陕西科技大学单片机第8章定时器

1、8 8 定时定时/ /计数器计数器 在工业检测、控制中，很多场合都要用到计数或者定在工业检测、控制中，很多场合都要用到计数或者定 时功能。例如对外部脉冲进行计数、产生精确的定时时间、时功能。例如对外部脉冲进行计数、产生精确的定时时间、 作串行口的波特率发声器等。作串行口的波特率发声器等。MCSMCS5151单片机内部有两个单片机内部有两个 可编程的定时器可编程的定时器/ /计数器，以满足这方面的需要。它们具计数器，以满足这方面的需要。它们具 有两种工作模数（计数器模式、有两种工作模数（计数器模式、 定时器模式）和四种工定时器模式）和四种工 作方式（作方式（ 方式方式0 0、方式、方式1 1、方

2、式、方式2 2、方式、方式3 3），其控制字均），其控制字均 在相应的特殊功能寄存器（在相应的特殊功能寄存器（SFRSFR）中，通过对它的）中，通过对它的SFRSFR的编的编 程，可以方便的选择工作模数和工作方式。程，可以方便的选择工作模数和工作方式。 定时定时/计数器特点：计数器特点： 1）多种工作方式，定时或计数）多种工作方式，定时或计数 2）计数值可变，但有限制）计数值可变，但有限制 3）可发出中断申请）可发出中断申请 8.1 定时器定时器/计数器的结构及工作原理计数器的结构及工作原理 输入脉冲：外部脉冲源输入脉冲：外部脉冲源 系统机器周期系统机器周期 定时：计数速率：定时：计数速率：1

3、/12振荡频率振荡频率 计数：外部信号的下降沿触发计数。计数：外部信号的下降沿触发计数。 最高计数速率最高计数速率1/24振荡频率振荡频率 每个机器周期每个机器周期S5P2采样外部输入信号。采样外部输入信号。 C/T:TMOD中的中的C/T位决定位决定 控制信号：决定定时器控制信号：决定定时器/计数器启动和停止计数器启动和停止。TMOD TCON 8.1.1 定时定时/计数器结构计数器结构 v定时定时/计数器简称定时器，计数器简称定时器，8031单片机有单片机有2个个16位的定时位的定时/计计 数器：定时器数器：定时器0（T0）和定时器）和定时器1（T1）。它们都有定时器）。它们都有定时器 或

4、事件计数的功能，可用于定时控制、延时、对外部事件计或事件计数的功能，可用于定时控制、延时、对外部事件计 数和检测等场合。数和检测等场合。 vT0由由2个特殊功能寄存器个特殊功能寄存器TH0和和TL0构成，构成，T1则由则由TH1和和TL1 构成。作计数器时，通过引脚构成。作计数器时，通过引脚T0（P3.4）和）和T1（P3.5）对外部）对外部 脉冲信号计数，当输入脉冲信号从脉冲信号计数，当输入脉冲信号从1到到0的负跳变时，计数器的负跳变时，计数器 就自动加就自动加1。计数的最高频率一般为振荡频率的。计数的最高频率一般为振荡频率的1/24。 定时器定时器/ /计数器结构框图计数器结构框图 可程控

5、为不同的组合状态，形成可程控为不同的组合状态，形成4 4种工作方式种工作方式 TCON TCONTCON TCON 8.1.2 8.1.2 工作模式控制寄存器工作模式控制寄存器TMODTMOD（89H89H） 确定定时器的工作方式确定定时器的工作方式 GATEC/TM10MGATE C/T1M0M 控 制 T1控 制 T0 89H 和T 类同0 1M0M 00 01 10 11 方 式 方式0 方式1 方式2 方式3 0 1 定时器模式 计数器模式 0 1 与INT 无关 0 0与INT 有关 定时器工作模式寄存器定时器工作模式寄存器TMOD 对对TMOD的各个位的说明：的各个位的说明： GA

