《单片机应用技术项目教程》-第4章

学习情境导航知识目标1.专用寄存器TMOD,TCON,TH1,TL1,TH0,TL0的功能2.定时计数器的4种工作方式3.定时时间的计算4.多次溢出的处理万法5.定时计数器的计数方式与定时方式6.音乐产生原理7.定时中断处理下一页返回学习情境导航能力目标1.根据需要选择定时计数器的工作方式2.根据需要设置TMOD3.根据需要计算计数器初值4.掌握定时计数器产生不同频率脉冲的万法5.了解定时初值与音阶声调的关系6.完成查表装入计数器初值的程序设计7.双计数器综合处理使用的程序设计8.编写查询溢出处理方式程序9.编写中断溢出处理方式程序下一页返回上一页学习情境导航重点、难点1.TMOD的设置2.计数初值的计算3.中断处理方式4.双计数器的处理5.声调与脉冲频率及初值的对应关系返回上一页4.1LED闪烁控制

一、任务目标

(1)掌握定时器/计数器编程控制方法。

(2)掌握定时器/计数器的查询方式编程设计要点。

(3)掌握定时器/计数器的中断方式编程设计要点。二、任务要求通过P1.1口线控制外接LED发光一极竹亮1s、灭1s，循环闪烁。三、知识链接在单片机控制应用中定时和计数的需求很多，为此在单片机中都有定时器/计数器。80C51中有两个16位定时器/计数器，分别为定时器/计数器0和定时器/计数器1。由于定时器使用的机会多一些，所以常把定时器/计数器简称为定时器(T)。为此，这两个定时器/计数器分别下一页返回4.1LED闪烁控制简称为定时器0(T0)和定时器1(T1)。

80C51的两个定时器/计数器都是16位加法计数结构。由于在80C51中只能使用8位字节寄存器，所以把两个16位定时器分解为4个8位定时器，依次为TL0，TL1,TH0和TH1，对应地址为8AH，8BH，8CH和8DH。它们均属于专用寄存器。

(一)计数功能和定时功能介绍计数器的计数功能是对外部事件进行的。外部事件以脉冲形式输入，作为计数器的计数脉冲。为此芯片上有T0(P3.4)和T1(P3.5)两个引脚，用于为这两个计数器输入计数脉冲。计数脉冲是负跳变有效，供计数器进行加法计数。使用计数功能时，单片机在每个机器周期的S5P2拍节对计数脉冲下一页返回上一页4.1LED闪烁控制输入引脚进行采样。如果前一机器周期采样为高电平，后一机器周期采样为低电平，即为一个计数脉冲，在下一机器周期的S3P1进行计数。由于采样计数脉冲需要占用2个机器周期，所以计数脉冲的频率不能高于振荡脉冲频率的1/24。定时功能也是通过计数器的计数来实现的，不过此时的计数脉冲来自单片机芯片内部，每个机器周期有一个计数脉冲，即每个机器周期计数器加1。由于一个机器周期等于12个振荡脉冲周期。因此，计数频率为振荡频率的1/12。如果单片机采用12MHz品振，则计数频率为1MHz即每微秒计数器加1。这样，在使用定时器时既可以根据计数值计算出定时间，也可以通过定时时间的要求算出计数器的预置值。下一页返回上一页4.1LED闪烁控制(二)用于定时器/计数器控制的寄存器在80C51中，与定时器/计数器应用有关的控制寄存器共有3个，分别是定时器控制寄存器、工作方式控制寄存器和中断允许控制寄存器。

