向TH0进位而TH0溢出时向中断标志位TF0进位(硬件置位TF0)，并申请中断。 T0溢出否可查询TF0是否置位，以产生T0中断。,T0在模式0时的逻辑电路结构, C/T0时，控制开关接通振荡器十二分频输出端，就是定时工作方式。其定时时间为： t

8、(213一T0初值)振荡周期12 当C/T1时，控制开关使引脚T0(P34)与13位计数器相连，外部计数脉冲由引脚T0P34输入，当外部信号电平发生“1”到“0”跳变时计数器加1，这时，T0成为外部事件计数器。这就是计数工作方式。, GATE0时，使或门输出A点电位为常“1”，或门被封锁，于是，引脚INT0输入信号无效。这时或门输出的常“1”打开与门，B点电位取决于TR0状态，于是由TR0一位就可控制计数开关K开启或关断T0。 若软件使TR0置1，便接通计数开关K，启动T0在原值上加1计数，直至溢出。溢出时，13位寄存器清0，TF0置位，并申请中断，T0仍从0重新开始计数。 若TR00。则关断

9、计数开关K，停止计数。 当GATE =1时，A点电位取决于(P3.4)引脚的输入电平。仅当(P3.4)输入高电平时TR0l时，B点才是高电平，计数开关K闭合T0开始计数，当INT0由1变0时，T0停止计数。这一特性可以用来测量在(P3.4)端出现的正脉冲的宽度。,2模式1,该模式是一个16位定时器计数器。 其结构与操作几乎与模式0完全相同，唯一的差别是：在模式1中，寄存器TH0和TL0是以全16位参与操作， 用于定时工作方式时，定时时间为： t(216一T0初值) 时钟周期12 用于计数工作方式时，计数长度为21665536(个外部脉冲),3.模式2,模式2把T0(或T1)配置成个可以自动重装

10、载的8位定时器计数器。 TL0计数溢出时，不仅使溢出中断标志位TF0置1，而且还自动把TH0中的内容重装载到TL0中。 这时16位的计数器被拆成两个8位； TL0用作8位计数器，TH0用以保持初值。,在程序初始化时，TL0和TH0由软件赋予相同的初值。 旦TL0计数溢出，置位TF0，并将TH0中的初值再自动装入TL0，继续计数，循环重复。 用于定时器工作方式时，其定时时间(TF0溢出周期)为； t(28TH0初值)振荡周期12 用于计数器工作方式时，最大计数长度（TH0初值0）为： 28256(个外部脉冲)。 这种工作方式可省去用户软件中重装常数的程序，并可产生相当精度的定时时间。特别适用作串

11、行口波待率发生器。,4模式3,操作模式3对T0和T1是大不相同的。 若将T0设置为模式3，TL0和TH0被分成为两个互相独立的8位计数器。 其中TL0用原T0的各控制位、引脚和中断源。即CT、GATE、TR0、TF0和T0 (P34)引脚、 (P32)引脚。 TL0除仅用8位寄存器外，其功能和操作与模式0(13位计数器)、模式1(16位计数器)完全相同。 TL0也可工作为定时器方式或计数器方式。 TH0只可用作简单的内部定时功能，它占用了定时器T1的控制位TR1和T1的中断标志位TF1，其启动和关闭仅受TRl的控制。 定时器T1无操作模式3状态。,四、定时器计数器的编程和应用,例1：假设利用定

12、时器T0模式1产生一个50Hz的方波，由P10输出，采用12MHz时钟定时器，CPU不作其它工作。,定时器不作其它工作，因而可以采用查询的方式进行控制。初值可由下式算得： (216一x)110-6（1/50）（1/2） 得：x555360D8F0H。,程序如下:,MOVTMOD,#01H;定时器T0模式0SETBTR0;启动T0 L0:MOVTH0,#0D8H;置初值 MOVTL0,#0F0H; L1:JNBTF0,L1;等待溢出 CLRTF0;清标志 CPLP1.0;取反 SJMPL0,例2：测量在(P3.3)端出现的正脉冲的宽度,门控制位GATE使定时器计数器T1的启动计数受INT1的控制； 当GATE为1，TR1为1时，只有INT1引脚输入高电平时，T1才允许计数， 利用GATE的这个功能