单片机原理与接口技术(第8章)

1、第8章 定时器/计数器及实验 第第8章章 定时器定时器/计计数器及实验数器及实验第8章 定时器/计数器及实验 8.1 定时器/计数器的硬件结构及工作原理 图8-1为定时器/计数器的硬件结构框图。图中可见，T0和T1的核心均为一个加1计数器。加1计数器的脉冲来源有两个：一个是外部脉冲源，另一个是单片机系统的时钟源。计数器对输入脉冲进行加1计数，每输入一个脉冲，计数值加1。第8章 定时器/计数器及实验 图8-1 定时器/计数器硬件结构框图 第8章 定时器/计数器及实验 计数到计数值为全1 当计数到计数值为全1时，再有一个脉冲信号输入将使得计数器溢出。这时，加1计数器从最高位溢出一个脉冲使TCON(

2、定时器控制寄存器)的溢出标志位TF0或TF1置1，同时将计数值清零。如果定时器/计数器工作于定时状态，则表示定时时间到；第8章 定时器/计数器及实验 工作于计数状态 如果工作于计数状态，则表示计数值回零。因此，加1计数器的基本功能是对输入脉冲进行计数，至于其工作于定时状态还是计数状态，则取决于外接脉冲源。当脉冲源为单片机系统时钟源时，计数脉冲为一等间隔脉冲序列，脉冲数乘以间隔时间就是定时时间，此时加1计数器工作于定时状态。当脉冲源为间隔不等的外部脉冲信号时，加1计数器就相当于外部事件计数器，工作于计数状态。第8章 定时器/计数器及实验 用作定时器 用作定时器时，在每个机器周期加1计数器都加1，

3、因此也可以看作对机器周期的累计。因为1个机器周期包括12个振荡周期，因此加1计数器的计数频率是振荡频率的1/12。如果单片机采用12MHz的晶体振荡器，则加1计数器的计数频率为1MHz，即每微秒加1计数器加1。这样就可以按定时时间的要求计算出加1计数器的预置计数值。第8章 定时器/计数器及实验 用作计数器 用作计数器时，加1计数器在其对应的外部输入端T0(P3.4)或T1(P3.5)检测到一个负跳变时加1。其最快的计数频率是振荡频率的1/24。 第8章 定时器/计数器及实验 2个8位特殊功能寄存器 定时器/计数器T0由2个8位特殊功能寄存器TH0和TL0构成，TH0用于存放高8位的二进制计数值

4、，TL0用于存放低8位的二进制计数值。定时器/计数器T1由2个8位特殊功能寄存器TH1和TL1构成，TH1用于存放高8位的二进制计数值，TL1用于存放低8位的二进制计数值。工作方式寄存器TMOD用于设置定时器/计数器的工作方式。控制寄存器TCON用于启动和停止定时器/计数器的计数，并控制定时器/计数器的工作状态。 第8章 定时器/计数器及实验 8.2 定时器的工作方式寄存器和控制寄存器 8.2.1 定时器/计数器工作方式寄存器TMOD 如图8.2所示，TMOD的高4位控制T1的工作方式，低4位控制T0的工作方式。第8章 定时器/计数器及实验 工作方式选择位M1、M0：工作方式选择位。定时器/计

5、数器有4种工作方式，由M1和M0来进行选择，如表8-1所示。表8-1 定时器/计数器工作方式选择 M1 M0工作方式功 能 说 明0 0方式013位定时器/计数器 0 1方式116位定时器/计数器 1 0方式2可自动重新载入计数初值的8位定时器/计数器 1 1方式3T0用作2个8位定时器/计数器，关闭T1 第8章 定时器/计数器及实验 定时器/计数器选择位 C/ T：定时器/计数器选择位。C/ T1工作为计数器功能，C/ T0工作为定时器功能。 GATE：选通控制位。GATE0，由软件控制TR0或TR1启动定时器；GATE1，由外部中断引脚INT0(P3.2)和 INT1(P3.3)输入电平分

6、别控制T0和T1的运行。 第8章 定时器/计数器及实验 8.2.2 定时器控制寄存器TCON 图8.3 定时器/计数器控制字段位地址8FH8EH8DH8CH8BH 8AH89H88HTCONTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0第8章 定时器/计数器及实验 定时器T1溢出中断标志 TF1：定时器T1溢出中断标志。当定时器T1溢出时由内部硬件置位，申请中断。当转向中断服务程序时，由内部硬件将TF1标志清零。第8章 定时器/计数器及实验 定时器T1运行控制位 TR1：定时器T1运行控制位，由软件置位/清零来控制定时器T1的计数启动/停止。当选通控制位GATE为0而TR1为1时，T1启动计

7、数；当TR1为0时，T1停止计数。当选通控制位为1时，仅当TR1为1且P3.3引脚输入为高电平时才启动T1计数，TR1为0或P3.3引脚输入为低电平都使T1停止计数。 第8章 定时器/计数器及实验 溢出中断标志和运行控制位 TF0：定时器T0溢出中断标志，其含义与TF1类似。 TR0：定时器T0运行控制位，其含义与TR1类似。 TCON的低4位与外部中断有关，其意义在前一章已介绍过。第8章 定时器/计数器及实验 8.3 定时器/计数器的工作方式 2个16位定时器/计数器具有定时和计数两种功能，每种功能都包括了四种工作方式。用户通过指令把方式字写入定时器/计数器工作方式寄存器TMOD来选择T0或

