第6章 定时计数器

1、第第6 6章章 定时定时/ /计数器计数器 知识回顾知识回顾: : 外部 中断0（IE0） 外部 中断1（IE1） 定时 器0（TF0） 定时 器1（TF1）串行口TIRIRXTXT1T0INT0INT10110高级中断低级中断101111100000PX0PT0PX1PT1PSEAESET1EX1ET0EX0中断标志位TCON中断允许寄存器 IE中断优先寄存器 IPSCON源允许总允许第第6 6章章 定时定时/ /计数器计数器 6 6 定时定时/ /计数器计数器 定时器定时器/ /计数器（计数器（Timer/CounterTimer/Counter）, ,是单片机内的是单片机内的重要部件，其

2、作用主要包括产生各种时标间隔、记录外重要部件，其作用主要包括产生各种时标间隔、记录外部事件的数量等。部事件的数量等。AT89S51AT89S51单片机有单片机有2 2个个1616位的定时器位的定时器/ /计计数器、定时器数器、定时器/ /计数器计数器0 0（T0T0）和定时器）和定时器/ /计数器计数器1 1（T1T1）。）。AT89S52AT89S52包含包含3 3个个1616位的定时器位的定时器/ /计数器：定时器计数器：定时器/ /计数器计数器0 0（T0T0），定时器），定时器/ /计数器计数器1 1（T1T1）、定时器）、定时器/ /计数器计数器2 2（T2T2）。）。AT89S51

3、AT89S51单片机还包含有一个用作看门狗的单片机还包含有一个用作看门狗的1414位位定时器（定时器（T3T3）。）。第第6 6章章 定时定时/ /计数器计数器 6.1 AT89S516.1 AT89S51单片机的定时器单片机的定时器/ /计数器的基本原理计数器的基本原理 定时器定时器/ /计数器的核心是一个计数器的核心是一个1616位的加位的加1 1计数器。计数器。 作定时器时，其计数脉冲来源于时钟振荡器（经作定时器时，其计数脉冲来源于时钟振荡器（经1212分频后分频后提供）。这个脉冲的周期称为单片机的机器周期，每一个机器提供）。这个脉冲的周期称为单片机的机器周期，每一个机器周期定时寄存器自

4、动加周期定时寄存器自动加1 1，所以定时器也可看作是计算机器周，所以定时器也可看作是计算机器周期的计数器。期的计数器。 作计数器时，其计数脉冲来源于单片机外部引脚作计数器时，其计数脉冲来源于单片机外部引脚T0T0（或（或T1T1）的脉冲。即的脉冲。即TxTx端口有从端口有从“1 1”到到“0 0”的负跳变，计数器就自动加的负跳变，计数器就自动加1 1。计算机是在每个机器周期。计算机是在每个机器周期S5P2S5P2状态时采样状态时采样TxTx端口，当前一端口，当前一个机器周期采样为个机器周期采样为1 1、后一个采样周期采样为、后一个采样周期采样为0 0时，计数器即加时，计数器即加一计数。计算机需

5、用两个机器周期来识别一计数。计算机需用两个机器周期来识别1 1次计数，因而最大次计数，因而最大计数速率为振荡频率的计数速率为振荡频率的1/241/24。第第6 6章章 定时定时/ /计数器计数器 6.26.2定时器定时器/ /计数器计数器T0T0、T1T1的内部结构的内部结构 AT89S51AT89S51单片机的定时器单片机的定时器/ /计数器和微处理器的关系，如图计数器和微处理器的关系，如图6-16-1所示，定所示，定时器时器/ /计数器计数器T0T0由由TH0TH0、TL0TL0构成，构成，T1T1由由TH1TH1、TL1TL1构成。构成。 TMODTMOD用于控制和确定各定时器用于控制和

6、确定各定时器/ /计数器的功能和工作模式。计数器的功能和工作模式。TCONTCON用于控制定用于控制定时器时器/ /计数器计数器T0T0、T1T1的启动和停止计数，同时包含定时的启动和停止计数，同时包含定时/ /计数器的状态。它计数器的状态。它们属于特殊功能寄存器。这些寄存器的内容靠软件设置。系统复位时，寄们属于特殊功能寄存器。这些寄存器的内容靠软件设置。系统复位时，寄存器的所有位都被清零。存器的所有位都被清零。 定时器定时器/ /计数器的计数器的T0T0、T1T1的特殊功能寄存器有：方式寄存器的特殊功能寄存器有：方式寄存器TMODTMOD、控制、控制寄存器寄存器TCONTCON、数据寄存器。