1.定时器工作方式控制寄存器(TMOD)TMOD寄存器用于设定定时器/计数器的工作方式。寄存器地址为89H，但它没有位地址，不能进行位寻址，只能用字节传送指令设置其内容。该寄存器位定义表示如下。下一页返回上一页4.1LED闪烁控制它的低半字节对应T0,高半字节对应T1，前后半字节的位格式完全对应，位定义如下。GATE——门控位。GATE=0，以运行控制位TR启动定时器;GATE=1，以外中断清求信号(INT1或INT0)启动定时器，这可以用于外部脉冲宽度测量。C/T——定时方式或计数方式选择位。C/T=0,定时工作方式;C/T=1，计数工作方式。M1M0——工作方式选择位。M1M0=00，工作方式0;M1M0=01，工作方式1;M1M0=10,工作方式2;M1M0=11，工作方式3。定时器T1与T0的工作方式选择分别见表4-1和表4-2。下一页返回上一页4.1LED闪烁控制2.定时器控制寄存器(TCON)TCON寄存器地址为88H，位地址为8FH-88H，该寄存器位定义及位符号如下。定时器控制寄存器中，与定时器计数器有关的控制位共有4位，即TF1,TR1,TF0和TR0。TR0和TR1——运行控制位。TR0(TR1)=0，停止定时器/计数器工作;TR0(TR1)=1,启动定时器/计数器工作。控制计数启停只需用软件方法使其置1或清0即可。下一页返回上一页4.1LED闪烁控制TF0和ITF1——计数溢出标志位。当计数器产生计数溢出时，相应溢出标志位由硬件置1。计数溢出标志用于表示定时/计数是否完成，因此，它是供查询的状态位。当采用查询方法时，溢出标志位被查询，并在后续处理程序中应以软件方法及时将其清0。而当采用中断方法时，溢出标志位不但能自动产生中断请求，而目连清0操作也能在转向中断服务程序时由硬件自动进行。为了说明方式字的应用，举例如下:设定时器T0为定时工作方式，要求软件启动按照方式1工作，定时器T1为计数方式，要求软件启动按照方式0工作。根据TMOD寄存器各位的作用，可知方式字如下。下一页返回上一页4.1LED闪烁控制

由于TMOD不能位寻址，因此指令格式为“MOVTMOD，#41H”。对于TCON，由于TCON可以位淤址，因此如果只清溢出或启动定时器工作可以利用位操作指令。例如执行以下3条指令中千口可一条，都可以清定时器T0的溢出。CLTTF0CLT8DHCLTTCON.5执行以下3条指令中任何一条都可以启动定时器T1的计数。SETBTR1SETB8EHSFTBTCON.6下一页返回上一页4.1LED闪烁控制(三)定时器工作方式080C51的两个定时器/计数器都有4种工作方式，即工作方式0-3。电路逻辑结构不同，工作方式下定时器/计数器的逻辑结构有所不同。计数结构，计数器由TH0的全部8位和TL0的低5位构成，TL0的高3时器/计数器0的工作方式0的逻辑结构。在工作方式0下，计数脉冲既可以来自芯片内部，也可以来自外部。工作方式0是13位不用。图4-1是定时器内部的是机器周下一页返回上一页4.1LED闪烁控制期脉冲，图4-1中OSC是英文Oscillator(振荡器)的缩写，表示芯片的品振脉冲，经12分频后，即为单片机的机器周期脉冲。来自外部的计数脉冲由T0(P3.4)引脚输入，计数脉冲由控制寄存器TMOD的C/T位进行控制。当C/T=0时，接通机器周期脉冲，计数器每个机器周期进行一次加1，这就是定时器工作方式;当C/T=1时，接通外部计数引脚T0(P3.4)，从T0引入计数脉冲输入，这就是计数工作方式。不管是哪种工作方式，当TL0的低5位计数溢出时，向TH0进位;而全部13位计数溢出时，向计数溢出标志位TF0进位，将其置1。控制定时器/计数器的启停控制有两种方法:一种是纯软件方法，另一种是软件和硬件相结合的方法。两种方法由门控位(GATE)的状态进行选择。下一页返回上一页4.1LED闪烁控制

当GATE=0时，为纯软件启停控制。GATE信号反相为高电平，经“或”门后，打开了“与”门，这样TR0的状态就可以控制计数脉冲的通断，而TR0位的状态又是通过指令设置的，所以称为软件方式。当把TR0设置为1，控制开关接通，计数器开始计数，即定时器/计数器工作;当把TR0清0时，开关断开，计数器停止计数。当GATE=1时，为软件和硬件相结合的启停控制方式。这时计数脉冲的接通与断开决定于TR0和INT0的“与”关系，而INT0(P3.2)是引脚P3.2引入的控制信号。由于P3.2引脚信号可控制计数器的启停，所以可利用80C51的定时器/计数器进行外部脉冲信号宽度的测量。定时和计数范围使用工作方式。的计数功能时，计数值的范围是1-8192(213)。使用工作方式0的定时功能时，定时时间的计算公式如下。下一页返回上一页4.1LED闪烁控制(213—计数初值)×品振周期×12

