51单片机定时器与计数器教学课件

1、定时/计数器要求（四学时）基本内容：定时计数的概念及作用，51单片机定时/计数器的工作原理，简单应用实例讲解。重点：定时计数的方式1，方式2原理及简单应用。难点：工作原理的理解、初值计算。 基本内容：总结复习定时计数工作原理，讲解定时/计数器的较复杂应用（结合数码管显示、中断、按键）。重点：定时计数的方式1、方式2的应用。难点：应用设计思路及编程方法，编程初始化及 溢出处理。 第1页，共32页。定时计数的概念- 一个定时/计数的形象实例假如有一个水容器1000滴水刚好装满初始时已经装入500滴水问：还需滴入多少滴水才能将其 装满？答：还需滴入500滴水才能将其 装满，501滴溢出。答：还需50

2、0秒时间才能将其装满，501秒溢出。问：如果每秒滴入1滴水，还需多 长时间才能将其装满？这就是“计数”这就是“定时”这就是“计数初值”第2页，共32页。定时与计数的关系定时/计数器：对电脉冲进行计数的单元电路。定时与计数的关系用计数器为周期性脉冲计数，产生定时。定时和计数是同一个概念，本质上定时只是计数的一个特例。定时计数器工作时，关心问题：1、定时/计数器（容器）的位宽度。2、初值（容器初始已有水滴数）的设置。3、水溢出以后的处理。第3页，共32页。定时/计数器的计数方向、初值计算及溢出处理计数方向加计数：每个脉冲计数器加1减计数：每个脉冲计数器减1。计数器的容量：计数器有一定的计数范围（脉

3、冲计数的最大个数），由计数器的位宽度决定。 2n=X初值+要求（计数或定时） X初值= 2n 要求（计数或定时）计数器的溢出：不同CPU计数器的容量不同，若为16位，则计数容量最大可存放数值为65535，65536为刚好溢出时的值。当加到计数器为全1时，再输入一个脉冲就使计数器回零并溢出。计数器溢出会产生溢出位，作为程序处理溢出的标记。第4页，共32页。以上寄存器均为SFR中单元结构2个16位T/C分别由8位计数器TH0、TL0、 TH1、TL1组成加“1”计数器控制寄存器TCON：控制T0、T1的启停、中断等方式寄存器TMOD：控制T0、T1 的工作方式T0T1 定时/计数器结构1个16位T

4、/C分别由8位计数器TH2、TL2 组成加/减/“1”计数器T2CON、 T2MOD ：控制T2的启停、中断及工作方式等第5页，共32页。(1)51单片机定时/计数的输入源脉冲作计数器用对T0（P3.4）、T1（P3.5）和T2（P1.0）引脚上输入的外部脉冲进行计数。当外部输入脉冲发生负 跳变时，进行“+1”计数，外部输入脉冲周期应大于2个机器周期。作定时器用对系统的时钟振荡器输出脉冲的12分频信号（ fOSC/12 ）进行计数定时。即机器内部震荡信号的1/12分频，每一个机器周期做一次“+1”运算。以机器周期为最小定时单位。第6页，共32页。(2)定时计数器的结构框图定时/计数器逻辑结构第

5、7页，共32页。 0 0 方式0 13位计数器 0 1 方式1 16位计数器 1 0 方式2 可自动重新装载初值的8位计数器 1 1 方式3 T0分为2个8位计数器，T1停止计数M1M0操作方式功 能GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0控制T1控制T0(3)51单片机定时/计数器工作方式定时/计数器（T0、T1）由TMOD中M1M0决定工作方式第8页，共32页。GATE= 二组M1、M0 分别 控制T0、T1的工作方式（二位组合对应方式0、方式1、方式2、方式3。INT1 INT0引脚输入电平的控制。GATE： 门控位。设定T1、T0运行时是否受 0 不受外部中断控制C/T=1 受外部

6、中断控制0 为定时功能1为计数功能GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0控制T1控制T07.3 定时/计数器控制T0、T1定时/计数器方式控制寄存器TMOD第9页，共32页。LSBMSBTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0T1、T0 启/停控制位T1、T0 溢出标志位与外部中断INT1、INT0有关在中断系统中已介绍“0” 停止“1” 启动“1” 有溢出“0” 无溢出可编程 可控制当T溢出时，由硬件自动使TF置1，并向CPU申请中断，CPU响应中断后，自动对TF清零；也可查询处理，用软件对TF清零或置位。工作记录有无溢出T0、T1定时/计数器控制寄存器TCON第10页，共32

7、页。(1) 方式0 M1M0=00工作原理 13位的定时计数器，由TH的8位和TL的低5位组成T1（P 3.5）GATETR1INT1震荡器12TL15位TH18位TF1中断KC/T=0C/T=1控制定时/计数器方式0逻辑图111“+1”中断TL40（以T1为例T0原理相同）。13位计数器TF1“+1”“+1”第11页，共32页。【例7-1】利用定时器T0（ T0与T1的使用方式相同）产生定时脉冲。每隔2ms从P1.0脚上输出脉宽为2个机器周期的正脉冲（单片机采用频率为6MHZ的晶体）。解：首先求出定时器T0初值。由于时钟频率为6MHZ，所以，定时/计数器的计数脉冲的周期为2s=12/6M。根

