单片机原理与应用-基于AT89S51+Proteus仿真 第2版 课件 第6章 单片机的定时计数器

单片机原理与应用第6章单片机的定时/计数器内容指南定时/计数器也是单片机的重要资源。在单片机应用系统中，定时/计数器主要用于实现定时控制和对外界事件计数。对于AT89S52单片机，其定时/计数器T2还具有输入捕获和监视定时功能。本章介绍定时/计数器的结构、原理、工作方式及使用方法。学习目标掌握AT89S51定时/计数器的结构与工作原理。了解定时/计数器的各种工作方式及其差异。熟悉AT89S51方式1和方式2的定时/计数编程应用。第6章单片机的定时/计数器

定时/计数器是单片机系统一个重要的部件,其工作方式灵活、编程简单、使用方便，可用来实现定时控制、延时、频率测量、脉宽测量、信号发生、信号检测等。此外，定时/计数器还可作为串行通信中波特率发生器。在测量控制系统中，常需要有实时时钟和计数控制，以实现定时（或延时）以及对外界事件进行计数。第6章单片机的定时/计数器常用的定时/计数方法有：

○纯软件－缺点是占用CPU时间

○纯硬件－缺点是不准确、不灵活

○可编程定时器/计数器（软硬件联合）

89S51单片机有2个可编程的16位定时／计数器（T0，T1），89S52单片机有3个可编程的16位定时／计数器（T0，T1，T2）。第6章单片机的定时/计数器纯软件定时/计数方法：定时——空循环预定周次，等待预定时间计数——读取I/O引脚电平，统计变化次数基本思路：由CPU统计状态变化次数，待预定结果出现后结束统计。delay(unsigned

inttime){unsignedintj=0;

for(;time>0;time--)

for(j=0;j<125;j++);}存在问题：占用CPU机时，CPU不能同时干别的事情第6章单片机的定时/计数器定时计数器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400滴水问：还需滴入多少滴水才能将其装满？答：还需滴入600滴水才能将其装满，601滴溢出。答：还需600秒时间才能将其装满，601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6章单片机的定时/计数器定时/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固定周期的脉冲计数，就是定时。定时和计数是同一个概念同一套装置，本质上定时只是计数的一个特例。定时计数器工作时，关心的问题：1、定时/计数器的满度。（容器的容量）2、初值。（容器已有水滴数）3、计数器计满溢出后的处理。第6章单片机的定时/计数器单片机软硬件联合定时/计数方法：等待CPU响应系统时钟脉冲加1计数器溢出标志溢出定时器外来信号脉冲加1计数器溢出标志溢出等待CPU响应计数器外来信号脉冲加1计数器溢出标志溢出等待CPU响应系统时钟脉冲K定时/计数器定时/计数器本质上都是计数器。定时器是对时钟脉冲计数，计数器则是对外来脉冲计数。第6章单片机的定时/计数器定时器和计数器是同一个部件，其核心是一个可预置初值的16位加1计数器(特殊功能寄存器TH1、TL1)，对输入的脉冲进行计数。TF1：溢出标志。当计数器计到全1时（FFFFH），再来一个计数脉冲，计数器清0，产生溢出，TF1由0变为1，向CPU请求中断。脉冲源运行控制电路定时计数器的工作原理（以T1工作于方式1为例）T1和T2都有2种工作模式和4种工作方式第6章单片机的定时/计数器计数器的溢出空间可随计数初值改变→定时时间tt=(计数器最大空间-计数初值)×机器周期

=(2n-a)×12/fosc(s)t与n、a、fosc三个因素有关

TFx（X=0、1）Tx端(每个机器周期产生一个计数脉冲)第6章单片机的定时/计数器逻辑开关功能：=0→定时器模式，=1计数器模式第6章单片机的定时/计数器

TFx（X=0、1）Tx端计数值N=(计数器满计数值-计数初值)=(2n–a)N与n、a两个因素有关定时/计数器的结构第6章单片机的定时/计数器2个16位计数器T0(TH0、TL0)和T1(TH1、TL1)——加1计数器2个控制寄存器TCON和TMOD——管理计数器的运行2个外部引脚T0(P3.4)和T1(P3.5)——接入外部脉冲定时/计数器的控制关系（以T1为例）门控位GATE=0-允许TR1启动计数器GATE=1-允许INT1引脚启动计数器启动控制位TR1=1-启动计数器TR1=0-停止计数器INT1引脚参与定时器的启停管理计数器溢出标志中断请求标志位TF1=1请求中断