7、、数据寄存器。 P3.5(T1)P3.4(T0)微处理器TCONTMODTH1TL1TH0TL0T1部分T0部分图图6-1 6-1 定时器定时器/ /计数器的结构计数器的结构第第6 6章章 定时定时/ /计数器计数器 AT89S51AT89S51单片机有单片机有2 2个特殊功能寄存器个特殊功能寄存器TMODTMOD和和TCON:TMODTCON:TMOD用于设置用于设置T/CT/C的工作方式的工作方式;TCON;TCON用于控制定时器用于控制定时器T0T0、T1T1的启的启动与停止动与停止, ,并包含了定时器的状态。并包含了定时器的状态。 1.1.定时定时/ /计数器计数器T0T0、T1T1的

8、方式寄存器的方式寄存器-TMOD-TMOD 定时器工作方式寄存器定时器工作方式寄存器TMODTMOD用于选择定时器的工作方用于选择定时器的工作方式式, ,它的高它的高4 4位控制定时器位控制定时器T1,T1,低低4 4位控制定时器位控制定时器T0T0。TMODTMOD中中各位的定义如下：各位的定义如下：GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0T1T0TMOD 89H 第第6 6章章 定时定时/ /计数器计数器 其中：其中： ：T/CT/C功能选择位功能选择位, ,当当 =1=1时为计数方式时为计数方式; ; 当当 =0=0时为定时方式。时为定时方式。 M1M0M1M0：T/CT/C工作方式

9、定义位工作方式定义位, ,其具体定义方式如表其具体定义方式如表 6 61 1所示。所示。/C T/C T/C T第第6 6章章 定时定时/ /计数器计数器 表表6 61 1 定时定时/ /计数器工作方式计数器工作方式 第第6 6章章 定时定时/ /计数器计数器 GATEGATE：门控制位：门控制位, ,用于控制定时器的启动是否受外部中用于控制定时器的启动是否受外部中断源信号的影响。断源信号的影响。GATE=0GATE=0时时, ,与外部中断无关与外部中断无关, ,由由TCONTCON寄存器中的寄存器中的TRxTRx位控制启动。位控制启动。GATE=1GATE=1时时, ,由控制位由控制位TRx

10、TRx和和引脚引脚 共同控制启动共同控制启动, ,只有在没有外部中断请求信只有在没有外部中断请求信号的情况下号的情况下( (即外部中断引脚即外部中断引脚 =1=1时时),),才允许定时才允许定时器启动。器启动。 INTxINTx第第6 6章章 定时定时/ /计数器计数器 2.2.定时定时/ /计数器计数器T0T0、T1T1的控制寄存器的控制寄存器-TCON-TCON TCON TCON控制寄存器各位的定义如下：控制寄存器各位的定义如下： TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 TCON 88H 第第6 6章章 定时定时/ /计数器计数器

11、其中：其中： TF0(TF1)TF0(TF1)：为：为T0(T1)T0(T1)定时器溢出中断标志位。当定时器溢出中断标志位。当T0(T1)T0(T1)计数溢出时计数溢出时, ,由硬件置位由硬件置位, ,并在允许中断的情况并在允许中断的情况下下, ,发出中断请求信号。当发出中断请求信号。当CPUCPU响应中断转向中断服务响应中断转向中断服务程序时程序时, ,由硬件自动将该位清由硬件自动将该位清0 0。 TR0(TR1)TR0(TR1)：为：为T0(T1)T0(T1)运行控制位。当运行控制位。当TR0(TR1)=1TR0(TR1)=1时启动时启动T0(T1);TR0(TR1)=0T0(T1);TR