或(213—计数初值)×机器周期其时间单位与品振周期或机器周期的时间单位相同，为}s。若品振频率为6MHz，则最小定时时间计算如下。

[213—(213—1)]×1/6MHz×10-6

×12=2×10-6=2µs最大定时时间如下。

[213—0)×1/6MHz×106

×12=16384×10-6=16384µs经验提小:采用方式0时计算和装入计数器初值时比较麻烦，而目容易出错，因此一般情况下尽量避免采用此工作方式。下一页返回上一页4.1LED闪烁控制

定时器工作方式1是16位计数结构的工作方式，计数器由TH0的全部8位和TL0的全部8位构成。它的逻辑电路和工作情况与方式0完全相同，所不同的是计数器的位数。使用工作方式1的计数功能时，计数值的范围是1-65536。使用工作方式1的定时功能时，定时时间计算公式如下。

(216—计数初值)×品振周期×12或(216—计数初值)×机器周期定时时间单位与品振周期或机器周期的时间单位相同，为µs。若品振频率为6MHz，则最小定时时间计算如下。

[216—(216—1)]×1/6MHz×10-6×12=2×10-6=2µs最大定时时间计算如下。(216—0)×1/6MHz×106×12=131072×10-6=131072µs≈131ms下一页返回上一页4.1LED闪烁控制四、任务实施1.跟我做——硬件电路根据任务要求，设计电路如图4-2所示。只击要轮流把P1.1置1和清0，就能使外接的LED发光_极竹亮和灭，完成任务的关键是交替时间保证为1s。2.跟我做——软件分析下面以Fosc=6MHz、机器周期T=2µs,T0,定时方式1为例进行分析。下一页返回上一页4.1LED闪烁控制(1)计算计数器初值:当T=2µs，定时方式1时，定时的范围是1-65536T(13107µs)。显然，计数溢出一次的最大定时时间小于1s，因此击要计数溢出多次才能得到1s的定时时间。为方便计算计数器初值，可以设定溢出一次的定时时间为100000µs(即t=0.1s，连续溢出10次，总的定时时间就是1s。此时的计数器初值由:216-x=t/T，得x=216-t/T65536-100000/2=15536=3CB0H(2)定时器初始化:初始化涉及两个方面:一是设置TMOD，本例中TMOD=00000001B=01H;二是装入计数初值，本例中TH0=3CH，TL0=B0H。

(3)编写程序流程图:根据以上分析，可以编写出查询方式的程序流程图如图4-3所示，中断方式的程序流程图如图4-4所示。下一页返回上一页4.1LED闪烁控制(4)完整程序设计:根据图4-3,可以编写出查询方式的汇编程序如下。下一页返回上一页4.1LED闪烁控制根据图4-4，可以编写出中断方式的汇编程序如下。下一页返回上一页4.1LED闪烁控制下一页返回上一页4.1LED闪烁控制3.跟我做——搭接电路在Proteus软件中按照图4-2搭接好电路，元件列表见表4-3。4.跟我做——编写程序在伟福软件中编辑程序，进行编译，得到.HEX格式文件。5.跟我做——文件下载将所得的.HEX格式文件在Proteus中加载到单片机芯片中。6.跟我做——仿真、硬件联调在Proteus中仿真，观察仿真结果;Proteus中结果正常后，用实际硬件搭接并调试电路，通过编程器将.HEX格式文件下载到AT89C51中，通电验证实训结果。返回上一页4.2BCD码显示60s计数器

一、任务目标

(1)理解工作方式2初值自动重装对准确定时的影响。

(2)掌握多次定时计数溢出的编程要点。

(3)掌握BCD加法计数器编程要点。

(4)掌握BCD码送显程序设计。二、任务要求用定时器T0工作方式2产生标准秒信号，并实现“00,01,…，59,00,…”计数，将计数结果通过P1,P2口外接的BCD数码竹显示。三、知识链接工作方式0和工作方式1有一个共同特点，就是计数溢出后计数器全为0，因此，循环定时应用时就需要反复设置计数初值。这不但下一页返回4.2BCD码显示60s计数器影响定时精度，而目也给程序设计带来麻烦。工作方式2就是针对此问题而设置的，它具有自动重新加载计数初值的功能，免去了反复设置计数初值的麻烦。所以工作方式2也称为自动重新加载工作方式。在工作方式2下，16位计数器被分为两部分，TL作为计数器使用，TH作为预置寄存器使用，初始化时把计数初值分别装入TL和TH中。当计数溢出后，由预置寄存器TH以硬件方法自动给计数器TL重新加载。变软件加载为硬件加载。图4-5是T0在工作方式2下的逻辑结构。初始化时，8位计数初值同时装入TL0和TH0中。当TL0计数溢出时，置位TF0，并用保存在预置寄存器TH0中的计数初值自动加载TL0，然后开始重新计数。如此重复不但省去了用户程序中的重下一页返回上一页4.2BCD码显示60s计数器装指令，而目也有利于提高定时精度。但这种工作方式是8位计数结构，计数值有限，最大只能到255。这种自动重新加载工作方式适用于循环定时或循环计数应用。例如，用于产生固定脉宽的脉冲，此外还可以作为串行数据通信的波特率发送器使用。采用工作方式2时，计数器的计数值为。

