嵌入式系统原理与设计 课件 第八讲 计数器

1单片机与嵌入式系统第八讲本次课主要内容第二章单片机原理（六）2单片机定时/计数器及其应用！单片机原理（六）1.本次课的目标2.单片机定时器/计数器的结构3.定时器的控制4.定时器的四种模式及应用5.定时器初始化过程6.综合实验7.小结31.本次课的目标熟悉单片机定时/计数器的基本概念、基本结构、四种工作模式；熟练掌握其应用；4单片机原理（三）1.本次课的目标2.单片机定时器/计数器的结构3.定时器的控制4.定时器的四种模式及应用5.定时器初始化过程6.综合实验7.小结52.单片机定时器/计数器的结构数字电路中的计数器6时钟来自哪里？溢出之后怎么办？单片机定时器/计数器的结构7核心是16位的加1计数器。T0由TH0和TL0构成。T1由TH1和TL1构成。定时器由特殊功能寄存器TMOD和TCON所控制！定时器可产生中断！计数器可对外部输入脉冲计数！定时器/计数器结构的核心是一个16位的加1计数器。定时器/计数器T0（Timer0）由TH0（TimerHigh0）和TL0（TimerLow0）构成。定时器/计数器T1由TH1和TL1构成。89问题：假设TL0为8位，T0与TH0和TL0有什么样的关系？10T0=TH0×256+TL0TH0=T0/256TL0=T0%256问题：假设TL0为5位，T0与TH0和TL0有什么样的关系？11T0=TH0×32+TL0TH0=T0/32TL0=T0%32单片机的定时器/计数器具有两种功能：定时：计算机器周期的个数，对初始值进行累加，溢出时产生中断。计数：计算外部输入脉冲的个数，对初始值进行累加，溢出时产生中断。12由特殊功能寄存器TMOD（TimerMode）和TCON（TimerControl）所控制。定时器工作不占用CPU时间，除非定时器/计数器溢出，才能中断CPU的当前操作。1314TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0

