《单片机应用技术》课件-项目2：定时器与蜂鸣器

蜂鸣器驱动原理与接口电路单片机应用技术导入

蜂鸣器设备状态指示故障报警人机交互反馈“生命至上、安全为先”安防医疗交通目

录02单片机驱动蜂鸣器的基本原理03接口电路设计01蜂鸣器概述与分类01蜂鸣器概述与分类PART01蜂鸣器概述与分类01

内部无振荡源的无源蜂鸣器内部有振荡源的有源蜂鸣器蜂鸣器按照驱动方式分类蜂鸣器概述与分类01

1.有源蜂鸣器有源蜂鸣器内部集成了振荡驱动电路核心是一个多谐振荡器，只要接通合适的直流电源=内部电路就会自动产生固定频率=的振荡信号，驱动内部的压电陶瓷片或电磁线圈发声。蜂鸣器概述与分类01

1.有源蜂鸣器有源蜂鸣器内部集成了振荡驱动电路优点驱动简单，仅需直流电压即可发声，声音频率固定。缺点成本相对较高，且无法通过改变输入信号来控制其音调。用字母“FM”或“BZ”表示，具有正（+）、负（-）极性。蜂鸣器概述与分类01

2.无源蜂鸣器一个微型扬声器，内部主要由压电陶瓷片或电磁线圈构成，没有振荡电路。基于压电效应或电磁效应发声原理必须在外加交变电压驱动下才能发声发声要求取决于外部所加驱动脉冲的频率发声频率通过改变脉冲频率，可以产生“叮咚”、“滴滴”等不同音调甚至简单的旋律。蜂鸣器概述与分类01

2.无源蜂鸣器追求驱动方便选有源蜂鸣器需进行复杂的声音提示选择无源蜂鸣器02单片机驱动蜂鸣器的基本原理PART02单片机驱动蜂鸣器的基本原理02

1.有源蜂鸣器的驱动将蜂鸣器的正极（+）通过一个限流电阻连接到单片机的某个I/O引脚，负极（-）接地。程序控制需要发声：令该I/O引脚输出高电平，蜂鸣器两端获得电压差，内部电路工作而发声；需要静音：令该I/O引脚输出低电平。单片机驱动蜂鸣器的基本原理02

1.有源蜂鸣器的驱动电流考虑工作电流在20-50mA之间。80C51系列单片机单个I/O口的拉电流能力较弱，但灌电流能力较强。采用“低电平驱动”方式：将蜂鸣器正极接VCC（+5V），负极接单片机I/O口。单片机驱动蜂鸣器的基本原理02

1.有源蜂鸣器的驱动I/O口输出低电平，电流从VCC经蜂鸣器流入I/O引脚，此时I/O口作为“电流吸收端”，能力足够。发声时I/O口输出高电平，蜂鸣器两端电势接近，无电流通过。静音时单片机驱动蜂鸣器的基本原理02

2.无源蜂鸣器的驱动需要单片机I/O口产生特定频率的方波脉冲发声原理声音的音高由方波的频率决定。如要发出中音C，则需产生周期T=1/523≈1.91ms的方波。通过编程控制I/O口高低电平的持续时间即可实现。单片机驱动蜂鸣器的基本原理02

2.无源蜂鸣器的驱动需要单片机I/O口产生特定频率的方波脉冲程序控制通常使用定时器/计数器来精确控制方波频率和占空比。使I/O口在定时器中断服务程序中周期性地翻转，即可产生稳定频率的方波信号。通过改变定时器的重载值，就能改变音调。03接口电路设计PART03接口电路设计03

蜂鸣器的正极与晶体管的集电极相连，负极接地。晶体管是否导通取决于基极电位晶体管导通蜂鸣器工作如果基极电位为低电位(0),则晶体管导通；如果基极电位为高电位(1),则晶体管截止。接口电路设计03

蜂鸣器的正极与晶体管的集电极相连，负极接地。晶体管的基极通过4.7kΩ的电阻与51单片机的P1.0引脚连接。可以通过控制P1.0引脚的输出信号来控制晶体管的通断。小结

技术的价值在于其应用，应用的核心在于责任。蜂鸣警报器火灾预警医疗设备超限提示工业设备故障报警小结

电子技术设计驱动电路每一次严谨的计算、每一处冗余的设计、每一轮严格的测试，都是对“生命至上”理念的践行，都是“安全为先”责任的担当。创造价值保障安全服务社会谢谢观看！主讲老师：XXXX定时器/计数器结构、TMOD与TCON单片机应用技术目

录02定时器/计数器编程控制01定时器/计数器结构03定时器/计数器相关寄存器可编程是指可以在程序中选择定时器/计数器的功能(定时/计数)、工作方式、计数值、启动、中断请求等。8051单片机内部有2个16位可编程定时器/计数器，称为定时器0(TO)和定时器1(T1)。01定时器/计数器结构PART01定时器/计数器结构01