N=256–x

计数范围为1-256，定时器的定时值为

t=N×T=(256–x)T式中，T为机器周期;x为初值。

下一页返回上一页4.2BCD码显示60s计数器如果晶体振荡器频率式Fosc=12MHz，则T=1µs，定时范围为1-256µs;若晶体振荡器频率Fosc=6MHz，则T=2µs，定时范围为1-512µs。四、任务实施跟我做——硬件电路硬件电路图如图4-6所示，与P3.0连接的发光一极竹用于模拟秒闪信号，与P2口连接的BCD数码竹显示个位，与P1口连接的BCD数码竹显示十位，BCD数码竹为共阴极。2.跟我做——程序分析(1)秒信号发生器设计:本任务中要求精确定时，因此必须采用定时方式2实现。假设系统振荡频率为6MHz，以T0为例。下一页返回上一页4.2BCD码显示60s计数器

首先设置方式字:TMOD=00000010B

计算计数初值:由于工作方式2的最大定时为512µs，要产生1s的定时用1次溢出肯定是不够的，因此需要多次溢出才能实现1s的定时。

80C51单片机的数据是没有小数的，因此必须使用整数来表示计数次数和溢出次数。若N代表溢出次数，X代表计数初值，T代表系统的机器周期，则有

(256－X)×T×N=t式中，T=2µs，t=1s。取X=6，则N=2000，溢出次数为2000超过了255，因此要用至少两个计数器作为溢出次数计数器。则有

N=n1×n2下一页返回上一页4.2BCD码显示60s计数器式中，n1和n2必须为小于255的整数，可以取下列各组值。

n1=50,

n2=40n1=100,n2=20n1=200,n2=10n1=250,n2=8

由于任务中要求有一个秒闪信号，因此采用3个计数器作为溢出次数计数器，即

N=n1

×n2

×n3=2×20×50

根据以上分析可以得到查询方式下1s信号发生器的程序流程图，如图4-7所示。

下一页返回上一页4.2BCD码显示60s计数器(2)六十进制BCD码加法计数器设计:任务中要求使用BCD码加法，因此虽然是加1，但是绝对不能使用“INC”指令，必须使用“ADD”“DAA”指令才能完成BCD码的加1计数。当加到60时必须清零，读者可以想一想:为什么不在计数器加到59的时候清零?

编写六十进制BCD码加法计数器程序流程图，如图4-8所示。

C3)BCD码计数结果。数码竹显示译码:数码竹有共阴极与共阳极之分，1位BCD数显示译码见表4-4。根据共阴极显示译码表，可以试着推导出共阳极译码显示表。下一页返回上一页4.2BCD码显示60s计数器

在编写指令实现数码竹显示时可以采用查表的方法。计数结果以压缩BCD码的形式存放在30H单元中，显示的时候必须将压缩的BCD码拆开，并A转换成BCD显示段码，才能按照低位在前高位在后的顺序依次通过P2口和P1口。BCD码转换为显示段码可以采用查表的方法实现。因此可以得到显示程序流程图，如图4-9所示。

3.跟我做——程序编写根据上述的流程图，可以编写出查询方式的完整程序如下。下一页返回上一页4.2BCD码显示60s计数器下一页返回上一页4.2BCD码显示60s计数器4.跟我做——软硬件联调

(1)在Proteus软件中按图4-6搭接好电路，本任务中所用元件见表4-5。

(2)在伟福软件中编辑程序，进行编译，得到.HEX格式文件。

(3)将所得的.HEX格式文件在Proteus中加载到单片机芯片中。

(4)运行仿真，观察仿真结果。

(5)在Proteus中运行正常后，用实际硬件搭接并调试电路，通过编程器将.HEX格式文件下载到AT89C51中，通电验证实训结果。返回上一页4.3外部脉冲计数器