6、TE位：门控位。位：门控位。GATE1时，时，T0、T1是否计数要受是否计数要受 到外部引脚输入电平的控制，到外部引脚输入电平的控制，INT0引脚控制引脚控制T0，INT1引引 脚控制脚控制T1。可用于测量在。可用于测量在INT0和和INT1引脚出现的正脉冲引脚出现的正脉冲 的宽度。若的宽度。若GATE0，即不使能门控功能，定时计数器，即不使能门控功能，定时计数器 的运行不受外部输入引脚的运行不受外部输入引脚INT0、INT1的控制。的控制。 C/T位：计数器模式和定时器模式的选择位。位：计数器模式和定时器模式的选择位。 C/T0，为定时器模式，内部计数器对晶振脉冲，为定时器模式，内部计数器对

7、晶振脉冲12分频分频 后的脉冲计数，该脉冲周期等于机器周期，所以可以理后的脉冲计数，该脉冲周期等于机器周期，所以可以理 解为对机器周期进行计数。从计数值可以求得计数的时解为对机器周期进行计数。从计数值可以求得计数的时 间，所以称为定时器模式。间，所以称为定时器模式。 C/T1，为计数器模式，计数器对外部输入引脚，为计数器模式，计数器对外部输入引脚T0 （P3.4）或）或T1（P3.5）的外部脉冲（负跳变）计数，允）的外部脉冲（负跳变）计数，允 许的最高计数频率为晶振频率的许的最高计数频率为晶振频率的1/24。 M1 M0：四种工作方式的选择位：四种工作方式的选择位 工作方式选择表工作方式选择表

8、 M1 M0 方式方式说说 明明 0 0013 位定时器位定时器(TH的的 8 位和位和TL的低的低 5 位）位） 0 1116 位定时器位定时器/计数器计数器 1 02自动重装入初值的自动重装入初值的 8 位计数器位计数器 1 13 T0 分成两个独立的分成两个独立的 8 位计数器位计数器, T1 在方式在方式 3 时停止工作时停止工作 8.1.3 8.1.3 定时器控制寄存器定时器控制寄存器TCONTCON（88H88H） 定时器的启动与停止、定时器的状态定时器的启动与停止、定时器的状态 TCON 位地址 0DD1D2D3D4D5D6D7 IT0IE0IT11IETR0TF0TR1TF1

9、88898A8B8C8D8E8F 见下一节 0 0：停T 计数 0 1：启T 计数 0 0：无T 中断（硬件复位） 1：有T 溢出中断 0 0：无T 中断（硬件复位） 1 0：停T 计数 1：有T 溢出中断 1：启T 计数 1 1 1 定时器定时器/计数器控制寄存器计数器控制寄存器TCON说明说明 TF0、TF1分别是定时器分别是定时器/计数器计数器T0、 T1 的溢出标志的溢出标志 位位, 加法计数器计满溢出时置加法计数器计满溢出时置 1, 申请中断申请中断, 在中断响应后自在中断响应后自 动复动复 0。TF产生的中断申请是否被接受产生的中断申请是否被接受, 还需要由中断是否还需要由中断是否

10、 开放来决定。开放来决定。 TR1、TR0 分别是定时器分别是定时器 /计数器计数器T1、 T0 的运行控制的运行控制 位位, 通过软件置通过软件置 1 后后, 定时器定时器 /计数器才开始工作计数器才开始工作, 在系统复位在系统复位 时被清时被清 0。 TF1TF1TR1TR1TF0TF0TR0TR0IE1IE1IT1IT1IE0IE0IT0IT0 8.2 定时定时/计数器工作方式计数器工作方式 4种工作模式：种工作模式： 模式模式0、1和和2：T0和和T1的工作模式相同；的工作模式相同； 模式模式3：两个定时器的模式不同。：两个定时器的模式不同。 8.2.1 模式模式0 （M1 M0 =0