TCON（88H）8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88H高四位对定时器控制低四位涉及外部中断定时工作方式定时器计数89C51片内振荡器输出经12分频后的脉冲，即在初始值基础上每个机器周期使定时器（T0或T1）的数值加1直至计满溢出。15问题：当89C51采用12MHz晶振时，计数频率为多少？16答案：一个机器周期为1μs，计数频率为1MHz。计数工作方式通过引脚T0（P3.4）和T1（P3.5）对外部脉冲信号计数。当输入脉冲信号产生由1至0的下降沿时计数器的值加1。为了确保某个电平在变化之前被采样一次，要求电平保持时间至少是一个完整的机器周期。17问题：计数器对外部脉冲计数时，最高计数频率与振荡频率有什么关系？18答案：CPU检测一个1至0的跳变需要两个机器周期，故最高计数频率为振荡频率的1/24。问题：当89C51采用12MHz晶振时，所能计数的外部管脚输入频率最大为多少？19答案：最高计数频率为振荡频率的1/24，因此所能计数的最大外部管脚输入频率为500KHz。回忆：外中断源的扩展方法利用定时器/计数器扩充外中断源用中断和查询结合法扩充外中断源20思考：如何利用计数器进行外部中断扩展？由于计数器溢出时会产生中断，因此，可以让计数器初始值为“溢出值-1”，当外部来一个脉冲时，就可以触发中断，进而将2个计数器中断扩展为2个外部中断。21单片机原理（三）1.本次课的目标2.单片机定时器/计数器的结构3.定时器的控制4.定时器的四种模式及应用5.定时器初始化过程6.综合实验7.小结223.定时器的控制3.1工作模式寄存器TMOD（TimerMode）3.2控制器寄存器TCON（TimerControl）2324定时器T1定时器T0TMOD（89H）GATEC/TM1M0GATEC/TM1M03.1工作模式寄存器TMODTMOD用于控制T0和T1的工作模式。特别注意：TMOD不能位寻址，只能用字节设置定时器的工作模式，低半字节设置T0，高半字节设置T1。89C51系统复位时，TMOD所有位被清0。2526定时器T1定时器T0TMOD（89H）D7D6D5D4D3D2D1D0GATEC/TM1M0GATEC/TM1M027M1和M0—操作模式控制位。两位可形成四种编码，对应于四种模式。28TMOD（89H）D7D6D5D4D3D2D1D0GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0C/T(Counter/Timer)—计数器/定时器方式选择位。C/T=0，设置为定时方式。定时器计数89C51片内脉冲，即对机器周期计数。C/T=1，设置为计数方式。计数器的输入来自引脚T0（P3.4）或T1（P3.5）端的外部脉冲。29TMOD（89H）D7D6D5D4D3D2D1D0GATEC/TM1M0GATEC/TM1M030GATE（ORgateenablebitwhichcontrolRUN/STOPoftimer）—门控位。GATE=0，只要用软件使TR0（或TR1）置1就可以启动定时器，而不管INT0（或INT1）的电平是高还是低。GATE=1，只有INT0（或INT1）引脚为高电平且由软件使TR0（或TR1）置1时，才能启动定时器工作。31TMOD（89H）D7D6D5D4D3D2D1D0GATEC/TM1M0GATEC/TM1M032问题：TMOD=0x01;是什么含义？33答案：T1工作于定时器、不受INT1控制，工作在模式0。T0工作于定时器、不受INT0控制，工作在模式1。3.2控制器寄存器TCONTCON除可字节寻址外，还可位寻址。89C51系统复位时，TCON的所有位被清0。34TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0TCON（88H）8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88H35TF1（Timer1Overflowflag)—T1溢出标志位。当T1溢出时，由硬件自动使中断触发器TF1置1，并向CPU申请中断。当CPU响应中断进入中断服务程序后，TF1被硬件自动清0。TF1也可以用软件清0。36TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0TCON（88H）8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88H37TF0（Timer0Overflowflag)—T0溢出标志位。其功能和操作情况同TF1。38TR1(Timer1runcontrolbit)—T1运行控制位可通过软件置1（TR1=1）或清0（TR1=0）来启动或关闭T1工作。在程序中用指令“TR1=1”使TR1位置1，定时器T1便开始计数。用“TR1=0”使TR1清0，定时器停止工作。TR0(Timer0Overflowflag)—T0运行控制位。其功能和操作情况同TR1。39TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0TCON（88H）8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88H40问题：当计数器0溢出时，哪个寄存器状态将会发生变化？41答案：当T0溢出时，由硬件自动使中断触发器TF0置1TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0TCON（88H）8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88H问题：下述语句什么含义？TMOD=0x01;TR0=1;42答案：T1工作于定时器、不受INT1控制，工作在模式0。T0工作于定时器、不受INT0控制，工作在模式1。启动定时器0。单片机原理（三）1.本次课的目标2.单片机定时器/计数器的结构3.定时器的控制4.定时器的四种模式及应用5.定时器初始化过程6.综合实验7.小结434.定时器的四种模式及应用4.1模式0及其应用4.2模式1及其应用4.3模式2及其应用4.4模式3简介444.1模式0及其应用在这种模式下，16位寄存器（TH0和TL0）只用了13位。其中TL0的高3位未用，其余5位为整个13位的低5位，TH0占高8位。当TL0的低5位溢出时，向TH0进位；TH0溢出时，向中断标志TF0进位（硬件置位TF0），并申请中断。45×××TH0TL08位5位问题：模式0所能计数的最大值是多少？213=8192问题：模式0计数到多少时产生溢出中断？213=81924647问题：在具有初值的情况下，计数器模式0在多长时间后溢出？这个问题非常重要！！！T=(8192-初值）×时钟周期×12T=(8192-初值）×机器周期问题：单片机外部接12MHz晶振，定时器采用模式0，则定时器最大定时时间为多少？48答案：

模式0用13位计时，机器周期为1us，213×机器周期=8.192ms。问题：单片机外部接12MHz晶振，定时器采用模式0，如何产生1s的定时？49答案：模式0用13位计时，12MHz时钟时，定时器最大定时时间为8.192ms。直接计时，达不到1s的要求。可产生5ms的定时，再由5ms累计200次产生1s的定时。这个问题非常重要！！！定时器工作于模式0，若要产生5ms的定时，计数初值如何选择？50答案：使用公式：（213–初值）×机器周期=5ms，可以计算出初值为：213-5000/1。这个问题非常重要！！！定时器工作于模式0，定时器初值为：213-5000/1，应如何设置TH0和TL0？51答案： TH0=(8192-5000)/32; TH1=(8192-5000)%32;这个问题非常重要！！！问题：如果使用中断处理T0溢出，应如何初始化中断？52答案：EA=1;ET0=1;或 IE=0x82;EA