12、0(TR1)=0时关闭时关闭T0(T1)T0(T1)。该位由软件。该位由软件进行设置。进行设置。 TCONTCON的低的低4 4位与外部中断有关位与外部中断有关, ,可参阅中断一节的可参阅中断一节的有关内容。有关内容。 TCONTCON寄存器在复位时也被清寄存器在复位时也被清0 0。 第第6 6章章 定时定时/ /计数器计数器 6.3 6.3 定时定时/ /计数器的工作方式计数器的工作方式 MCS-51MCS-51单片机的单片机的T/CT/C有有4 4种工作方式种工作方式, ,分别由分别由TMODTMOD寄存器中寄存器中的的M1M1、M0M0两位的二进制编码所决定。两位的二进制编码所决定。 1

13、.1.方式方式0 0 当当M1M0=00M1M0=00时时,T/C,T/C设定为工作方式设定为工作方式0,0,构成构成1313位的位的T/CT/C。其逻。其逻辑结构如图辑结构如图6 63 3所示。在此工作方式下所示。在此工作方式下,T/C,T/C构成一个构成一个1313位的位的计数器计数器, ,由由THxTHx的的8 8位和位和TLxTLx的低的低5 5位组成位组成,TLx,TLx的高的高3 3位未用位未用, ,满计满计数值为数值为2 21313。T/CT/C启动后立即加启动后立即加1 1计数计数, ,当当TLxTLx的低的低5 5位计数溢出位计数溢出时向时向THxTHx进位进位,THx,TH

14、x计数溢出则对相应的溢出标志位计数溢出则对相应的溢出标志位TFxTFx置位置位, ,以以此作为定时器溢出中断标志。当单片机进入中断服务程序时此作为定时器溢出中断标志。当单片机进入中断服务程序时, ,由内部硬件自动清除该标志。由内部硬件自动清除该标志。第第6 6章章 定时定时/ /计数器计数器 图图6 63 T/C3 T/C方式方式0 0的逻辑结构图的逻辑结构图 第第6 6章章 定时定时/ /计数器计数器 2. 2. 方式方式1 1 当当M1M0=01M1M0=01时时,T/C,T/C设定为工作方式设定为工作方式1,1,构成构成1616位定时位定时/ /计数计数器器, ,其中其中THxTHx作为

15、高作为高8 8位位,TLx,TLx作为低作为低8 8位位, ,满计数值为满计数值为2 21616, ,其余其余同方式同方式0 0类似。其逻辑结构如图类似。其逻辑结构如图6 64 4所示。所示。图图6 64 T/C4 T/C方式方式1 1的逻辑结构图的逻辑结构图 第第6 6章章 定时定时/ /计数器计数器 3.3.方式方式2 2 当当M1M0=10M1M0=10时时,T/C,T/C工作在方式工作在方式2,2,构成构成1 1个自动重装个自动重装载的载的T/C,T/C,满计数值为满计数值为2 28 8。在方式。在方式0 0和方式和方式1 1中中, ,当计数满当计数满后后, ,若要进行下一次定时若要进

16、行下一次定时/ /计数计数, ,需用软件向需用软件向THxTHx和和TLxTLx重重新予置计数初值。在方式新予置计数初值。在方式2 2中中THxTHx和和TLxTLx被当作两个被当作两个8 8位位计数器计数器, ,计数过程中计数过程中,THx,THx寄存寄存8 8位初值并保持不变位初值并保持不变, ,由由TLxTLx进行进行8 8位计数。计数溢出时位计数。计数溢出时, ,除产生溢出中断请求外除产生溢出中断请求外, ,还自动将还自动将THxTHx中的初值重新装到中的初值重新装到TLxTLx中去中去, ,即重装载。即重装载。 除此之外除此之外, ,方式方式2 2也同方式也同方式0 0类似。其逻辑结

17、构如类似。其逻辑结构如图图6 65 5所示。所示。 第第6 6章章 定时定时/ /计数器计数器 图图6 65 T/C5 T/C方式方式2 2的逻辑结构图的逻辑结构图 第第6 6章章 定时定时/ /计数器计数器 4.4.方式方式3 3 方式方式3 3只适用于定时器只适用于定时器T0T0。当定时器。当定时器T1T1处于方式处于方式3 3时时相当于相当于TR1=0,TR1=0,停止计数。停止计数。 当当T0T0工作在方式工作在方式3 3时时,TH0,TH0和和TL0TL0被拆成被拆成2 2个独立的个独立的8 8位位计数器。这时计数器。这时,TL0,TL0既可作为定时器使用既可作为定时器使用, ,也可