8、据上面的公式可以得出：2ms =（213-T0初值） 定时/计数器计数脉冲周期。（213-T0初值） 210-6=210-3 T0初值=7096=1101110111000B，其中将高8位11011101B=DDH赋给TH0，低5位11000B=18H赋给TL0。第12页，共32页。(2) 方式1 M1M0=01工作原理 16位的定时计数器，由TH1的8位和TL1的8位组成T1（P 3.5）GATETR1INT1震荡器12TL18位TH18位TF1中断KC/T=0C/T=1控制 定时/计数器方式1逻辑图16位计数器“+1”1（以T1为例，T0原理相同）中断TF1“+1”“+1”第13页，共32

9、页。【例7-2】选择T1模式1用于定时，在P1.0脚上输出周期为10ms的方波，单片机采用6M晶振。解：题目要求输出周期为10ms的方波，也就是说高电平或低电平持续时间为5ms ，那么只要使P1.0脚上的电平每隔5ms取反一次就可得到周期为10ms方波，因而T1的定时时间为5ms。将T1设为定时方式1：GATE=0，C/T=0，M1M0=01；故TMOD=10H。下面计算5ms定时T1的初值：定时/计数器计数脉冲周期： T=12/fosc=12/6106=2s设初值为X则：（216X）2106 =5103 X=0 xF63C=1111011000111100B 因为在作16位计数器用时， X的

10、低8位装入TL1，所以TL1=0 x3C；X的高8位应装入TH1，所以TH1=0 xF6。第14页，共32页。 方式2 M1M0=10 可自动重装载的8位计数器TH1（TH0）被定义为赋值寄存器TL1（TL0）被定义为计数器定时/计数器方式2逻辑图 T1(P3.5) GATETR1 INT1震荡器12TL18位TF1中断KC/T=0C/T=1控制TH18位重装载重装载1“+1”以T1为例：中断TL1 8位TF1“+1”“+1”第15页，共32页。（4）方式3逻辑图及工作原理（只有T0有） 中 断震荡器121/12f0scTL08位TF0中断KC/T=0C/T=1控制1/12f0sc T0（P3

11、.4）GATETR0INT0KTH08位TF1中断控制1/12f0scTR11TH0借用了T1的TR1和TF1,因此控制了T1的中断此时T1可作串行通信的波特率控制发生器（下周介绍）“+1”“+1”1“+1”“+1”TF0TF1 中 断“+1”第16页，共32页。工作方式3应用小结仅仅T0能工作在方式3，将16位计数器T0分为两个独立的8位计数器TH0、TL0。TL0占用T0的控制位：C/T、GATE、TR0、INT0、TF0，TL0功能和操作与T0在方式0、1、2时相同，可工作在定时方式或计数方式。TH0只能工作在定时方式，占用T1的控制位TR1、TF1，并控制T1的中断。当T0工作在方式3

12、时，T1只能工作在方式02，且不能产生中断请求，此时，T1仅能控制C/T位切换计数或定时工作方式，计数器溢出输出一般送往串行口，充当波特率发生器。第17页，共32页。（5）定时/计数器应用时的初值计算计数器的初值由程序设定设计数器宽度为n，定时时长为T，要求计数脉冲个数为N，计数初值为X，机器周期为TCY 。计数：2nN+X X= 2n -N定时：2nT/ TCY + X X= 2n - T/ TCY = -T/ TCY 计数器的初值由程序设定实际应用时最好用（简单）： X=-N 计数方式 X=-T/ TCY 定时方式第18页，共32页。（6）初值装载与GATE影响要产生周期性定时（计数），方

13、式0、1计数溢出后必须软件重新加载THn、TLn ，否则，THn、TLn将从0开始计数。方式2可自动重装。GATE的作用当GATE=0时，软件置TR为1，启动计数器，软件清除TR为0，停止计数器。当GATE=1时，仅在INTn为高时，软件置TR为1才能启动计数器，可由此可实现硬件对启动的直接控制，如测脉冲宽度等。第19页，共32页。（7）定时/计数器T0和T1的控制小结 通过设置TMOD中的C/T位，可控制T0、T1工作在定时方式或计数方式 通过设置TMOD中的M1M0位，可控制T0、T1工作在4种不同的工作模式 通过控制TCON中的TR1、TR0位，启动或停止计数器， GATE位决定启动是否

