任务3.5定时器的初步认识

1、任务3.5 定时器的初步认识 任务五 定时器的初步认识3.5.1 任务介绍在动态数码管的学习中，我们已经用DelayMs()延时函数实现了数字钟的走时，但是这种方式下的数字钟走时不够准确。生活中，我们需要精确计量时间时，通常会借助于走时准确的秒表，51单片机内部也有一个类似于秒表的装置，我们称之为定时器，借助于定时器，我们可以实现走时准确的数字钟。本节的任务是：利用单片机定时器完成走时准确的数字钟，另外在程序中，数码管扫描也由定时器来驱动。3.5.2知识准备1、定时器的引入在讲述定时器的原理之前，我们先看一下图3.5.1中的水龙头向水盆滴水的画面。在画面中，水龙头由于没有关紧，水一滴一滴地滴向

2、脸盆，盆的容量是有限的，水会在某一个时刻从水盆中溢出。假设一开始水盆没有水，65536个水滴恰好可以把水盆装满，恰好是计数了65536次。如果我们计数1000次怎么办呢？向水盆中预先装下了64536滴水，然后打开水龙头，开始滴水，等到水盆中的水溢出了，自然是计数了100次。如果水滴的速度是恒定的，1滴/1秒，计数就变成了计时了。实际古人计时装置“刻漏”的原理和水盆滴水的原理相似。 图3.5.1 水盆滴水 51单片机的定时器/计数器的原理与上面讲述的水盆滴水的例子类似，如表3.5.1所示。3.5.1 定时/计数器和水盆滴水的类比类比水盆滴水定时/计数器类比1水滴脉冲类比2水盆两个8位的RAM类比

3、3预先装入水滴设定RAM初值类比4打开水龙头启动定时器类比5水滴向水盆滴水每来一个脉冲，RAM加1类比6水盆的水溢出RAM数值溢出2、定时器的内部结构及工作原理在51单片机内部有2个定时器，分别称为定时/计数器0、定时/计数器1，每个定时/计数器具有计数和定时两大功能，有4种工作方式。定时/计数器0和定时/计数器1配置上完全相同，现用定时/计数器1的工作方式1来说明定时器内部结构与工作原理。图3.5.2为定时/计数器1在工作方式1下的内部结构图。（1）定时/计数器1的脉冲源有两种：当定时/计数器1工作于定时方式时，加1脉冲由振荡器的12分频提供（12M晶振的12分频为1MHz）。当定时/计数器

4、1工作于计数方式时，加1脉冲由外部脉冲源提供，P3.4是定时/计数器0的外部脉冲源输入端，P3.5是定时/计数器1的外接脉冲输入端。定时/计数器工作于定时还是计数方式，取决于选择开关C/，当C/=0时工作于定时方式，C/=1时工作于计数方式。（2）脉冲要经过启动开关才能到达RAM。启动开关=TR1 & ( | ) ，GATE为门控位，为外部中断1。当GATE=0时， | 的结果为1，则启动开关仅有TR1决定。当GATA=1，则启动开关的不仅由TR1决定，还要由来自于外部中断1的信号决定是否开启中断。（3）两个8位的RAM，高八位的RAM称为TH1，低八位的RAM称为TL1，组合在一起共

5、16位。每来一个脉冲，RAM的值加1，当RAM的数值超过65535时，计数器会溢出，溢出标志位TF1会由0变成1，同时TF1的变化会引发中断事件的发生。要设定不同的定时时间，在定时/计时器启动之前，向RAM预先装入初值。图3.5.2 定时/计数器1的内部结构（方式1）3、定时器的方式控制字51单片机的特殊功能寄存器(SFR)中有两个属于定时器的寄存器，分别为TMOD和TCON。（1） TMOD寄存器76543210GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0定时/计数器1定时器/计数器0表3.5.1 TMOD寄存器从表3.5.1中我们可以看到，TMOD被分成两份，每份四位，高四位用于定时/计数