18、作为计数器也可作为计数器使用使用, ,它占用了定时器它占用了定时器T0T0所使用的控制位所使用的控制位(C/ (C/ 、GATEGATE、TR0TR0、TF0),TF0),其功能和操作与方式其功能和操作与方式0 0或方式或方式1 1完全相同完全相同; ;而而TH0TH0只能作定时器用只能作定时器用, ,并且占据了定时器并且占据了定时器T1T1的两个控制信的两个控制信号号TR1TR1和和TF1TF1。在这种情况下。在这种情况下, ,定时器定时器T1T1虽仍可用于方式虽仍可用于方式0 0、1 1、2,2,但不能使用中断方式。但不能使用中断方式。 T第第6 6章章 定时定时/ /计数器计数器 图图6

19、 66 T/C6 T/C方式方式3 3的逻辑结构图的逻辑结构图 第第6 6章章 定时定时/ /计数器计数器 作作 业业P107 2、3、4、5第第6 6章章 定时定时/ /计数器计数器 知识回顾知识回顾: : 定时定时/ /计数器计数器1 1的方式的方式1 1的逻辑结构图的逻辑结构图第第6 6章章 定时定时/ /计数器计数器 6.5 AT89S516.5 AT89S51单片机的定时器单片机的定时器/ /计数器编程和应用计数器编程和应用6.5.1 6.5.1 定时器定时器/ /计数器溢出率的计算计数器溢出率的计算 定时器/计数器运行前，在其中预先置入的常数，称为定时常数或计数常数（TC）。由于计

20、数器是加1（向上）计数的，故而预先置入的常数均应为补码。其中：t定时时间。 Tc机器周期。 fosc晶体振荡器频率。 L计数器的长度。 对于T0及T1： 方式0 L=13 213=8192 方式1 L=16 216=65536 方式2 L=8 28=256 对于T2： L=16 216=65536)2(12)2(TCfTCTtLOSCLC第第6 6章章 定时定时/ /计数器计数器 TCTC定时器定时器/ /计数器初值，即定时常数或计数常数。计数器初值，即定时常数或计数常数。定时时间的倒数即为溢出率，即定时时间的倒数即为溢出率，即根据时间的定时时间根据时间的定时时间t,t,计算出计算出TCTC值

21、，并将其转换成二进制数值，并将其转换成二进制数TCBTCB，然后再分别，然后再分别送入送入THiTHi、TLiTLi（对于（对于T0T0，i i=0=0；对于；对于T1T1，i i=1=1）。）。对于定时器对于定时器/ /计数器计数器T0/T1T0/T1： 方式方式0 0时：时：TCB=TCH+TCLTCB=TCH+TCL，TCHTCH高高8 8位，位，TCLTCL低低5 5位位 MOV MOV THiTHi，#TCH #TCH ；送高送高8 8位位 MOV MOV TLiTLi，#TCL #TCL ；送低送低5 5位位 方式方式1 1时：时：TCB=TCH+TCLTCB=TCH+TCL，TC

22、HTCH高高8 8位，位，TCLTCL低低8 8位位 MOV MOV THiTHi，#TCH #TCH ；送高；送高8 8位位 MOV MOV TLiTLi，#TCL #TCL ；送低；送低8 8位位 方式方式2 2时：时：TC8TC8位位 MOV MOV THiTHi，#TCB#TCB MOV MOV TLiTLi，#TCB#TCB第第6 6章章 定时定时/ /计数器计数器 6.5.2 6.5.2 定时器定时器/ /计数器的编程计数器的编程 定时器定时器/ /计数器的编程可分为以下几步：计数器的编程可分为以下几步：1 1）写）写TMODTMOD，只能用字节寻址。，只能用字节寻址。 设置定时器