8、T1的功能和工作方式；第8章 定时器/计数器及实验 启动计数或停止计数 通过写入计数初值来控制计数长度(定时时间)；通过对定时器/计数器控制寄存器TCON的相应位进行置位或清零来实现定时器的启动计数或停止计数。 第8章 定时器/计数器及实验 8.3.1 工作方式0 当M1M0为00时，定时器/计数器被选为工作方式0，其等效框图如图8-4所示。第8章 定时器/计数器及实验 图8-4 定时器T0工作方式0结构图 第8章 定时器/计数器及实验 一个13位的定时器/计数器 T0(或T1)在工作在方式0时，是一个13位的定时器/计数器。在这种方式下，16位寄存器(TH0和TL0)只用13位。其中TL0的

9、高3位未使用，其余位占了13位的低5位，TH0占了高8位。计数时，TL0的低5位溢出向TH0进位，TH0溢出时向溢出中断标志TF0进位(由硬件置位)，并申请中断。 第8章 定时器/计数器及实验 对机器周期进行计数 当C/ T0时，图中的开关连接晶体振荡器的12分频输出，T0对机器周期进行计数，这就是定时工作方式。 当C/ T1时，图中的开关连接引脚P3.4(T0)，外部计数脉冲由引脚T0输入。当外接信号发生从1到0的跳变时，计数器进行加1计数，T0成为外部事件计数器，这就是计数工作方式。 第8章 定时器/计数器及实验 GATE0时 当GATE0时，关闭逻辑“或”门，使P3.2引脚输入信号无效。

10、这时，逻辑“与”门被打开，由TR0控制T0的启动计数和停止计数。若TR01，接通控制开关，启动T0开始加1计数，直至溢出。溢出时，计数寄存器值为0，TF01，并申请中断，T0从0开始计数。因此，若T0工作于定时状态，在溢出后应给计数器(TH0和TL0)重新赋计数初值。若TR00，T0停止计数。 第8章 定时器/计数器及实验 GATE1 当GATE1，且TR01时，逻辑“或”门和逻辑“与”门都被打开，外接信号通过P3.2引脚直接启动或停止定时器计数。输入高电平时，启动计数；输入低电平时，停止计数。通常用这种方式来测量外接信号的脉冲宽度。 第8章 定时器/计数器及实验 定时时间的计算公式 为计数工

11、作方式时，计数值的范围为18192(213)。 为定时工作方式时，定时时间的计算公式为： T(213计数初值)晶体振荡器周期12 (式 8-1) 第8章 定时器/计数器及实验 8.3.2 工作方式1 当M1M0为01时，定时器/计数器被选为工作方式1，其等效框图如图8-5所示。第8章 定时器/计数器及实验 图8-5 定时器T0工作方式1结构图第8章 定时器/计数器及实验 工作在方式1时 T0(或T1)在工作在方式1时，是一个16位的定时器/计数器。由图8-5可见，其逻辑电路和工作情况与工作方式0完全相同，所不同的只是组成计数器的位数。第8章 定时器/计数器及实验 计数值范围 为计数工作方式时，

12、计数值的范围为165536 (216)。 为定时工作方式时，定时时间的计算公式为： T(216计数初值)晶体振荡器周期12 (式 8-2) 第8章 定时器/计数器及实验 8.3.3 工作方式2 当M1M0为10时，定时器/计数器被选为工作方式2，其等效框图如图8-6所示。控制振荡器12TL0(8位)TF0中断T0 端C/ T = 0C/ T = 1+INT0 端GATETR0TH0(8位)重新装入第8章 定时器/计数器及实验 图8-6 定时器T0工作方式2结构图第8章 定时器/计数器及实验 工作方式0和工作方式1的最大特点 工作方式0和工作方式1的最大特点是计数溢出后，计数寄存器的值全为0。因

13、此循环定时或计数应用时就存在重新设置计数初值的问题，这不但影响定时精度，而且给程序编写带来不便。第8章 定时器/计数器及实验 自动重新加载功能 工作方式2就是针对此问题而设置的，它具有自动重新加载功能，计数溢出后计数初值可由硬件自动重新装载。在这种工作方式下，16位计数器被分为两部分，即以TL0作计数器，以TH0作预置数寄存器，初始化时把计数初值分别装入TL0和TH0中。当计数溢出后，由预置数寄存器以硬件方式自动加载。第8章 定时器/计数器及实验 置位TF0 初始化时，8位计数初值被同时装入TL0和TH0中。当TL0计数溢出时，置位TF0，同时将保存在TH0中的计数初值自动装载到TL0中，之后