6、器1的控制，低四位用于定时/计数器0的控制。结合图3.5.2 定时/计数1的内部结构，GATE参与了启动开关的选择，称为门控位。C/T是用来选择定时还是计数，M1M0是下面要介绍的4种工作方式的选择位。（2）TCON寄存器表3.5.2 TCON寄存器76543210TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0用于定时器用于外部中断 TCON寄存器也被分成了两份，前四位用于定时/计数器，后四位用于外部中断，如表3.5.2所示。前四位中又被分成了两份，分别属于定时/计数器1和定时/计数器0。其中TF是定时器溢出标志，没有溢出时为0，溢出后为1。TR参与了定时器的启动。需要说明的是，TMOD寄存

7、器中的每一个位不可以单独寻址，举例：定时/计数器0，定时模式，门控位为0，方式0(M1M0=01)，可以写成TMOD=0x05。TCON寄存器中的每一个位可单独寻址，举例：启动定时器0，TR0=1就可以了。4、定时/计数器的四种工作方式51单片机的定时器有四种工作方式，TMOD寄存器中M1和M0位决定了使用哪种工作方式。M1M0为的配置和定时器的工作方式的对应关系如表3.5.3所示。表3.5.3 定时器工作方式M1M0工作方式描述00工作方式013位定时/计数器01工作方式116位定时/计数器10工作方式28位自动重装模式11工作方式32个独立8位定时/计数器工作方式0和工作方式3很少使用，在

8、这里不做专门的讲解，下面介绍工作在方式1和工作方式2的特点。（1） 工作方式1：当定时/计数器处于工作方式1时，两个8位的RAM都参与计数，即计数的范围是：065535。需要注意，工作于方式1时，定时/计数器溢出后，需要手动装入初值。（2） 工作方式2定时/计数器处于工作方式2时，相比于方式1，其计数范围缩小了，高8位的RAM不参与计数，低8位的RAM参与计数。其计数范围是0255。高8位的RAM闲置不用吗？实际上不是这样的，首先来分析一下定时/计数器在工作方式1下存在的问题。开发板的晶振频率为12MHz，12分频后为1MHz，脉冲周期是1us，选择定时模式时，每隔1us，RAM的值加1，16

9、位的定时/计数模式，最大定时范围为65.536ms。我们要实现数字钟的1秒定时，可以先定时50ms （RAM初值=65536-50000=15536）,然后连续定时20次，就可以实现1秒的定时。在介绍工作方式1时，提到溢出后需要手动装入初值（15536），如果不手动装入初值，则溢出后，RAM从0开始计数。RAM的初值重装是在中断服务函数中完成的。定时/计数器溢出后产生中断，到进入中断服务函数后装入初值，是需要耗费时间的。实际是，定时/计数器溢出后，从0开始计数，运行一段时间初值重装了，又从初值运行。尽管这段时间很小（几十个us），但连续定时，日积月累，误差就大了，所以工作方式1下，定时的精度不

10、高。工作方式2下初值的重装不需要手动装入，一旦溢出，硬件自动完成初值的重装，中间没有时间耽搁，方式2比方式1定时要准确。定时/计数器初始化时，高8位RAM也装入初值，当定时/计数器溢出后，硬件自动把高8位RAM存放的初值导入到低8位RAM，完成初值重装。5、 定时器/计数器的初始化和溢出标志位处理定时器/计数器初始化设置如下：（1）TMOD寄存器的配置：定时/计数的选择，GATE门的设置，工作方式的选择。（2）装入初值，根据任务的要求，给THn、TLn(n为0或1)装入初值。（3）开总中断：EA=1，开定时器中断：ETn(n为0或1)=1。（4）如果还有别的中断，根据任务的重要性，需要确定中断