ESET1EX1ET0EX0问题：如果使用中断处理T0溢出，应如何定义中断处理函数？53INT0：0T0：1INT1：2T1：3串口：4答案：voidTimer_Interrupt()interrupt1{……}例：用单片机驱动一个发光二极管，闪烁周期为1s，振荡频率为12MHz。54演示：Project1例：用单片机驱动一个发光二极管，闪烁周期为1s，振荡频率为12MHz。分析：发光二极管亮的时间为500ms，然后熄灭500ms，之后周期循环。由于模式0最大定时时间为：213×机器周期=8.192ms，达不到500ms的要求。可以定时产生5ms的中断，再根据此中断累加100次达到500ms。55问题：定时器应工作于什么模式？（TimerorCounter？）Timer问题：定时器是否需要INT0来控制？不需要56Step1：若要产生5ms的定时，计数初值如何选择？使用公式：（213–初值）×机器周期=5ms，可以计算出初值为：213-5000/1.57程序设计#include<AT89X51.h>sbitLED=P0^0;unsignedcharT_Count=0;voidmain(){//设置定时器工作在模式0，且不受INT0控制，工作于Timer状态

TMOD=0x00;//TH0和TL0应如何设置？

TH0=(8192-5000)/32; TL0=(8192-5000)%32;//如何初始化中断？

IE=0x82;//如何启动定时器0？

TR0=1;//接下来干什么？

while(1);}58//如何定义T0中断处理函数？voidTimer_Interrupt()interrupt1{//中断处理函数中应做哪些事情？//定时器初值初始化；5ms累加产生500ms；500msLED状态翻转//定时器初值初始化；

TH0=(8192-5000)/32; TL0=(8192-5000)%32;//5ms累加产生500ms；500msLED状态翻转 if(++T_Count==100) { LED=!LED;

T_Count=0; }}59演示：Project1例：如何使用单片机对外部脉冲计数？6061演示：Project7数码管显示按键按下的次数分析：使用T0，工作于模式0，使用外部计数模式；一个数码管仅显示0~9；62voidmain(){ unsignedchari=0;//初始化定时器0，工作于计数模式、模式0，不受INT0控制 TMOD=0x04;//开始计数

TR0=1; P0=0x00; while(1) { P0=~Disp[i]; //TL0内保存了按键次数，只有一个数码管，需处理一下

i=(TL0)%10; }}63TMOD（89H）D7D6D5D4D3D2D1D0GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0演示：Project7思考：在刚刚的例子基础上，如何利用T0和T1进行外部中断扩展？6465主任务（让D5一直闪烁）INT0中断（让D1闪烁5次）INT1中断（让D2闪烁5次）T0中断（让D3闪烁5次）T1中断（让D4闪烁5次）INT0中断INT1中断T0扩展中断T1扩展中断演示：Project9问题：要实现T0一次外部脉冲就触发中断（产生定时器溢出中断）初始值应为多少？ TH0=(8192-1)/32; TL0=(8192-1)%32;66问题：要实现T0、T1外部中断触发，T0、T1应工作于哪种模式？应工作于计数模式。如何用C语言设置。TMOD=0x4467T0对应的中断处理函数如何定义？voidExternal_Interrupt_t0()interrupt1T0溢出中断处理函数中应执行哪些工作？定时器初始化、LED闪烁控制68INT0：0T0：1INT1：2T1：3串口：4程序应包含几个函数？主函数、4个中断处理函数主程序完成什么功能？中断初始化、定时器初始化、定时器开始、while（1）循环69voidmain(){ //LED初始状态

LED0=1;LED1=1;LED2=1;LED3=1; //T0T1初始化

TMOD=0x44;TH0=(8192-1)/32;TL0=(8192-1)%32; TH1=(8192-1)/32; TL1=(8192-1)%32; //INT0INT1初始化

IT0=1; IT1=1; //初始化中断

EA=1; //打开总中断开关

EX0=1;//打开INT0中断

EX1=1;//打开INT1中断

ET1=1;//打开T1中断

ET0=1;//打开T0中断70//初始化中断优先级

PX0=1; //T0T1开始工作

TR0=1;TR1=1; //主任务

while(1) { LED4=!LED4; DelayX1ms(100); }}71//INT0中断处理函数voidExternal_Interrupt_0()interrupt0{ unsignedint

i; for(i=0;i<10;i++) {

LED0=!LED0; DelayX1ms(200); }}72//INT1中断处理函数voidExternal_Interrupt_1()interrupt2{ unsignedint

i; for(i=0;i<10;i++) {

LED1=!LED1; DelayX1ms(400); }}73//T0中断处理函数voidExternal_Interrupt_t0()interrupt1 //T0{ unsignedint

i;