11、0） 定时定时/ /计数器计数器T1T1（T0T0）工作模式）工作模式0 0 在方式在方式0下，下，T0和和T1工作在工作在13位的定时位的定时/计数器计数器 方式，由方式，由TH的高的高 8 位和位和TL的低的低 5 位组成。先位组成。先TL， 后后TH 满计数值：满计数值：213 当当T0的的13位计数器加到全部为位计数器加到全部为 1 以后，再加以后，再加1 就产生溢出，这时置就产生溢出，这时置TCON的的TF0为为 1 ，同时把计，同时把计 数器全部变数器全部变 0 ，然后从，然后从 0 开始继续计数。开始继续计数。 当单片机进入中断服务程序时，由内部硬件自动清当单片机进入中断服务程序

12、时，由内部硬件自动清 除该标志。除该标志。 模式模式0 TMOD C/T=0：定时方式：定时方式 C/T=1: 计数方式计数方式 启动信号启动信号 ：TR GATE INT1 GATE （取非）或（取非）或INT1 上述结果再和上述结果再和TR或运算或运算 8.2.2 模式模式1 （M1 M0 =01） 定时定时/计数器计数器T1（T0）工作模式）工作模式1 方式方式1和方式和方式0的工作原理基本相同，唯一的工作原理基本相同，唯一 不同是不同是T0和和T1工作在方式工作在方式1时是时是16位的计数位的计数/定定 时器。时器。 方式方式1时的计数长度时的计数长度M是是2的的16次方。次方。16位

13、位 的初值直接拆成高低字节，分别送入的初值直接拆成高低字节，分别送入TH和和TL 即可。即可。 8.2.3 模式模式2 （M1 M0 =10） 8位：位：28 TH：8位初值不变位初值不变 计数溢出时，产生中断请求，并且初始常数自动重装载计数溢出时，产生中断请求，并且初始常数自动重装载 工作方式工作方式0和工作方式和工作方式1的最大特点就是计数溢出后，的最大特点就是计数溢出后， 计数器为全计数器为全0，因而循环定时或循环计数应用时就存在，因而循环定时或循环计数应用时就存在 反复设置初值的问题，这给程序设计带来许多不便，同反复设置初值的问题，这给程序设计带来许多不便，同 时也会影响计时精度。时也

14、会影响计时精度。 工作方式工作方式2就针对这个问题而设置，它具有自动重就针对这个问题而设置，它具有自动重 装载功能，即自动加载计数初值，所以也称为自动重加装载功能，即自动加载计数初值，所以也称为自动重加 载工作方式。载工作方式。 在这种工作方式中，在这种工作方式中，16位计数器分为两部分，位计数器分为两部分， 即以即以TL0为计数器，以为计数器，以TH0作为预置寄存器，初始化作为预置寄存器，初始化 时把计数初值分别加载至时把计数初值分别加载至TL0和和TH0中，当计数溢出中，当计数溢出 时，不再象方式时，不再象方式0和方式和方式1那样需要那样需要“人工干预人工干预”，由，由 软件重新赋值，而是

15、由预置寄存器软件重新赋值，而是由预置寄存器TH以硬件方法自以硬件方法自 动给计数器动给计数器TL0重新加载。重新加载。 8.2.4 模式模式3 （M1 M0 =11） 只适用于只适用于T0，T1停止计数停止计数 在工作方式在工作方式3模式下，定时模式下，定时/计数器计数器0被拆成两个独立被拆成两个独立 的的8位计数器位计数器TL0和和TH0。其中。其中TL0既可以作计数器使用，既可以作计数器使用， 也可以作为定时器使用，定时也可以作为定时器使用，定时/计数器计数器0的各控制位和引脚的各控制位和引脚 信号全归它使用。其功能和操作与方式信号全归它使用。其功能和操作与方式0或方式或方式1完全相同。完

16、全相同。 TH0就没有那么多就没有那么多“资源资源”可利用了，只能作为简单的定可利用了，只能作为简单的定 时器使用，而且由于定时时器使用，而且由于定时/计数器计数器0的控制位已被的控制位已被TL0占用，占用， 因此只能借用定时因此只能借用定时/计数器计数器1的控制位的控制位TR1和和TF1，也就是，也就是 以计数溢出去置位以计数溢出去置位TF1，TR1则负责控制则负责控制TH0定时的启动定时的启动 和停止。和停止。 由于由于TL0既能作定时器也能作计数器使用，而既能作定时器也能作计数器使用，而 TH0只能作定时器使用而不能作计数器使用，因此只能作定时器使用而不能作计数器使用，因此 在方式在方式

