第06讲：MCS-51单片机的定时计数器

1、单片机与控制技术第02章：MCS-51单片机结构原理RE： 硬件编程结构及引脚已介绍 CPU主要部件与特殊功能寄存器（SFR）已介绍 片内外存储器的组织结构和编址已介绍 并行I/O口已介绍 中断及中断系统已介绍 定时/计数器（外设） 【本次课内容！】 串行口（外设）5、MCS51单片机的定时/计数器 定时/计数器的作用： （1）获取一定的时间间隔信号（即定时），或对外部的脉冲个数进行计数。采用专用的硬件定时/计数器（而不是用延时程序来获得定时），减轻了CPU的负担。 （2）定时和计数的本质是一样的。当计数器所计的脉冲是频率不变的信号时，通过计数值就可以知道时间长短，这时计数器就成了定时器。MC

2、S51单片机的定时/计数器资源 有2个(8052有3个)16位的定时/计数器，均为加1计数； 4种工作方式（16位/13位/8位/波特率），由TMOD控制寄存器中的M1、M0位来控制 两个SFR：TMOD定义工作方式，TCON控制有关功能 定时器的实质为对MCU片内机器周期计数，而计数器对芯片外部引脚T0、T1上的脉冲信号个数计数。 说明： 当用作定时器功能时，加1计数器每一个机器周期加1，所以定时器可看作计算机器周期的计数器。由于每个机器周期包含12个振荡信号周期，所以加1计数器的计数脉冲频率为振荡器信号的1/12，当振荡器频率为6MHz时计数脉冲的最高频率为500KHz，或周期为2s。 当

3、用作计数器功能时，加1计数器的计数脉冲取自外部输入引脚T0、T1（8052还有T2），只要这些引脚上有一个从“1”到“0”的负跳变，加1计数器就加1。CPU在每个机器周期对外部输入状态进行采样。计数器加1的执行是在检测到跳变后的那个机器周期时刻。由于需要两个机器周期（24个振荡信号周期）来识别一个从“1”到“0”的负跳变，所以最大计数速率为振荡信号频率的1/24。显而易见，为了保障外部输入状态在改变之前至少采样一次，因此，信号必须至少保持一个完整的机器周期。 （1） 特殊功能寄存器TMOD、TCON 51系列单片机中有两个特殊功能寄存器(TMOD/TCON),用于定义定时/计数器的工作方式和控

4、制定时/计数器的有关功能. 1）定时器方式寄存器TMOD（只能按字节地址访问！） TMOD用于定义工作方式以及操作方式。其格式为： 高位 低位GATE C/TM1M0GATEC/TM1M0 定时/计数器1 定时/计数器0TMODTMOD的高4位控制定时/计数器1，低4位控制定时/计数0。其中M1、M0定义定时/计数器的工作方式。1）定时器方式寄存器TMOD C/T：定时/计数器功能选择位。 1：计数器功能（对外部脉冲即负跳变计数，允许的最高计数频率为晶振频率的1/24）； 0：定时器功能GATE：门控制位，用于控制定时/计数器的（启动）计数是否受外部中断输入引脚（INT0、INT1脚）电平的影

5、响。 GATE=0，与外部中断无关； GATE=1，只有在没有外部中断请求信号情况下（即外部中断引脚INTx=1），才允许计数。M1、M0：工作方式选择GATE C/TM1M0GATEC/TM1M0T1T0由M1、M0决定的定时/计数器的工作方式M1M0工作方式说明00013位定时/计数器01116位定时/计数器102具有自动重装入的8位定时/计数器113定时器0（T0）分为2个独立的8位定时器，T1在方式3时停止工作举例：设置T1为16位的计数器对外部脉冲计数，T1启动不受外部中断影响。则 MOV TMOD，50H；（0101 0000B）定时器初值的确定？定时器初值的确定？ 加法计数器是计