T1第6章单片机的定时/计数器模式选择位=0-定时=1-计数

（1）工作方式控制寄存器TMOD用于T1用于T0GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0门控位计数/定时选择位“1”--计数“0”--定时M1M0：工作方式选择位00：方式0--13位计数器01：方式1--16位计数器10：方式2--两个8位计数器 自动重装初值11：方式3--仅T0可用TMOD不可位寻址！定时器/计数器的控制寄存器第6章单片机的定时/计数器TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0定时器/计数器T0溢出标志，计数器溢出时，TF0置“1”，可用于软件查询或向CPU申请中断。定时器/计数器T0的运行控制位，当GATE=0时，只要TR0=1，T0就开始工作。TCON可位寻址！

（2）定时器控制寄存器TCON第6章单片机的定时/计数器GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0D7D5D4D3D2D1D0TMODD6（89H）T1T0

T1方式选择位00-方式001-方式110-方式2T1工作方式

T1

T0

TF0

TR0

T0脚INT0T0方式选择位00-方式001-方式110-方式211-方式3T0工作方式第6章单片机的定时/计数器工作模式选择0-定时模式1-计数模式GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0D7D5D4D3D2D1D0TMODD6（89H）T1T0

注意：TMOD只能以字节方式进行初始化例如，设置T0为定时器方式1，允许TR0启动；T1为计数器方式0，允许INT1引脚启动。则TMOD=11000001B=0xc1又如，系统上电默认值为TMOD=0，则默认状态应为：T0和TI均为定时器方式0，允许TR0、TR1启动。第6章单片机的定时/计数器TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT08FH8DH8CH8BH8AH89H88HTCON8EH(88H)定时器控制位外部中断控制位

T1

T0

TF0

TR0

T0脚INT0注意，系统上电默认值为TCON=0，则默认状态应为：TR0和TR1均为关闭状态、电平中断触发方式、没有外部中断请求第6章单片机的定时/计数器6.1定时/计数器的结构与工作原理6.2定时器/计数器的控制寄存器6.3定时/计数器的工作方式6.4定时/计数器的编程和应用第6章单片机的定时/计数器第6章单片机的定时/计数器M1M0工作方式功能说明00110101012313位定时/计数器16位定时/计数器8位自动重装定时/计数器T0分成两个8位，T1不工作T0/T1的4种工作方式注意：每种工作方式都有定时和计数2种模式。4种工作方式中方式0--13位计数器方式 （很少用，用它无益）方式1--16位计数器方式 （经常用）方式2--8位自动重装初值方式 （经常用）方式3--T0分成两个8位定时器，T1停止工作（几乎无用）掌握方式1,2

(1)方式1定时时间：t=(216-a)×12/fosc(s)——使用16位定时/计数器（THx+TLx）第6章单片机的定时/计数器定时范围为1～65,536μs（≈65ms）。最大定时时间（a=0，fosc=12MHz）：t=216(s)=65536(s)定时方式最大计数值：N=65536(脉冲)第6章单片机的定时/计数器计数值：N=(216–a)由于检测一个负跳变需要2个机器周期，即24个振荡周期，故最高计数频率=。对于12MHz晶振，最大外部脉冲的频率为0.5MHz。计数方式第6章单片机的定时/计数器【例6-1】设单片机的晶振频率为12MHz，使用定时器T0以方式1产生频率为500Hz的等宽正方波连续脉冲，并由P1.0输出，采用Proteus中的虚拟示波器观察输出波形。分析：500Hz方波周期为2ms，由2个半周期为1ms的正负脉冲组成方波输出原理：定时1ms后将端口输出电平取反。2ms1msTH0

=

0xfc

TL0

=

0x181ms定时的计数初值应为：a=216–t*fos/12=216–1000*12/12=64536=0xfc18注意：需要不断重装计数初值。第6章单片机的定时/计数器（1）查询方式#include<reg51.h>sbitP1_0

=

P1^0;main(){

TMOD

=

0x01;