17、3模式下，定时模式下，定时/计数器计数器0可以构成二个定时器可以构成二个定时器 或者一个定时器和一个计数器。或者一个定时器和一个计数器。 如果定时如果定时/计数器计数器0工作于工作方式工作于工作方式3，那么定时，那么定时/ 计数器计数器1的工作方式就不可避免受到一定的限制，因的工作方式就不可避免受到一定的限制，因 为自己的一些控制位已被定时为自己的一些控制位已被定时/计数器借用，只能工计数器借用，只能工 作在方式作在方式0、方式、方式1或方式或方式2下（但不能使用中断方下（但不能使用中断方 式），如果设置式），如果设置T1工作在方式工作在方式3，则，则T1停止工作，停止工作， 相当于其他方式时

18、令相当于其他方式时令TR10。 8.3 定时定时/计数器的应用计数器的应用 初始化：初始化： 1.正确写入控制字，确定工作方式正确写入控制字，确定工作方式 2.进行计数初值的计算。进行计数初值的计算。 步骤：步骤： 1. TMOD赋值。赋值。 2.计数初值写入计数初值写入TH0 、TL0或或TH1、TL1 3.根据需要，置位根据需要，置位ET0或或ET1，允许中断，允许中断 4. 置位置位EA 5. 置位置位TR0或或TR1 计数初值计算方法：计数初值计算方法： 把计数器计满为零所需要的计数值设定为把计数器计满为零所需要的计数值设定为C，计数初值设定，计数初值设定 为为TC，由此可得到公式：，

19、由此可得到公式： TC=M-C 式中，式中，M为计数器模值，该值和计数器工作方式有关。在为计数器模值，该值和计数器工作方式有关。在 方式方式0时时M为为213；在方式；在方式1时时M为为216；在方式；在方式2和方式和方式3时时M 为为28。 计数状态计数状态: TC=MN 定时状态定时状态: TC=M定时时间定时时间/T 而而 T=12晶振频率晶振频率 注意：方式注意：方式0的计数长度的计数长度M为为2的的13次方。次方。 初值是初值是13位二进制数，高位二进制数，高8位赋值给位赋值给TH0，低，低5 位前面补足位前面补足 3 个个 0 凑成凑成 8 位赋给位赋给TL0。 例如，如要求计数值

20、为例如，如要求计数值为1000，则初值为，则初值为 xM100081921000 1C18H1 1100 000 1 1000B 则赋初值时，则赋初值时，TH00E0H，TL018H。 定时器定时器/计数器应用举例计数器应用举例 例例 1 设单片机晶振频率为设单片机晶振频率为 6 MHz，计算单片机定时器，计算单片机定时器 的最小定时时间和最大定时时间。的最小定时时间和最大定时时间。 机器周期：机器周期：T= 126 MHz= 2s 最小定时时间：最小定时时间：Tmin= 2s 最大定时时间：最大定时时间：Tmax=216 2=131072s=131ms 定时器定时器/计数器应用举例计数器应用

21、举例 例例 2 设单片机晶振频率为设单片机晶振频率为 6 MHz，要求定时器，要求定时器T0产生产生 100ms的定时，试确定计数初值及的定时，试确定计数初值及TMOD的内容。的内容。 采用方式采用方式1 机器周期：机器周期：T= 126 MHz= 2s 脉冲计数：脉冲计数：C= 100ms/2s =5 104 则计数初值：则计数初值： TC= 216- 5 104 =15536 =3CB0H TMOD： T0 M1M0 =01，C/T=0，GATE=0 T1可任意设置可任意设置 TMOD= 0000001 定时器定时器/计数器应用举例计数器应用举例 1) 方式方式 0 的应用的应用 例例 1