23、设置定时器/ /计数器的工作方式（计数器的工作方式（M1M1，M0M0）、功能选择）、功能选择（ ）及是否使用门控（）及是否使用门控（GATEGATE）。）。2 2）将时间常数或计数常数写入）将时间常数或计数常数写入THiTHi及及TLiTLi，也只能用字节寻址。，也只能用字节寻址。 根据上面的计算结果写入根据上面的计算结果写入THiTHi及及TLiTLi。3 3）启动定时或计数，即写）启动定时或计数，即写TCONTCON，用字节寻址或用位寻址。如：，用字节寻址或用位寻址。如： SETB TRi SETB TRi ；启动定时器；启动定时器 CLR TRi CLR TRi ；停止定时器；停止定时

24、器4 4）定时器中断开放和禁止，即写）定时器中断开放和禁止，即写IEIE。如：。如： SETB ETi SETB ETi ；允许中断；允许中断ETiETi SETB EA SETB EA ；开放中断；开放中断 CLR ETi CLR ETi ；禁止中断；禁止中断ETi ETi CLR EA CLR EA ；关闭中断；关闭中断 TC/第第6 6章章 定时定时/ /计数器计数器 例例6-1使用定时器使用定时器/计数器计数器T1的方式的方式1，设定，设定1ms定时。在定时。在P1.0引脚上产生周期引脚上产生周期为为2ms的方波输出。晶体振荡器的频率为的方波输出。晶体振荡器的频率为fosc=6MHz。

25、解：解：（1）定时常数计算）定时常数计算振荡器的频率振荡器的频率fosc=6MHz=6106Hz，计数器长度，计数器长度L=16，2L=216=65536。 定时时间定时时间t=1ms=110-3s。定时常数定时常数TC转换成二进制转换成二进制TCB=1111 1110 0000 1100B=0FE0CH所以所以TCH=0FEH（高（高8位），位），TCL=0CH（低（低8位）。位）。（2）TMOD的设定（即控制字）的设定（即控制字）定时器T0（无关）M01M10TC/0，定时GATE0，不用门控控制字为 10H00000000第第6 6章章 定时定时/ /计数器计数器 （3）编程）编程ORG

26、000BH；T0中断矢量地址中断矢量地址AJMPINQPORG0100H；主程序入口；主程序入口MOVSP,#60H；堆栈设置；堆栈设置MOVTMOD，#10H；写控制字；写控制字MOVTH1，#0FEH；写定时常数；写定时常数MOVTL1，#0CHSETBTR1；启动；启动T1SETBET1；允许；允许T1中断中断SETBEA；开放；开放CPU中断中断SJMP$ORG00XXH；中断服务程序；中断服务程序INQP： MOVTH1，#0F0H；重写定时常数；重写定时常数MOVTL1，#0CHCPLP1.0；P1.0变反输出变反输出RETI；中断返回；中断返回第第6 6章章 定时定时/ /计数器

27、计数器 例例6-2 6-2 借助于单片机内的定时器借助于单片机内的定时器/ /计数器，测量人体心率。计数器，测量人体心率。 假设单片机的晶振频率为假设单片机的晶振频率为6MHz6MHz。 测量频率测量频率 ： 由单片机由单片机T0T0实现实现1 1分钟的定时，分钟的定时，T1T1负责对外计数，负责对外计数，1 1分钟定时分钟定时时间到，读出时间到，读出T1T1计数器中的数值就是心率。计数器中的数值就是心率。具体做法：具体做法： T0T0和和T1T1都选方式都选方式1 1，这样最大定时时间，这样最大定时时间 t=65536x2=131.072mst=65536x2=131.072ms便于计算让计

28、数器定时便于计算让计数器定时100ms100ms，选，选30H30H，31H31H分别为秒和分存储单分别为秒和分存储单元。元。30H30H单元计数单元计数1010次满次满1 1秒，秒，31H31H单元计数单元计数6060次满次满1 1分。分。 分析：分析： 两种方法：频率测量法和周期测量法。两种方法：频率测量法和周期测量法。第第6 6章章 定时定时/ /计数器计数器 l 预置预置： （TH0TH0）=3CH=3CH，（，（TL0TL0）=0B0H=0B0Hs66C10210612TD7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 T1T

