《单片机原理及应用》课件第5章 单片机的定时器计数器

第5章

单片机的定时器/计数器从应用的角度重点讲述MCS-51单片机的定时器/计数器的结构、工作原理和C语言编程方法。第5章

单片机的定时器/计数器定时器/计数器的基本结构和工作原理5.1定时器/计数器的工作方式5.2定时器/计数器的应用5.35.1.1定时器/计数器的基本结构

5.1

定时器/计数器的基本结构和工作原理定时器/计数器的核心部件是加1计数器。定时器模式时，是对内部机器周期计数。计数值乘以机器周期就是定时时间。计数器模式时，是对外部事件计数。脉冲由T0（P3.4）或T1(P3.5)引脚输入。

5.1.2

定时器/计数器的工作原理MCS-51单片机中有两个SFR与定时/计数有关：TMOD用于设置定时器/计数器的工作模式和工作方式TCON用于控制定时器/计数器的启动、停止和中断请求1.工作方式寄存器TMOD（89H）

D7D6D5D4D3D2D1D0TMOD（89H）GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0←定时器/计数器T1→←定时器/计数器T0→5.1.3

定时器/计数器的控制TMOD中各位的含义如下：①M1、M0—工作方式选择位定时器/计数器有4种工作方式，由M1M0进行设置，如下表所示。M1M0方式说明00方式013位定时器/计数器01方式116位定时器/计数器10方式2自动重新装载的8位定时器/计数器11方式3T0分成两个8位计数器，T1停止计数5.1.3

定时器/计数器的控制②C/T—定时/计数模式选择位C/T=0，设置为定时模式，对内部机器周期进行计数。C/T=1，设置为计数模式，对来自T0、T1引脚的外部脉冲信号进行计数。③GATE—门控位GATE=0时，只要用软件使TCON中的运行控制位TRx为1，就可以启动Tx。GATE=1时，要用软件使运行控制位TRx为1，同时或引脚要为高电平时，才可以启动Tx。注意：TMOD不能进行位寻址。5.1.3

定时器/计数器的控制2．中断请求标志寄存器TCON（88H）TCON的高4位用于控制定时器/计数器的启动、停止和中断申请。格式如下所示：

D7D6D5D4D3D2D1D0（88H）8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88HTCONTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0TFx：Tx溢出标志位。响应中断后TFx由硬件自动清0。TRx：Tx运行控制位。置1时开始工作；清0时停止工作。TRx要由软件置1或清0（即启动与停止要由软件控制）。5.1.3

定时器/计数器的控制T0有方式0、1、2、3；T1有方式0、1、2。以T0为例说明。5.2.1方式0（13位计数器）方式0是为兼容MCS-48而设的，在实际应用中几乎不再使用。5.2

定时器/计数器的工作方式5.2.2方式1（16位计数器）5.2

定时器/计数器的工作方式门控位作用当GATE=0时仅由TR0控制与门的开启。与门输出1时，控制开关接通，计数开始；当GATE=1时与门的开启由INT0和TR0共同控制。这种方式可以用来测量INT0引脚上正脉冲的宽度。

5.2

定时器/计数器的工作方式5.2.3方式2（8位自动重装初值计数器）方式2省去了重装初值的时间，可以实现精确的定时，常用于产生串行通信中的波特率。5.2

定时器/计数器的工作方式5.2.4方式3（仅T0有此方式，T1的方式3将停止计数）TL0进行8位定时/计数

TH0进行8位定时（借用T1的TR1、TF1）

T0处于方式3时，T1可定为方式0、方式1和方式2，用来作为串行口的波特率发生器，或不需要中断的场合。5.2

定时器/计数器的工作方式5.3.1定时器/计数器初值计算和初始化1.计数初值的计算假设当前工作方式下的最大计数值用M表示，则各种工作方式的最大计数值如下：方式0，M=213=8192；方式1，M=216=65536；方式2，M=28=256；方式3，M=28=256。5.3