TH0=(8192-1)/32; TL0=(8192-1)%32; for(i=0;i<10;i++) {

LED2=!LED2; DelayX1ms(300); }}74//T1中断处理函数voidExternal_Interrupt_t1()interrupt3 //T1{ unsignedint

i;

TH1=(8192-1)/32; TL1=(8192-1)%32; for(i=0;i<10;i++) {

LED3=!LED3; DelayX1ms(500); }}754.2模式1及其应用76TH0TL08位8位77问题：在具有初值的情况下，计数器模式1在多长时间后溢出？T=(65536-初值）×时钟周期×12T=(65536-初值）×机器周期问题：单片机外部接12MHz晶振，定时器采用模式1，则定时器最大定时时间为多少？78答案：

模式1用16位计时，机器周期为1us，216×机器周期=65.536ms。例子：流水灯，每隔200ms滚动一次。79演示：Project2分析：模式1最大定时为216×机器周期=65.536ms，无法满足200ms的定时要求，因此同模式0的例子一样，通过另外一个计数器来进行累加。这里我们首先产生40ms的定时，根据公式:(216-初值)×机器周期=40ms可得：初值=216-40000.80#include<AT89X51.h>#include<intrins.h>voidmain(){ unsignedcharT_Count=0; P0=0xFE; P2=0xFE;

TMOD=0x01;

TH0=(65536-40000)/256; TL0=(65536-40000)%256;

TR0=1;

81while(1) { if(TF0==1) { TF0=0; TH0=(65536-40000)/256; TL0=(65536-40000)%256; if(++T_Count==5) { P0=_crol_(P0,1); P2=_crol_(P2,1);

T_Count=0; } } }}82演示：Project2刚刚的代码中，没有使用到中断处理函数，是根据TF0==1来判断T0是否发生了溢出。如何使用中断的方法？83中断模式如下：#include<AT89X51.h>#include<intrins.h>unsignedcharT_Count=0;voidmain(){ P0=0xFE; P2=0xFE; TMOD=0x01; IE=0x82; TH0=(65536-40000)/256; TL0=(65536-40000)%256; TR0=1; while(1); }84voidInterrput_handle()interrupt1{ TH0=(65536-40000)/256; TL0=(65536-40000)%256; if(++T_Count==5) { P0=_crol_(P0,1); P2=_crol_(P2,1);

T_Count=0; }}85演示：Project34.3模式2及其应用TL0计数溢出时，不仅使溢出中断标志位TF0置1，而且还自动把TH0中的内容重新装载到TL0中。TL0用作8位计数器，TH0用以保存初值。86该模式可省去软件中重装常数的语句，并可产生相当精确的定时时间，适合于作串行口波特率发生器。8788问题：单片机外部接12MHz晶振，定时器采用模式2，则定时器最大定时时间为多少？89答案：

模式2用8位计时，机器周期为1us，28×机器周期=256us。例子：流水灯，每隔200ms滚动一次。（模式2来实现）90演示：Project4分析：由于只能8位计数，最大定时时间为28×机器周期=256×1us=256us，可以先用模式3产生200us的中断，再累加1000次达到200ms。91#include<AT89X51.h>#include<intrins.h>unsignedint

T_Count=0;voidmain(){ P0=0xFE; P2=0xFE;

TMOD=0x02;

IE=0x82; TH0=(256-200); TL0=(256-200); TR0=1; while(1); }92voidInterrput_handle()interrupt1{ if(++T_Count==1000) { P0=_crol_(P0,1); P2=_crol_(P2,1);