29、0l TMOD设置设置:MOV TMOD，#51Hl 时间常数计算：晶体振荡器为时间常数计算：晶体振荡器为6MHz，基本定时时间为，基本定时时间为100ms， 机器周期机器周期Tc为为: l 设置初值为设置初值为x x=21650000=15536=3CB0H第第6 6章章 定时定时/ /计数器计数器 一个周期启动定时器T1计数器计数0TNIa）89S51P3.2P3.5T1外部计数脉冲b）1INT0 测周期测周期 ：（1 1）定时器）定时器T0T0设置设置利用定时器利用定时器/ /计数器测定周期计数器测定周期 a) a) 波形图案波形图案 b)b)连接示意图连接示意图 为高电平时，启动定时器

30、；定时器为高电平时，启动定时器；定时器/ /计数器计数器T1T1为计数器，为计数器， T1T1的电平由的电平由1 1到到0 0，计数器计数。，计数器计数。 第第6 6章章 定时定时/ /计数器计数器 l定时器定时器T0T0的的TMODTMOD的设置的设置： GATEM1M01001TC/门控门控 定时器定时器 方式方式1 1控制字为控制字为9H9H。 s66C10210612T5000010210100 x26316l时间常数计算：晶体振荡器为时间常数计算：晶体振荡器为6MHz6MHz，基本定时时间为，基本定时时间为100ms100ms， 机器周期机器周期TcTc为为设置初值为设置初值为x x

31、x=21650000=15536=3CB0H第第6 6章章 定时定时/ /计数器计数器 Tl预置预置： （TH0）=3CH，（TL0）=0B0H（2 2）计数器设置）计数器设置 定时器定时器/ /计数器计数器T1T1为计数器。计数值为为计数器。计数值为2 2，当计数，当计数1 1时，启时，启动定时器；当计数动定时器；当计数2 2时，中断计数器时，中断计数器T1T1，并停止定时器，并停止定时器T0T0的定的定时；中断方式，其优先级高于定时器时；中断方式，其优先级高于定时器T0T0。l计数器计数器T1T1的的TMODTMOD的设置：的设置： C/GATE M1 M0 0 1 0 1 计数器计数器

32、方式方式1 1控制字为控制字为5H5H。l计数初值为：计数初值为：FFFEHFFFEH，l预置：（预置：（TH1TH1）=0FFH=0FFH，（，（TL0TL0）=0FEH=0FEH。MOV TMODMOV TMOD，#59H#59H第第6 6章章 定时定时/ /计数器计数器 注：课本上其余例子作为课堂练习注：课本上其余例子作为课堂练习小结：小结： 测量低频信号，为了快速测量又保证测量精测量低频信号，为了快速测量又保证测量精度，一般采用测周法。度，一般采用测周法。 高频信号采用测频法。高频信号采用测频法。问题问题1 1：频率测量和周期测量的界线如何确定？：频率测量和周期测量的界线如何确定？问题

33、问题2 2：如何保证测量结果的准确性？：如何保证测量结果的准确性？第第6 6章章 定时定时/ /计数器计数器 总结总结 要正确使用定时器要正确使用定时器/ /计数器，首先要根据要求确定计数器，首先要根据要求确定选用那个定时器选用那个定时器/ /计数器，工作在什么方式；如何启计数器，工作在什么方式；如何启动定时器动定时器/ /计数器，如何停止定时器计数器，如何停止定时器/ /计数器、如何利计数器、如何利用定时器用定时器/ /计数器的中断来进行信号测量，都是需要计数器的中断来进行信号测量，都是需要考虑的问题。考虑的问题。 第第6 6章章 定时定时/ /计数器计数器 测频程序测频程序:MOV TMOD,#51H ；写控制字写控制字MOV TH0,#3CH ；写定时常数写定时常数MOV TL0,#0B0HMOV TH1,#00H ; 对心脏电信号脉冲进行计数对心脏电信号脉冲进行计数MOV TL1,#00HMOV 30H,#00H ; 秒存放单元秒存放单元 MOV 31H,#00H ；分存放单元分存放单元MOV 32H,#00H ; 心率存放单元心率存放单元SETB TR0 ；启动启动T0T0定时定时SETB TR1 ；启动启动T T计数计数ACALL TEST ; 调用心率测量程序调用心率测量程序MOV 32H,TL1 ；将测量结果存放在将测量结果存放在32H32H单元单元SJM