//设置T0定时方式1(00000001B)TR0=1;//启动T0

for(;;){

TH0

=

0xfc;

//装载计数初值

TL0

=

0x18;

do{

}while(!TF0);//等待TF0溢出P1_0

=!P1_0;

//定时时间到P1.0反相

TF0

=

0;

//TF0标志清0

}}T0第6章单片机的定时/计数器（2）中断方式#include<reg51.h>sbitP1_0=P1^0;timer0()interrupt1{//T0中断函数P1_0=!P1_0; //P1.0取反

TH0=0xfc; //装载计数初值

TL0=0x18;}main(){

TMOD=0x01; //T0定时方式1

TH0=0xfc; //装载计数初值

TL0=0x18;EA=1; //开总中断

ET0=1; //开T0中断

TR0=1; //启动T0 while(1);}注意：中断响应后系统可自动将TFx标志位清0第6章单片机的定时/计数器仿真波形图第6章单片机的定时/计数器【例6-2】利用定时/计数器T1的中断来控制蜂鸣器发出1KHz的音频信号，假设蜂鸣器接P2.0引脚，系统时钟为12MHz，电路见图6-7。第6章单片机的定时/计数器解：此例仍是定时，使用T1定时方式1，可确定TMOD=00010000，每个计数脉冲的周期为12/12=1µs。1KHz的音频信号周期为1ms，因此要计数的脉冲数为1000/1=1000次，所以T1的初值：TH1=(65536

−1000)

/256；TL1=(65536

−1000)

%256第6章单片机的定时/计数器小结：使用定时/计数器的步骤强调：TMOD的设置只能以字节形式给出（不能位寻址）T0

（1）设置TMOD——确定定时/计数器的工作状态第6章单片机的定时/计数器

（2）计算计数初值——产生期望的定时间隔计数初值a=216-t×fosc/12（t≤65536s）THx=a/256TLx=

a/

%256

装载计数初值:第6章单片机的定时/计数器3）确定采用何种方式处理溢出结果若是查询方式——采用条件判断语句若是中断方式→中断初始化设置和中断服务程序：do{}while(!TFx);

//x=0或1……第6章单片机的定时/计数器ETx=1；//开定时x中断，x=0或1EA=1； //开总中断tx_srv()interruptn

{//n=1或3……}4）启动定时器：

TR0=1

或TR1=1

5）进行定时或计数结束后的其它工作6）为下次定时/计数做准备（清TFx标志+重装载计数初值）若是中断方式，则无需软件清TFx标志位；若是查询方式，需要软件清除TFx标志位。第6章单片机的定时/计数器采用8位计数器，延时时间t=(28-a)×12/fosc(微秒)→12MHz时的最大定时量为256s；可自动重装载计数初值（TLx溢出后,THx数值可自动装入TLx）；因没有装载计数初值造成的定时延误，方式2定时精度相对较高。(2)方式2第6章单片机的定时/计数器（1）查询方式#include<reg51.h>sbitP1_0

=

P1^0;main(){TMOD

=

0x02;

TH0=

TL0=0x06;

TR0=1;

for(;;){

do{}while(!TF0);

P1_0

=!P1_0;

TF0

=

0; }}（2）中断方式#include<reg51.h>sbitP1_0=P1^0;timer0()interrupt1{P1_0=!P1_0; }main(){TMOD=0x02;

TH0=TL0=0x06;EA=ET0=1; TR0=1;