6、满溢出时才申请中断, 所以在给定时器/计数器赋初值时, 不能直接输入所需的计数值, 而应输入的是计数器计数的最大值与这一计数值的差值, 设最大值为 M, 计数值为 N, 初值为 X, 则 X的计算方法如下: 计数状态: X=MN 定时状态: X=M定时时间/T 而 T=12晶振频率 2）定时器控制寄存器TCONSETB TR0；启动定时器0用于外部中断（中断系统中已介绍）软件控制（2） 4种工作方式 51系列单片机中有两个特殊功能寄存器(TMOD/TCON),用于定义定时/计数器的工作方式和控制定时/计数器的有关功能. SFR: 定时器方式寄存器TMOD（只能按字节地址访问！） TMOD用于定

7、义工作方式以及操作方式。其格式为： 高位 低位GATE C/TM1M0GATEC/TM1M0 定时/计数器1 定时/计数器0TMODTMOD的高4位控制定时/计数器1，低4位控制定时/计数0。其中M1、M0定义定时/计数器的工作方式。1）方式0 （13位计数器） 当M1、M0位置成00时，工作方式为方式0，由图这时定时/计数器的加1计数器为13位，即TL的低5位和TH的8位。 计数脉冲源由TCON的C/T位来决定。TL和TH的计数值由全“1”变为全“0”时，TMOD的中断溢出标志位TF置位，定时/计数器向CPU申请中断。允许计数脉冲输入的条件是：TR0/1=1且GATE=0或INT0/1=1，

8、这些均由软件设置。 当定时/计数器工作于定时功能且选为方式0时，应按照定时的时间选择一个时间常数作为计数器的初值，需要连续定时时，应在每次溢出产生中断后，在程序（ISR）中为TL和TH 装入初值。 方式0的计数长度M为2的13次方。初值也是13位二进制数，但要注意是高8位赋值给THx，低5位前面补足 3 个 0 凑成 8 位赋给TLx。 举例：如要求T0的计数值为1000，则初值为 xM100081921000 1C18H1 1100 0001 1000B 则赋初值时， TH0 1 1100 000B=0E0H， TL0 0001 1000B =18H。2）方式1 （16位计数器）方式1和方式

9、0的工作原理基本相同，唯一不同是T0和T1工作在方式1时是16位位的计数/定时器方式1时的计数长度计数长度M是2的16次方。16位的初值初值直接拆成高低字节，分别送入THx和TLx即可。3）方式2 （8位计数器，初始值自动重装） 工作方式0和工作方式1的最大特点就是计数溢出后，计数器为全0，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，同时也会影响计时精度。串行口工作方式2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载工作方式。在这种工作方式中，16位计数器分为两部分，即以TL0为计数器，以TH0作为预置寄存器，初始化时把

10、计数初值分别加载至TL0和TH0中，当计数溢出时，不再象方式0和方式1那样需要“人工干预”，由软件重新赋值，而是由预置寄存器TH以硬件方法自动给计数器TL0重新加载。串行口4）方式3 （两个独立8位计数器，仅限T0）TH0、TL0被拆作于不同用途独立！在工作方式3模式下，定时/计数器0被拆成两个独立的8位计数器TL0和TH0。其中TL0既可以作计数器使用，也可以作为定时器使用，定时/计数器0的各控制位和引脚信号全归它使用。其功能和操作与方式0或方式1完全相同。 TH0就没有那么多“资源”可利用了，只能作为简单的定时器使用，而且由于定时/计数器0的控制位已被TL0占用，因此只能借用定时/计数器1

11、的控制位TR1和TF1，也就是以计数溢出去置位TF1，TR1则负责控制TH0定时的启动和停止。由于TL0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，因此在方式3模式下，定时/计数器0可以构成二个定时器或者一个定时器和一个计数器。 T0工作于方式3时，T1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/计数器0借用，只能工作在方式0、方式1或方式2下，不同的是定时/计数器1不能使用溢出标志和中断！如果设置T1工作在方式3，则T1停止工作，相当于其他方式时令TR10。（3） 定时/计数器的初始化由于定时/计数器是可编程的，因此在进行定时或计数之前要把