22、 利用定时器输出周期为利用定时器输出周期为 2 ms的方波的方波, 设单片机晶振设单片机晶振 频率为频率为 6 MHz。 选用定时器选用定时器 /计数器计数器T0 作定时器作定时器, 输出为输出为P1.0 引脚引脚, 2 ms 的方波可由间隔的方波可由间隔 1 ms的高低电平相间而成的高低电平相间而成, 因而只要每隔因而只要每隔 1 ms对对 P1.0 取反一次即可得到这个方波。取反一次即可得到这个方波。 定时定时 1 ms的初值的初值: 因为因为 机器周期机器周期=126 MHz= 2 s 所以所以 1 ms内内T0 需要计数需要计数N次次: N= 1 ms2 s = 500 使用方式使用方

23、式 0 的的 13 位计数器即可位计数器即可, T0 的初值的初值X为：为： X=MN=8192500=7692=1E0CH （0001111000001100） 但是但是, 因为因为 13 位计数器中位计数器中, 低低 8 位位 TL0 只使用了只使用了 5 位位, 其余码均计入高其余码均计入高 8 位位TH0 的初值的初值, 则则 T0 的初值调整为的初值调整为 （0001111000001100） TH0=0F0H, TL0=0CH TMOD初始化初始化: TMOD=00000000B=00H （GATE=0, C/T=0, M1=0, M0=0） TCON初始化初始化: 启动启动TR0

24、=1 IE初始化初始化: 开放中断开放中断EA=1, 定时器定时器T0 中断允许中断允许ET0=1 程序清单如下程序清单如下: ORG 0000H AJMP START; 复位入口复位入口 ORG 000BH AJMP T0INT ; T0中断入口中断入口 ORG 0030H START: MOV TH0, 0F0H ; T0赋初值赋初值 MOV TL0, 0CH MOV TMOD, 00H SETB ET0 ; 开开T0中断中断 SETB EA ; 开总允许中断开总允许中断 SETB TR0 ; 启动启动T0 MAIN: AJMP MAIN ; 主程序主程序 T0INT: CPL P1.0

25、MOV TL0, 0CH MOV TH0, 0F0H RETI 2) 方式方式 1应用应用 方式方式 1 与方式与方式 0 基本相同基本相同, 只是方式只是方式 1 改用了改用了 16 位计数位计数 器。器。 要求定时周期较长时要求定时周期较长时, 13 位计数器不够用位计数器不够用, 可改用可改用 16 位位 计数器。计数器。 例例2 已知某生产线的传送带上不断地有产品单向传送已知某生产线的传送带上不断地有产品单向传送, 产产 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。数。 假定红灯亮时停止统计假定红灯亮时停止统计, 红灯灭

26、时才在上次统计结果的红灯灭时才在上次统计结果的 基础上继续统计基础上继续统计, 试用单片机定时器试用单片机定时器 /计数器计数器T1的方式的方式 1完完成成 该项产品的计数任务。该项产品的计数任务。 硬件原理图硬件原理图 (1) 初始化初始化: TMOD=11010000B=0D0H （GATE=1, C/T=1, M0M1=01） TCON=00H (2) T1在方式在方式1时时, 溢出产生中断溢出产生中断, 且计数器回零且计数器回零, 故在中故在中 断服务程序中断服务程序中, 需用需用R0计数中断次数计数中断次数, 以保护累积计数结果。以保护累积计数结果。 (3) 启动启动T1计数计数,

27、开开T1中断。中断。 程序清单如下程序清单如下: ORG 0000H AJMP START ; 复位入口复位入口 ORG 001BH AJMP T1INT ; T1中断入口中断入口 ORG 0100H START: MOV SP, 60H ; 初始化程序初始化程序 MOV TCON, 00H MOV TMOD, 0D0H MOV TH1, 00H MOV TL1, 00H MOV R0, 00H ; 清中断次数计数单元清中断次数计数单元 MOV P3, 28H; 设置设置P3.5第二功能第二功能 SETB TR1 ; 启动启动T1 SETB ET1; 开开T1中断中断 SETB EA ; 开总