while(1);}【例6-3】

采用T0定时方式2在P1.0口输出周期为0.5ms的方波(设fosc=12MHz)。分析：计数初值TL0=((256-250)*12/12)%256=0x06，TMOD=0x02第6章单片机的定时/计数器周期为0.5ms方波第6章单片机的定时/计数器第6章单片机的定时/计数器【例6-4】用单片机监视一生产流水线，每生产100个工件，发出一个包装命令（即一个正脉冲），包装成一箱。本例我们用按钮的动作模拟光电传感器，输出的脉冲接T1输入端P3.5，包装命令脉冲从P2.4输出，本例用LED点亮模拟，如图6-10所示。第6章单片机的定时/计数器分析：此例题是计数应用，计数值是100，因此我们用T1工作于计数方式2，则：TMOD=01100000B=60H。因为计数值为100，所以计数器初值为：256-100=156。参考程序如下第6章单片机的定时/计数器(3)方式0使用13位的定时/计数器（THi7-0+TLi4-0）定时时间t=(213-a)×12/fosc(μs)计数初值a=213-t×fosc/1212MHz时的最大定时量t=213μs=8.192ms第6章单片机的定时/计数器第6章单片机的定时/计数器除计数器位数不同外，方式0与方式1的逻辑结构并无差异。方式0采用13位计数器是为了与早期产品MCS-48单片机兼容。方式0的初值计算比较麻烦，一般采用方式1替代。方式0方式1（4）方式33种组合状态T1仍可设置为方式0~2；通常将T1设定为定时方式2（作为波特率发生器使用）第6章单片机的定时/计数器TH0+TF1+TR1组成的8位定时器TL0+TF0+TR0组成的8位定时/计数器T1组成的无中断功能的定时器特点：方式3下T0可有2个具有中断功能的8位定时器6.1定时/计数器的结构与工作原理6.2定时/计数器的控制寄存器6.3定时/计数器的工作方式6.4定时/计数器的编程和应用第6章单片机的定时/计数器应用：定时器——用于定时控制，或作为分频器发生各种不同频率的方波；计数器——用于外部脉冲统计或外部中断源扩充；复杂应用—需要将定时与计数结合起来。第6章单片机的定时/计数器 定时器/计数器的应用步骤：

确定工作模式和工作方式 计算计数初值

计数：计数初值=2n-计数值X

定时：计数初值=2n-定时时间Tc/机器周期TM =2n-Tcfosc/12

编写应用程序

定时器/计数器的初始化：定义TMOD、写入计数初值TLx和THx、设置中断系统（如采用查询方式处理溢出标志则禁用中断）、启动定时计数器运行。

定时器/计数器的中断服务程序。第6章单片机的定时/计数器【例6-5】利用定时/计数器扩展外部中断源，将定时/计数器T0或T1充当一个外部中断源。分析：定时/计数器在计数模式下，如果把初值置为全l，只要在计数输入端（T0或T1）加一个脉冲，就可以使计数器溢出，产生计数溢出中断。因此，可以把一个外部中断请求作为计数脉冲输入，则可以利用计数中断完成外部中断服务的任务，相当于扩展了一个外部中断源。实现：把外部计数输入端T0（P3.4）或T1（P3.5）作扩充中断源输入，设置计数工作方式2，即自动装载8位计数方式，且初值为255。第6章单片机的定时/计数器第6章单片机的定时/计数器以T0为例，参考程序如下：#include<reg51.h>voidmain(){ …TMOD=0x06; //计数器0为工作方式2 TH0=0xff; //计数初值为255TL0=0xff; //计数初值为255EA=1; //开总中断

ET0=1; //开T0中断

TR0=1; //启动计数while(1) {…} }voidt0-int(void)interrupt1 //中断服务函数

{…} 第6章单片机的定时/计数器【例6-6】长时间的定时。设单片机晶振频率为12MHz，编程使P1.0引脚上产生周期为2秒的等宽正方波连续脉冲。解：根据题意，产生周期2秒的正方波需要间隔1秒钟给P1.0引脚取反，因此需要定时1秒钟。而在12MHz晶振频率下，定时器最大定时时间为（216-0）×1μs=65.536ms，显然直接利用定时器是不能定时1s的。但我们可以利用一个软计数器t对定时器的溢出次数来计数（当然也可以用另外一个定时/计数器来计数，不过为了节省资源通常用软计数器），比如用T0定时50ms，那么50ms溢出1次，溢出20次正好是1s，为此我们用一个变量t作为溢出次数的计数变量，当t从0计数到20次时既是1秒钟。实例5仿真运行效果第6章单片机的定时/计数器以中断处理方式编程的参考程序如下：#include<reg51.h> unsignedchar t=0; //定义t作溢出次数计数器voidmain(void){ EA=ET0=1; //开T0中断 TMOD=0x01; //定义T0定时方式1 TH0=0x3c;TL0=0xb0; //定时50ms初值（12M晶振) TR0=1; //启动T0定时

while(1);}timer0()interrupt1 //T0中断函数{ TH0=0x3c;TL0=0xb0; //重置T0初值 t++;

if(t==20){t=0;P1_0=!