12、程序进行初始化。初始化一般包括以下几个步骤：S1确定工作方式TMOD寄存器赋值。S2置定时/计数器的初值直接将初值写入寄存器TH0、TL0和 TH1、TL1。S3根据需要，开放中断对寄存器IE置初值。S4启动使TCON寄存器中的TR1或TR0置位，置位后，加1计数器按规定的工作方式和初值开始计数。初值N的计算可以通过下式求得： 计数方式：N=M-计数值 定时方式时：N=M-定时值（fosc/12）。其中：M为加1计数器的最大值（在不同的工作方式中，M可以为213、216或28），fosc为振荡器频率（即主振频率）。补充：补充： 定时器定时器/计数器应用举例计数器应用举例 一、一、 方式方式 0

13、 的应用的应用 例例 1 利用定时器输出周期为 2 ms的方波, 设单片机晶振频率为 6 MHz。 选用定时器 /计数器T0 作定时器, 输出为P1.0 引脚, 2 ms 的方波可由间隔 1 ms的高低电平相间而成, 因而只要每隔 1 ms对 P1.0 取反一次即可得到这个方波。 定时 1 ms的初值: 因为 机器周期=126 MHz= 2 s所以 1 ms内T0 需要计数N次: N= 1 ms2 s = 500 由此可知: 使用方式 0 的 13 位计数器即可, T0 的初值X为 X=MN=8 192500=7 692=1E0CH 但是, 因为 13 位计数器中, 低 8 位 TL0 只使用

14、了 5 位, 其余码均计入高 8 位TH0 的初值, 则 T0 的初值调整为 TH0=0F0H, TL0=0CHTMOD初始化: TMOD=00000000B=00H （GATE=0, C/T=0, M1=0, M0=0）TCON初始化: 启动TR0=1 IE初始化: 开放中断EA=1, 定时器T0 中断允许ET0=1 补充：补充： 定时器定时器/计数器应用举例计数器应用举例 程序清单如下: ORG 0000H AJMP START; 复位入口 ORG 000BH AJMP TOINT ; T0中断入口 ORG 0030HSTART: MOV SP, 60H; 初始化程序 MOV TH0, 0

15、F0H ; T0赋初值 MOV TL0, 0CH MOV TMOD, 00H SETB TR0 ; 启动T0 补充：补充： 定时器定时器/计数器应用举例计数器应用举例 SETB ET0 ; 开T0中断 SETB EA ; 开总允许中断 MAIN: AJMP MAIN ; 主程序 T0INT: CPL P1.0 MOV TL0, 0CH MOV TH0, 0F0HRETI 二、二、 方式方式 1应用应用 方式 1 与方式 0 基本相同, 只是方式 1 改用了 16 位计数器。 要求定时周期较长时, 13 位计数器不够用, 可改用 16 位计数器。 例例 2 已知某生产线的传送带上不断地有产品单向

16、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。 假定红灯亮时停止统计, 红灯灭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。 补充：补充： 定时器定时器/计数器应用举例计数器应用举例 图 6.7 硬件原理图 补充：补充： 定时器定时器/计数器应用举例计数器应用举例 (1) 初始化: TMOD=11010000B=0D0H （GATE=1, C/T=1, M0M1=01） TCON=00H (2) T1在方式1时, 溢出产生中断, 且计数器回零, 故在中断服务程序中, 需用R0计数中断次数, 以保护累积计数结果。 补充：