定时器/计数器的应用假设用X表示计数初值，N表示能产生溢出的计数值计数模式下，计数值与计数初值之间的关系如下：

X=M-N定时模式，计数值N乘以机器周期Tcy等于定时时间t，即：

t=N×Tcy=（M-X）×Tcy由此式可以得到计数初值X的表达式如下所示：

X=M-t/Tcy

其中Tcy=12/fosc。

5.3.1定时器/计数器初值计算和初始化【例5-1】假设定时时间为5ms，单片机主频为6MHz，使用T0，求方式1的计数初值。解：Tcy=12/（6MHz）=2μs X=M-t/Tcy=M-5ms/（2μs）=M-2500对于方式1，X=216-2500=63036=0F63CH，其中低8位3CH要送入TL0，高8位F6H要送入TH0。5.3.1定时器/计数器初值计算和初始化2.定时器/计数器的初始化初始化的步骤如下：（1）对TMOD赋值，以设定T0和T1的工作模式和工作方式；（2）计算计数初值，并送入TH0、TL0、TH1、TH1；（3）给IE和IP赋值，以开放相应中断和设置中断优先级；（4）设置TR0、TR1，以启动或禁止T0、T1的运行。5.3.1定时器/计数器初值计算和初始化【例5-2】假设T0为定时模式，按方式2工作，TH0、TL0的初值均为0FH，且允许T0中断，请对该定时器进行初始化。TMOD=0x02; //T0为定时器方式2TL0=0x0f; //置计数初值TH0=0x0f;EA=1; //CPU开中断ET0=1; //允许T0中断TR0=1; //启动T0工作参考程序5.3.1

定时器/计数器初值计算和初始化【例5-3】在某工厂的一条自动饮料生产线上，每生产12瓶饮料，就需要发出一个包装控制信号自动执行装箱操作。试编写程序完成这一计数任务，假设用T0完成计数，用P1.0发出控制信号，如下图所示。5.3.2

计数应用分析（1）选择工作方式

因为计数值为12，所以选用T0的工作方式2来完成此任务。

假设此时T1不工作，则方式控制字为TMOD=06H。（2）求计数初值XX=256-12=244=F4H

因此，TL0和TH0的初值都为F4H。5.3.2

计数应用参考程序1（采用中断方式）#include<reg51.h>#include<intrins.h>sbit P1_0=P1^0void main(){ TMOD=0x06; TH0=0xf4; TL0=0xf4; EA=1; ET0=1; TR0=1; P1_0=0; while(1); }void counter0()interrupt1{ P1_0=1; _nop_(); _nop_(); P1_0=0; }5.3.2

计数应用参考程序2（采用查询方式）void main() { TMOD=0x06; TH0=0xf4; TL0=0xf4; TR0=1; P1_0=0; while(1) { while(!TF0); TF0=0; P1_0=1; _nop_(); _nop_(); P1_0=0; }}5.3.2

计数应用【例5-4】利用定时器T1的方式2对外部信号计数，要求每计满100个数将P1.7取反。分析（1）确定方式字

假设此时T0不工作，则T1工作在方式2的控制字为TMOD=60H。（2）计算初值

X=28-100=156=9CH

因此，TL1和TH1的初值都为9CH。5.3.2

计数应用参考程序#include<reg51.h>sbit P1_7=P1^7 ; void main() { TMOD=0x60; TH1=0x9c; TL1=0x9c; EA=1; ET1=1; TR1=1; while(1); }void counter1()interrupt3 //T1的中断服务函数{ P1_7=!P1_7; }5.3.2

计数应用【例5-5】假设系统时钟频率为6MHz，现欲利用定时器T0每隔1ms产生宽度为1个机器周期的正脉冲，并由P1.0送出，如下图所示，请编程实现该功能。5.3.3

定时应用分析（1）选择工作方式

因为Tcy=12/fosc=2μs，由定时器各种工作方式的特性，可计算出：

方式0最长可定时16.384ms；方式1最长可定时131.072ms；方式2、3最长可定时512

s。

本题中定时时间t=1ms，选则T0的工作方式1来完成此任务。假设此时T1不工作，则方式控制字为TMOD=01H。（2）计算初值X X=216-1000μs/2μs=65536-500=65036=FE0CH