14、TL0重新计数，循环不止。这样的话，不但省去了用户程序中的重新装载计数初值的指令，还有利于提高定时精度。但这种方式下计数值有限，最大只能到256。这种工作方式较适用于连续定时或计数的应用场合。第8章 定时器/计数器及实验 定时时间的计算公式 为计数工作方式时，计数值的范围为1256(28)。 为定时工作方式时，定时时间的计算公式为： T(28计数初值)晶体振荡器周期12 (式 8-3) 第8章 定时器/计数器及实验 8.3.4 工作方式3 当M1M0为11时，定时器/计数器被选为工作方式3，其等效框图如图8-7所示。第8章 定时器/计数器及实验 图8-7 定时器T0工作方式3结构图第8章 定时

15、器/计数器及实验 前三种工作方式下，T0和T1的使用是完全相同的。但是在工作方式3下，T0和T1的工作是不同的。 在工作方式3下，因T1的控制位和引脚信号已被TH0借用，所以T1是不能使用的。前三种工作方式下第8章 定时器/计数器及实验 在工作方式3下 在工作方式3下，T0被拆成2个独立的8位计数器TL0和TH0。TL0既可以作计数器使用，又可以作定时器使用，T0的各控制位和引脚信号全归它使用。其功能和操作与工作方式0和工作方式1完全相同，电路结构也极其相似，如图8-7所示。但是TH0只能作为定时器使用，控制位和引脚信号均借用T1的。第8章 定时器/计数器及实验 8.4 定时器/计数器的初始化

16、 由于定时/计数器是可编程的，因此在定时或计数之前要用程序初始化，初始化一般有以下几个步骤：（1）确定工作方式对工作方式寄存器TMOD赋值。第8章 定时器/计数器及实验 预置定时或计数初值（2）预置定时或计数初值，直接将计数初值写入TL0、TH0或TL1、TH1中。（3）根据需要对中断允许寄存器IE赋值，以开放或禁止定时/计数器中断。（4）启动定时/计数器，使TCON中的TR1或TR0置“1”，计数器即按规定的工作方式和计数初值进行计数或定时。 第8章 定时器/计数器及实验 8.5 定时器实验 使用定时器T1以工作方式1进行50ms精确定时。P1口的P1.0 P1.7分别接八个发光二极管L0

17、L7。编写程序模拟一个时序控制装置：开机后第一秒钟L0、L2亮，第二秒钟L1、L3亮，第三秒钟L4、L6亮，第四秒钟L5、L7亮，第五秒钟L0、L2、L4、L6亮，第六秒钟L1、L3、L5、L7亮，第七秒钟全亮，第八秒钟全灭，之后又从头开始，一直循环下去。 第8章 定时器/计数器及实验 8.5.1 硬件电路图8-8 定时器实验硬件电路 第8章 定时器/计数器及实验 8.5.2 软件 在用户文件夹中建立一个timer.uv2工程项目，再输入以下源程序timer.c ，最后将源程序添加到工程项目中。如图8-9所示。图8-9 KEIL C51工程窗口 第8章 定时器/计数器及实验 以下为time.c

18、 源文件：/-定时器实验-/-头文件引用-#include#include/-宏声明-#define uchar unsigned charuchar idata LED8= 0 xfa,0 xf5,0 xaf,0 x5f,0 xaa,0 x55,0 x00,0 xff;/显示常数表uchar times=20;/延时一秒的常数uchar status=0;第8章 定时器/计数器及实验 /-定时器-void int1( ) interrupt 3TR1=0;/关中断TL1=0 x00;/延时50ms常数TH1=0 x4b;TR1=1;/开中断times=(times-1);if(times=0

19、)times=20;/延时一秒的常数P1=LEDstatus;/送P1口显示status=(status+1)&0 x07);第8章 定时器/计数器及实验 /-主程序-void main() TMOD=0 x10;/置T1为方式1TL1=0 x00;/延时50ms的时间常数TH1=0 x4b;TR1=1;ET1=1;EA=1;/开中断while(1);第8章 定时器/计数器及实验 8.5.3 实验运行结果 由图8-10至图8-13可见，程序已实现了精确定时控制的要求。图8-10 程序运行结果(0.9525秒时)第8章 定时器/计数器及实验 图8-11 程序运行结果(1.0秒时)第8章 定时器/

20、计数器及实验 图8-12 程序运行结果(1.95秒时)第8章 定时器/计数器及实验 图8-13 程序运行结果(2.0秒时)第8章 定时器/计数器及实验 8.6 计数器实验 使用T1作为定时器，T0作为计数器，均按方式1工作，测试P3.4（T0）引脚上每50ms来了多少脉冲，将其数值按二进制数在LED灯上显示出来，每隔3秒测试显示一次。 第8章 定时器/计数器及实验 8.6.1 硬件电路 如图8-14所示。图8-14 计数器实验硬件电路 第8章 定时器/计数器及实验 8.6.2 软件 在用户文件夹中建立一个counter.uv2工程项目，再输入以下源程序counter.c ，最后将源程序添加到工程项目中。如图8-15所示。 图8-15 KEIL C51工程窗口 第8章 定时器/计数器及实验 以下为counter.c 源文件：/-定时器实验-/-头文件引用-#include/-宏声明-#defineuchar unsigned ch