一、任务目标

(1)掌握定时计数器对外加计数脉冲计数的硬件设计方法。

(2)掌握定时计数器计数状态的指令设计方法。

(3)掌握流水月‘闪烁程序设计方法。二、任务要求编写程序，实现按键闭合4次，与P1口连接的LED发光一极竹闪烁10次。三、知识链接当C/T=0时，定时计数器工作在定时方式。此时，定时计数器的计数脉冲来自于系统振荡频率的12分频。只要系统的振荡频率确定，定时计数器的计数脉冲频率也就确定了，因此计数一次的时间也就保持不变。这正是定时的由来。下一页返回4.3外部脉冲计数器

实际上，定时计数器的计数脉冲可以来自于系统的外部，此时由于计数脉冲是不确定的，因此把这种工作方式称为计数工作方式。将TMOD寄存器的C/T位设置为1,定时计数器即工作在计数工作方式。此时，T0通过引脚T0(P3.4)对外部信号计数，T1通过引脚Tl1(P3.5)对外部信号计数，外部脉冲的下降沿将触发计数。值得注意的是，由于检测到一个由1到0的跳变需要2个机器周期，因此外部信号的最高计数频率为系统振荡频率的1/24。例如，如果系统采用6MHz的振荡频率，则最高的外部计数频率为0.25MHz。四、任务实施

1.跟我做——硬件电路分析硬件电路如图4-10所示。下一页返回上一页4.3外部脉冲计数器2.跟我做一一程序分析根据硬件电路，采用T0计数方式，按键闭合4次将会有4个下降沿输入到系统中，计数4次溢出后，P1口所接LED闪烁10次即可完成任务。定时计数器初始化;采用T0方式2计数方式:TMOD=00000110B;计数次数为4，计数初值：X=256-4=252。根据分析，可以得到以下查询方式程序流程图，如图4-11所示。

3.跟我做——程序编写根据图4-10的流程图可以编写如下程序。下一页返回上一页4.3外部脉冲计数器下一页返回上一页4.3外部脉冲计数器下一页返回上一页4.3外部脉冲计数器4.跟我做——软硬件联调

(1)在Proteus软件中按图4-10搭接好电路，本任务中所用元件见表4-6。

(2)在伟福软件中编辑程序，进行编译，得到.HEX格式文件。

(3)将所得的.HEX格式文件在Proteus中加载到单片机芯片中。

(4)运行仿真，观察仿真结果。

(5)在Proteus中运行正常后，用实际硬件搭接并调试电路，通过编程器将.HEX格式文件下载到AT89C51中，通电验证实训结果。返回上一页4.4单音阶发生器一、任务目标(1)掌握单音阶音符的频率与定时初值的对应关系。(2)理解定时计数器的广泛应用。(3)掌握Proteus软件仿真音频信号产生方法。二、任务要求应用定时计数器编程实现扬声器轮流鸣放单音符“1-2-3-4-5-6-7-1-…”，每个音符鸣放1s。三、知识链接音阶产生方法:一首音乐是由许多不同的音阶组成的，而每个音阶对应着不同的频率，这样就可以利用不同的频率的组合构成想要的音乐。可以利用单片机的定时计数器T0来产生不同的频率。因此，下一页返回4.3外部脉冲计数器只要把一首歌曲的音阶对应频率关系弄清楚即可。现在以单片机12MHz晶振为例，列出高中低音符与16位定时计数器的初值关系，如表4-7。四、任务实施跟我做——硬件电路电路如图4-12所示。

2.跟我做_程序分析

(1)T0/T1功能划分:根据任务要求，可以将T0设置为定时方式2，作秒信号定时器;T1设置为定时方式1，作音阶发生器，因此TMOD=00010010B。

下一页返回上一页4.3外部脉冲计数器2)计数器初值:T0作秒信号定时器，每次溢出的定时时间是恒定的，因此其计数初值不变，系统振荡频率为12MHz，因此设置初值TH0=TL0=06H，溢出次数N=20X200，采用中断方式。

T1作为音符发生器，其计数初值与产生音符有关。根据任务要求，为“中1—中2—…—中7-高1”共8个音符，其对应的计数初值见表4-8。根据表4