14、受对应外部中断引脚控制。 根据定时或计数长度计算初值，最好直接写负值。第20页，共32页。定时/计数器应用时的初始化 MCS-51单片机的定时/计数器T0、T1是可编程的,因此在使用之前需要进行初始化。其编程包括以下几个步骤：(1)确定工作方式，即对TMOD寄存器进行赋值(2)计算计数初值,并写入寄存器TH0、TL0或TH1、TL1中，最好直接写负值。(3)如果用中断方式，置位ETx允许T/C中断(4)如果用中断方式，置位EA使CPU开中断(5)置位TRx启动计数第21页，共32页。应用实例（方式1应用实例1）例 要求：从P1.0引脚上输出周期为2ms的方波（fOSC=12MHz），采用T0定

15、时1ms。计数初值计算：（12分频的机器周期=1us）（216-X初值）TCY1ms X=216-(1*10-3 ）/(1*10-6 ）X初值65536-1000055536=FC18HTH0FCH， TL018H(等效为： TH0high(-1000)， TL0low(-1000)中断方式： ORG 0000H ；复位入口地址 AJMP MAIN ORG 000BH ；T0中断服务入口地址 AJMP TIMER0 ORG 0100第22页，共32页。MAIN：MOV TMOD，#01H ；设置工作模式 MOV TH0，#0FCH ；T0送初值high(-1000) MOV TL0，#18H

16、SETB EA ；开放CPU中断 SETB ET0 ；开放T0中断 SETB TR0 ；启动计数器 SIMP $ ；等待计数器溢出中断TIMER0： MOV TH0，#0FCH ；T0送初值 MOV TL0，#18H CPL P1.0 ；P1.0取反产生方波 RETI END第23页，共32页。查询方式 ORG 0000H ；复位入口地址 AJMP MAIN ORG 0100MAIN：MOV TMOD，#01H ；设置工作模式 SETB TR0 ；启动计数器LOOP：MOV TH0，#0FCH ；T0送初值 MOV TL0，#18H JNB TF0，$ ；等待计数器溢出 CPL P1.0 ；P

17、1.0取反产生方波 CLR TF0 ；清除溢出标志 SJMP LOOP END第24页，共32页。工作方式2应用实例要求：从P1.0上输出一个周期性方波，周期10ms，晶振=12M。分析：周期为10ms的方波要求P1.0上的电平每5ms变更一次，但在方式2，T0的最大定时为256us，因此不能直接实现，可用T0产生250us定时，再用软件计数20次，实现5ms定时。计数初值计算：（28-X初值）TCY250us250us：X初值6H 第25页，共32页。实现程序讲解： ORG 0000H AJMP MAINMAIN： MOV TMOD，#02H ；设置T0工作模式 SETB P1.0 ；置P1

18、.0为高 MOV TH0，#06H ；置T0初值，5ms MOV TL0，#06H SETB TR0 ；启动T0LOOP: MOV R2，#20LOOP1：JNB TF0，LOOP1 ；等待T0溢出 CLR TF0 ；清除溢出标志 DJNZ R2，LOOP1 ；等待5ms CPL P1.0 ；置P1.0为低 AJMP LOOP第26页，共32页。门控位GATE的应用（测高电平宽度）设在单片机INT0引脚上接入一个高电平宽度小于65536us的周期性脉冲，试编程测量其正脉冲宽度分析：T0工作在方式1，计数初值为0，GATE=1，置TR0=1，则当INT0=1时，T0开始计数，直到INT0=0，此

19、时，T0中的值为INT0引脚上的脉冲宽度。INT0INT0为高时T1开始计数INT0为低时T1停止计数宽度65ms第27页，共32页。 ORG 0000HMAIN: MOV TMOD,#09H ；置T0方式控制字：方式1，定时方式 MOV TH0，#00H MOV TL0，#00H ；T0从0开始计数LOOP0：JB P3.2，LOOP0 ；等待高电平结束 SETB TR0 ；T0允许计数LOOP1：JNB P3.2，LOOP1 ；等INT0高电平LOOP3：JB P3.2，LOOP3 ；等INT0高电平结束 CLR TR0 MOV R6，TL0 ；存储测量值;低八位存R6 MOV R7，TH

20、0 ; 高八位存31h JMP MAIN ENDINT0INT0为高时T1开始计数INT0为低时T1停止计数宽度65ms“与”第28页，共32页。工作方式1应用实例2例要求：从P1.0引脚上输出周期为2s的方波（fOSC=12MHz，对应12分频机器周期1us）产生2s周期的方波，需要1s的定时对P1.0进行取反，但1s超过T0、T1的最大定时范围。可用T0产生20ms定时，定时到后更改1个软件计数器（初值50），当软件计数器减到0时，1s定时时间到）计数初值计算：（216-X初值）TCY20ms=20000us）(定时20000us）X初值0-20000-20000=0B1E0H TH00E0H，TL00B1H(等效为： TH0high(-20000)， TL0low(-20000)中断方式： ORG 0000H ；复位入口地址 AJMP MAIN ORG 000BH ；T0中断服务入口地址 AJMP TIMER0 ORG 0100H第29页，共32页。MAIN：MOV TMOD，#01H ；设置T0工作模式1 MOV TH0，HIGH（-20000） ；T0送初值