因此T0的初值为TH0=0FEH，TL0=0CH。5.3.3

定时应用参考程序1（采用中断工作方式）#include<reg51.h>sbit P1_0=P1^0; void main() { TMOD=0x01; TH0=0xfe; TL0=0x0c; EA=1; ET0=1; TR0=1; P1_0=0; while(1);}void timer0()interrupt1 { P1_0=1; P1_0=0; TH0=0xfe; TL0=0x0c;}5.3.3

定时应用参考程序2（采用查询工作方式）#include<reg51.h> sbit P1_0=P1^0 ; void main() { TMOD=0x01; TH0=0xfe; TL0=0x0c; TR0=1; P1_0=0; while(1) { while(!TF0); TF0=0; P1_0=1; P1_0=0; TH0=0xfe; TL0=0x0c; }}5.3.3

定时应用【例5-6】设时钟频率为12MHz，编程实现用定时器T1产生50Hz的方波，并由P1.7输出此方波。分析（1）选择工作方式

因为Tcy=12/fosc=1μs，所以方式0最长可定时8.912ms；方式1最长可定时65.536ms；方式2、3最长可定时256

s。

因为50Hz方波的周期为20ms，所以本题的定时时间为10ms，所以选择T1的工作方式1来完成此任务。假设此时T0不工作，则方式控制字为TMOD=10H。（2）计算初值XX=216-10000μs/1μs=65536-10000=55536=D8F0H

因此T1的初值为TH1=0D8H，TL1=0F0H。5.3.3

定时应用参考程序

#include<reg51.h> sbit P1_7=P1^7; void main() { TMOD=0x10; TH1=0xd8; TL1=0xf0; EA=1; ET1=1; TR1=1; while(1); }void counter1()interrupt3 { P1_7=!P1_7; TH1=0xd8; TL1=0xf0;}5.3.3

定时应用【例5-7】89C51的P2口接了8个发光二极管，要求通过定时器1实现8个发光二极管每隔1s从右向左依次循环点亮。假设系统时钟频率为12MHz。电路如下图所示。5.3.3

定时应用分析①选择工作方式本题定时时间较长，超出方式0～3的最长定时范围，所以不能直接采用方式0～3实现该定时功能。我们可以将这1s定时时间分成若干份，每份定时时间在所选工作方式的定时范围内，然后用软件进行计数来实现该功能。

本题选择T1的工作方式1，每隔50ms中断一次，中断20次为1s。假设此时T0不工作，则方式控制字为TMOD=10H。

②计算计数初值

X=216-50000/1=15536=3CB0H

因此：TH1=3CH，TL1=B0H。③20次计数的实现

采用循环程序的方法实现中断20次计数。5.3.3

定时应用参考程序#include<reg51.h>#include<intrins.h> #defineucharunsignedcharuchar num; void main() { TMOD=0x10; TH1=0x3c; TL1=0xb0; EA=1; ET1=1; TR1=1; num=0; P2=0xfe; while(1); }void timer1()interrupt3{ num++; if(num==20)

{ num=0; P2=_crol_(P2,1); } TH1=0x3c; TL1=0xb0;}5.3.3

定时应用【例5-8】利用T0确定INT0引脚出现的正脉冲的宽度，并将测量结果（以机器周期的形式）存放在30H和31H两个单元中。分析

要想测量INT0引脚出现的正脉冲的宽度，首先要设T0为方式1的定时模式，TR0置1，门控位GATE置1，初值取0。这样当INT0引脚变为高电平时采用外触发方式启动T0定时，即对机器周期计数；当外部INT0引脚变为低电平时停止T0定时，这时TH0和TL0中的值就是INT0引脚为高电平期间的所经过机器周期数。处理过程如下图所示。5.3.4

门控位的应用参考程序

#include<reg51.h> #define

ucharunsignedchardata

ucharTL_at_0x30;data

ucharTH_at_0x31;sbit P3_2=P3^2; void main() { TMOD=0x09; TH