11、优先级，配置IP寄存器。（5）启动定时器/计数器，TRn(n为0或1)=1。定时器/计数器溢出可以采用查询和中断两种方式进行处理。查询方式效率低（主程序中不停的查询溢出标志位TFn(n为0或1)是否置位），本书中采用中断方式。6、定时/计数应用举例例程1：计数的应用自动化生产线上，12瓶易拉罐饮料为一箱，光电传感器检测到一瓶易拉罐就给送出一个脉冲，控制器连续接收到12个脉冲，则作为一个包装。本例用按键来模拟光电传感器发出的脉冲，按键接P3.4（定时/计数器0的外接脉冲输入端），用发光二极管的状态取反来模拟一个包装的动作，发光二极管接单片机的P0.0。连续按下12次按键，发光二极管状态取反一次。

12、根据任务要求，定时/计数器的配置如下：使用定时/计数器0，计数、工作方式1。程序如下：#include<reg51.h>#define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit LED=P00; /LED接口定义/计数器0初始化void Timer0Init()TMOD=0x05; /GATE=0,C/T=1,M1M0=01;TH0=(65536-12)/256; /RAM高8位赋值TL0=(65536-12)%12; /RAM低8位赋值ET0=EA=1; /开定时器中断和总中断TR0=1; /启动定时器/主函数void

13、main(void)Timer0Init(); /定时/计数器初始化while(1) /执行别的任务/计数器0中断服务函数void Timer0Intr(void) interrupt 1TH0=(65536-12)/256; TL0=(65536-12)%12; /溢出后重新赋初值LED=!LED; /中断每产生一次，发光二极管的状态取反一次程序解释：（1） Timer0Init()函数完成计数器的初始化。外部中断不参与计数器的开启，门控位：GATE=1；计数模式：C/T=1；工作方式1,M1M0=01。每12个脉冲到来，计数器溢出一次，初值为（65536-12），取出高8位和低8位，赋给T

14、H0和TL0。最后开中断，启动计数器。（2）计数器溢出后，CPU响应中断服务函数，在中断服务函数中，重新赋予初值，并完成LED的状态取反。例程2：定时的应用用定时的方式实现LED闪烁，LED闪烁的频率为1Hz。LED接单片机P0.0引脚，0.5秒亮，0.5秒灭。根据任务要求，定时/计数器的配置如下：使用定时/计数器1，计时、工作方式2。#include<reg52.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int sbit LED=P10; /LED接口定义bit Flag500Ms=0; /500ms标志位/定时器1的初

15、始化void Timer1Init()TMOD=0x02; /GATE=0,C/T=0,M1M0=10; TH1=256-200; /RAM高八位赋值 TL1=256-200; /RAM低八位赋值,200us的定时ET1=EA=1; /开定时器中断和总中断TR1=1; /启动定时器/主函数void main(void)Timer1Init(); /定时器的初始化while(1) if(Flag500Ms=1) /500ms标志位置1Flag500Ms=0; /清空500ms标志位LED=!LED; /LED状态取反 /定时器1的中断服务函数void timer0_intr(void) inte

16、rrupt 1 static uint Cnt200us=0; /200us计数变量 if(+Cnt200us>=2500) /200us*2500=500ms Cnt200us=0; /清空计数变量Flag500Ms=1； /500ms标志位置1程序解释：（1） Timer0Init()函数完成定时器1的初始化。门控位不参与定时：GATE=0；定时：C/T=0；工作方式2，自动重装模式，M1M0=10。所以TMOD=0x20。200us定时器溢出一次,8位自动重装模式，所以TH1=TL1=（256-200）=56。（2） 由于采用了自动重装模式，在中断服务函数中，不需要重新赋初值。本任

17、务的定时目标是500ms，程序中定时器的定时长度是200us ,所以需要连续定时。每进入一次中断服务函数，200us计数变量（Cnt200us）加1，Cnt200us计数到2500，整个计时的时间为200us×2500次=500ms。（3） 500ms到来后，程序中并没有像上一个计数例子一样，在中断服务函数中完成LED的闪烁，而是把500ms标志位(Flag500Ms)置1，在主程序中，检测到该标志位置1，则完成LED的闪烁。（4）计数变量Cnt200us在定义的时候，uint前面多了个关键字static，其作用是声明变量Cnt200us为局部静态变量。什么是局部静态变量呢？C语言变