28、中断开总中断 MAIN: ACALL DISP ; 主程序主程序, 调显示子程序调显示子程序 ORG 0A00H T1INT: INC R0 ; 中断服务子程序中断服务子程序 RETI DISP: ; 显示子程序显示子程序 RET 3) 方式方式 2 应用应用 方式方式 2 是定时器自动重装载的操作方式是定时器自动重装载的操作方式, 在这种方式下在这种方式下, 定时器定时器 0 和和 1 的工作是相同的的工作是相同的, 它的工作过程与方式它的工作过程与方式 0、 方式方式 1 基本相同基本相同, 只不过在溢出的同时只不过在溢出的同时, 将将 8 位二进制初值位二进制初值 自动重装载自动重装载,

29、 即在中断服务子程序中即在中断服务子程序中, 不需要编程送初值不需要编程送初值, 这这 里不再举例。定时器里不再举例。定时器 T1 工作在方式工作在方式 2 时时, 可直接用作串行可直接用作串行 口波特率发生器口波特率发生器, 4) 方式方式 3 的应用的应用 定时器定时器 T0 工作在方式工作在方式 3 时是时是 2 个个 8 位定时器位定时器 /计数器。计数器。 且且TH0 借用了定时器借用了定时器 T1 的溢出中断标志的溢出中断标志TF1和运行控制位和运行控制位 TR1。 例例 3 假设有一个用户系统中已使用了两个外部中断源假设有一个用户系统中已使用了两个外部中断源, 并置定时器并置定时

30、器 T1 于方式于方式 2, 作串行口波特率发生器用作串行口波特率发生器用, 现要求现要求 再增加一个外部中断源再增加一个外部中断源, 并由并由 P1.0 口输出一个口输出一个 5K Hz的方的方 波（假设晶振频率为波（假设晶振频率为 6 MHz）。）。 在不增加其它硬件开销时在不增加其它硬件开销时, 可把定时器可把定时器/计数器计数器 T0 置于工置于工 作方式作方式 3, 利用外部引脚利用外部引脚 T0端作附加的外部中断输入端端作附加的外部中断输入端, 把把 TL0 预置为预置为 0FFH, 这样在这样在 T0 端出现由端出现由 1至至 0 的负跳变时的负跳变时, TL0 立即溢出立即溢出

31、, 申请中断申请中断, 相当于边沿激活的外部中断源。相当于边沿激活的外部中断源。 在方式在方式 3下下, TH0 总是作总是作 8 位定时器用位定时器用, 可以靠它来控制由可以靠它来控制由 P1.0 输出的输出的 5 kHz方波。方波。 由由 P1.0 输出输出 5 kHz的方波的方波, 即每隔即每隔 100 s使使 P1.0 的电的电 平发生一次变化。则平发生一次变化。则TH0中的初始值中的初始值 X=MN=256 100/2=206。 MOV TL0, 0FFH MOV TH0, 206 MOV TL1, BAUD ; BAUD根据波特率要求设置常数根据波特率要求设置常数 MOV TH1,

32、 BAUD MOV MOD, 27H ; 置置T0工作方式工作方式3 ; TL0工作于计数器方式工作于计数器方式 MOVTCON, 55H ; 启动定时器启动定时器 T0、 T1, 置外部中断置外部中断 0 和和 1 ; 为边沿激活方式为边沿激活方式 MOVIE, 9FH ; 开放全部中断开放全部中断 TL0 溢出中断服务程序（由溢出中断服务程序（由 000BH单元转来）单元转来）: TL0INT: MOV TL0, 0FFH ; 外部引脚外部引脚 T0 引起中断处理程序引起中断处理程序 RETI TH0 溢出中断服务程序（由溢出中断服务程序（由 001BH转来）转来）: TH0INT: MOVTH0, 206 CPL P1.0 RETI 此处串行口中断服务程序、此处串行口中断服务程