T_Count=0; }}93演示：Project44.4模式3简介T0设置为模式3，TL0和TH0被分成两个相互独立的8位计数器。TL0：用原T0的各控制位、引脚和中断源，即C/T，GATE，TR0，TF0，T0（P3.4）引脚，INT0（P3.2）引脚。TL0可工作在定时器方式和计数器方式。其功能和操作与模式0、模式1相同（只是8位）。TH0：只可用作简单的内部定时功能。TH0占用了定时器T1的控制位TR1和T1的中断标志TF1，其启动和关闭仅受TR1的控制。9495那么，定时器1怎么办？定时器1将不能产生溢出中断，但可用于其它不需产生中断的场合。如作为波特率发生器或作为定时计数器被软件查询。由于此时T1的TR1归TH0所用，因此T1将自动工作。如果需要停止T1工作，可以将T1设置为模式3。注意：当定时器1设置为工作方式3时，将停止工作。96当系统需要用定时器1来产生波特率而又同时需要两个定时/计数器时，这种工作方式十分有用。97判断下述说法是否正确：在方式3模式下，定时/计数器0可以构成二个定时器正确在方式3模式下，定时/计数器0可以构成一个定时器和一个计数器。正确在方式3模式下，定时/计数器0可以构成二个计数器错误98当T0工作于模式3时，TH0不能用作计数器。正确当T0工作于模式3时，T1工作于模式0~2时，可以使用TR1时T1开始工作。错误当T0工作于模式3时，要使T1停止工作只有将其置于模式3。正确99单片机原理（三）1.本次课的目标2.单片机定时器/计数器的结构3.定时器的控制4.定时器的四种模式及应用5.定时器初始化过程6.综合实验7.小结1005.定时器初始化过程(1)、确定并设定定时器工作模式

TMOD(2)、设置定时/计数器初值

TH0、TL0或TH1、TL1(3)、开启定时器中断

IE：ET0（ET1）和EA101(4)、启动定时器

TCON：TR0(TR1)注：如果采用查询方式控制定时器还需要判断TF0（TF1）102定时器0使用步骤Step1：设置Timer0工作模式103Step2：启动Timer0Step3：Timer0不断累加，直至溢出，TF0置1。然后重新开始累加，依次类推。直至TR0=0停止累加。104单片机原理（三）1.本次课的目标2.单片机定时器/计数器的结构3.定时器的控制4.定时器的四种模式及应用5.定时器初始化过程6.综合实验7.小结105实验一：用定时器0方式1在P1.0上产生周期为2S的方波。晶振频率为12MHz。1、最大定时时间：65536×1

s=65.536ms2、选定定时T=50ms3、

4、TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;6.综合实验演示：Proteus仿真（Project5）#include<reg51.h>sbitP1_0=P1^0;main(){ unsignedchari=20;//T0工作模式为1

TMOD=0x01;//根据计算设定计数器初值 TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256;//启动定时器 TR0=1;程序(查询方式) while(1) {

if(TF0==1)//判断定时溢出标志 { TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; TF0=0;//清除标志位

i=i-1;if(i==0)//判断是否计满20次，即定时1秒{

i=20; P1_0=!P1_0;//将P1.0电平翻转} } }}演示：KeilC仿真（Project5）演示：Proteus仿真（Project5）将上述程序改为中断模式：109#include<reg51.h>sbitP1_0=P1^0;unsignedchari=20;main(){ //初始化中断

IE=0x82; //设定T0工作模式为1 TMOD=0x01; TH0=(65536-50000)/256;

TL0=(65536-50000)%256;

//启动定时器 TR0=1; //接下来干什么？ while(1){}}110//T0溢出中断处理函数如何定义？voidInterrput_handle()interrupt1{ //T0初始化

TH0=(65536-50000)/256;

TL0=(65536-50000)%256;

i=i-1; if(i==0)//判断是否计满20次，即定时1秒

{ i=20; P1_0=!P1_0;//将P1.0电平翻转

}}111演示：KeilC仿真（Project6）实验二：设计制作一个频率计。112演示：Proteus仿真（Project10）基本思路计算1s内脉冲的个数，即为频率按键按下，启动定时器；定时器T1工作于计数模式定时器T0工作于定时模式当计时达到1s时，停止定时器，将T1值显示出来。由50ms扩展得到1s定时113核心代码：初始化部分（中断、定时器初始化）//打开T1、T0中断

IE=0x8A;// T1模式1，计数；T0模式1，定时

TMOD=0x51; TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256;114EAESET1EX1ET0EX0

IE（A8H）AFHAEHADHACHABHAAHA9HA8HTMOD（89H）D7D6D5D4D3D2D1D0GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0主程序：按键按下，开始计时

while(1) { if(P1_0==0) { DdelayX1ms(2); if(P1_0==0) { TR1=1; TR0=1; } } else {for(i=0;i<5;i++) { P2=DSY_BIT[i]; P0=~DSY_CODE[Disp_Buffer[i]]; DdelayX1ms(2); } } }115中断服务程序voidTimer_Interrupt()interrupt1{ unsignedint

Tmp; TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; if(++Count==20) { TR1=TR0=0; Count=0;

Tmp=TH1*256+TL