18、量根据定义的位置不同分为全局变量、局部变量，全局变量是在函数外部定义的变量，又称外部变量。全局变量一般定义在程序的开始处，可以为多个函数共同使用，其有效的作用范围是从它定义的位置开始整个程序文件结束为止。局部变量是在一个函数内部内部定义的变量，该变量只能在定义它的那个函数范围内有效，不同的函数可以使用相同的局部变量名。由于它们的作用范围不同，不会互相干扰，函数的形式参数也属于局部变量。局部变量根据存储空间分配的不同又分为自动变量和静态变量。在函数内部定义的变量，如果不做专门说明，则为自动变量。自动变量的特点是只在定义它们的时候才分配存储空间，在定义他们的函数返回时系统回收变量所占用的存储空间，

19、对这些变量存储空间的分配和回收是系统自动完成的，静态变量在定义是前面多了个关键字static，局部静态变量仍然保留局部变量的特性，只能在定义的函数内部使用，但与自动变量不同的是，再次调用定义它的函数时，它又可继续使用，而且保存了前次被调用后留下的值。 因此，当多次调用一个函数且要求在调用之间保留某些变量的值时，可考虑采用静态局部变量。弄明白了什么是局部静态变量，再来看中断函数中计数变量Cnt200us的使用就简单多了。首次调用中断函数时，计数变量Cnt200us定义且赋初值0，紧跟着在函数中Cnt200us的值加1，退出出中断服务函数后，Cnt200us的值不释放，仍然为1。3.5.3任务实施

20、本节的任务程序实现如下：#incldue<reg52.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int /段码uchar code Seg7Code=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90; uchar code Seg7Posit=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f; /位码uchar DispBuffer6; /缓冲区bit SystemFlag1Ms=1; /1ms标志位 /6位数码管显示子函数，在第二位和第四位上

21、显示小数点void Seg7Display()static uchar i=0;P1=0xff; /消隐P0=Seg7Codedisp_buffi; /送段码if(i=1)|(i=3) P0&=0x80; /在第二位和第四位数码管上加小数点P1=Positi; /送位选if(+i>=6) i=0;/把时间送入缓冲区void TimerToBuffer(uchar nhour,nminute,nsecond)DispBuffer0=nhour/10;DispBuffer1=nhour%10; /小时的个位和十位的分解DispBuffer1=nhour%10; /小时的个位和十位的分

22、解DispBuffer2=nsecond/10;DispBuffer3=nsecond%10; /分的个位和十位的分解DispBuffer4=nminute/10;DispBuffer5=nminute%10; /秒的个位和十位的分解/定时器0初始化void Timer0Init() TMOD=0x02; /GATE=0,C/T=0,M1M0=02; TH0=56; /高8位RAM赋值 TL0=56; /低8位RAM赋值，200us定时 ET0=EA=1; /开定时器中断和总中断 TR0=1; /开启定时器/主函数void main(void) uchar Hour=9; /小时 uchar

23、Minute=23; /分uchar Second=37; /秒uint Cnt1Ms=0; /1ms计数器 Timer0Init(); /定时器0初始化while(1) if(FlagSystem1Ms=1) /定时器产生的1ms的时标信号到 SystemFlag1Ms=0; /时标信号清零 TimerToBuffer(); /显示数据送往缓冲区 Seg7Display(); /6位数码管动态显示 if(+Cnt1Ms>=1000) /1秒到，1ms*1000=1000ms Cnt2Ms=0; /2ms计数变量清零 if(+Second>=60) /秒加1，到60秒，则分加1 Second=0; /秒清零if(+Minute>=60) /分家1，到60分，则小时加1 Second=0; /秒清零 Minute=0; /分清零 if(+Hour>=24) /小时加1，到24小时 Hour=0; /小时清零 /定时器0中断服务函数，提供1ms的时标信号void timer0_intr(void) interrupt 1 static uchar Cnt200us=0; /200us计数变量if(+Cnt200us>=5) /0.2ms*5=1ms Cnt200us=0; /清空计数变量SystemFlag1Ms=1;