17、补充： 定时器定时器/计数器应用举例计数器应用举例 (3) 启动T1计数, 开T1中断。 程序清单如下: ORG 0000H AJMP START ; 复位入口 ORG 001BH AJMP T1INT ; T1中断入口 ORG 0100H START: MOV SP, 60H ; 初始化程序 MOV TCON, 00H MOV TMOD, 0D0H MOV TH1, 00H 补充：补充： 定时器定时器/计数器应用举例计数器应用举例 MOV TL1, 00H MOV R0, 00H ; 清中断次数计数单元 MOV P3, 28H; 设置P3.5第二功能 SETB TR1 ; 启动T1 SETB

18、 ET1; 开T1中断 SETB EA ; 开总中断 MAIN: ACALL DISP ; 主程序, 调显示子程序 ORG 0A00H T1INT: INC R0 ; 中断服务子程序 RETI DISP: ; 显示子程序 RET 补充：补充： 定时器定时器/计数器应用举例计数器应用举例 三、三、 方式方式 2 应用应用 方式 2 是定时器自动重装载的操作方式, 在这种方式下, 定时器 0 和 1 的工作是相同的, 它的工作过程与方式 0、 方式 1 基本相同, 只不过在溢出的同时, 将 8 位二进制初值自动重装载, 即在中断服务子程序中, 不需要编程送初值, 这里不再举例。定时器 T1 工作在

19、方式 2 时, 可直接用作串行口波特率发生器, 补充：补充： 定时器定时器/计数器应用举例计数器应用举例 四、四、 方式方式 3 的应用的应用 定时器 T0 工作在方式 3 时是 2 个 8 位定时器 /计数器。 且TH0 借用了定时器 T1 的溢出中断标志TF1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, 并置定时器 T1 于方式 2, 作串行口波特率发生器用, 现要求再增加一个外部中断源, 并由 P1.0 口输出一个 5K Hz的方波（假设晶振频率为 6 MHz）。 补充：补充： 定时器定时器/计数器应用举例计数器应用举例 在不增加其它硬件开销时, 可把定

20、时器/计数器 T0 置于工作方式 3, 利用外部引脚 T0端作附加的外部中断输入端, 把 TL0 预置为 0FFH, 这样在 T0 端出现由 1至 0 的负跳变时, TL0 立即溢出, 申请中断, 相当于边沿激活的外部中断源。 在方式 3下, TH0 总是作 8 位定时器用, 可以靠它来控制由 P1.0 输出的 5 kHz方波。 由 P1.0 输出 5 kHz的方波, 即每隔 100 s使 P1.0 的电平发生一次变化。则TH0中的初始值 X=MN=256100/2=206。 下面是有关的程序。 补充：补充： 定时器定时器/计数器应用举例计数器应用举例 MOV TL0, 0FFH MOV TH

21、0, 206 MOV TL1, BAUD ; BAUD根据波特率要求设置常数 MOV TH1, BAUD MOV MOD, 27H ; 置T0工作方式3 ; TL0工作于计数器方式 MOVTCON, 55H ; 启动定时器 T0、 T1, 置外部中断 0 和 1 ; 为边沿激活方式MOVIE, 9FH ; 开放全部中断 补充：补充： 定时器定时器/计数器应用举例计数器应用举例 TL0 溢出中断服务程序（由 000BH单元转来）: TL0INT: MOV TL0, 0FFH ; 外部引脚 T0 引起中断处理程序 RETITH0 溢出中断服务程序（由 001BH转来）: TH0INT: MOVTH0, 206 CPL P1.0 RETI此处串行口中断服务程序、 外中断 0和外中断 1的中断服务程序没有列出。 补充：补充： 定时器定时器/计数器应用举例计数器应用举例 本讲小结： MCS51定时/计数器的两个SFR：TMOD、TCON 定时/计数器的4种工作方式 定时/计数器的初值计算？ 编程时如何初始化？习题与思考题2-1为什么外扩存贮器时，口要外接地址锁存器，而口却不接？2-2在使用外部程序存贮器时，单片机还有多少条线可用？在使用外部数据存贮器时，还有