定时器/计数器的结构图TO计数器TI计数器工作方式寄存器TMOD控制寄存器TCON定时器/计数器结构01

T0和T1都是独立的16位加法计数器，分别由2个8位寄存器组成TO由THO和TLO构成，T1由TH1和TL1构成，以方便编程设置不同的计数位数。定时器/计数器的结构图定时器/计数器结构01

计数器的位数确定了计数器的最大计数个数M，n位计数器的最大计数个数M=2n。例如16位计数器的最大计数个数M=65536。用于设置定时器的工作方式；TMOD用于控制定时器的启动与停止。TCON02定时器/计数器编程控制PART02定时器/计数器结构02

定时器/计数器的工作原理与编程控制定时器/计数器结构02

1.定时与计数功能选择

定时器/计数器结构02

1.定时与计数功能选择TO或TI用于定时功能时，对内部机器周期脉冲进行计数。因为机器周期是固定值，所以计数值确定时，定时时间也随之确定。计数周期为：T机器周期=1/(12×106/12)μs=lμs。51单片机系统采用12MHz晶振定时器/计数器结构02

1.定时与计数功能选择用于计数功能分别对从芯片引脚TO(P3.4)或T1(P3.5)上输入的脉冲进行计数，外部脉冲的下降沿将触发计数。在每个机器周期的S5P2期间采样引脚输入电平，如果前一个机器周期采样值为1，后一个机器周期采样值为0,则计数器加1。新的计数值是在检测到输入引脚电平发生1到0的负跳变后，于下一个机器周期的S3P1期间装入计数器的。定时器/计数器结构02

1.定时与计数功能选择检测一个由1到0的负跳变需要2个机器周期。最高检测频率为振荡频率的1/24。必须保证输入信号的高电平与低电平的持续时间都在1个机器周期以上。定时器/计数器结构02

2.定时器/计数器启动控制TCON寄存器的TRx(x=0,1)位用于控制定时器/计数器的启动和停止；TMOD寄存器中的门控位GATE，控制是否同时使用外部启动信号，来共同控制定时器/计数器的启动和停止。定时器/计数器结构02

3.定时器/计数器工作方式选择TMOD中的M1M0用来选择定时器/计数器的4种工作方式。除了计数位数不同之外，4种工作方式各有特点。定时器/计数器结构02

4.计数初值TO或T1具有预赋初值功能，特殊功能寄存器THx和TLx(x=0,1)用于存放初值，单片机复位时计数初值为0。定时器/计数器结构02

4.计数初值计数个数为：COUNT=M-T初值计数功能下定时时间为：t定时=(M-T初值)×T机器周期定时功能下定时器/计数器结构02

TCON中的溢出标志位TFx=1(x=0,1)5.溢出处理在程序中可以通过查询这个位状态的方法获取计数器状态，也可以向CPU申请中断，采用中断方式进行计数溢出处理。03定时器/计数器相关寄存器PART03定时器/计数器相关寄存器03

1.工作方式控制寄存器TMOD高4位控制T1，低4位控制T0。工作方式控制寄存器TMOD用于定时器/计数器的功能选择、工作方式设置等，不能位寻址。定时器/计数器相关寄存器03

1.工作方式控制寄存器TMOD定时器/计数器相关寄存器03

1.工作方式控制寄存器TMODM1M0工作方式00方式0，13位计数器01方式1，16位计数器10方式2，8位计数器，初值自动重载11方式3，仅适用于T0，分成2个8位计数器，T1停止计数定时器/计数器相关寄存器03

2.定时器/计数器控制寄存器TCON作用：控制定时器的启动、停止，可以位寻址。TF1和TF0表示计数溢出标志位当计数器计数溢出时，由硬件自动置1。中断允许时，向CPU发出中断请求，进入中断服务程序后，由硬件自动清0。在中断屏蔽时，用查询方式处理计数溢出，此位可供CPU查询，这时只能由软件清0。定时器/计数器相关寄存器03

2.定时器/计数器控制寄存器TCON作用：控制定时器的启动、停止，可以位寻址。TRI和TRO表示计数器运行控制位由软件置1或清0来启动/停止定时器。当GATE=1,且INTI为高电平时，TR1置1启动T1计数；当GATE=0时，TR1置1即可启动T1；TR1=0,停止T1计数。TRO与TR1相同。定时器/计数器相关寄存器03

3.定时器/计数器编程（1）确定计数/定时功能、工作方式等，对TMOD赋值。（2）计算并设置计数初值。计数功能，已知计数个数COUNT,T初值=M-COUNT；定时功能，已知定时时间t定时，T初值=M-t定时/T机器周期。M为最大计数值。初值写入THO、TLO或TH1、TLI。（3）启动定时/计数器，将TRO或TR1置1。（4）计数溢出处理(查询或中断两种方式)。定时器/计数器相关寄存器03

实际应用中，初值计算与溢出处理的准确性直接决定时序控制精度，需结合晶振频率精准核算，避免因参数误差导致功能异常。TMODTMOD区分功能边界，避免寄存器配置混淆，为程序稳定运行提供保障。【以史为鉴：在精准把控中锤炼匠心】

北宋元祐年间（1086-1093年）苏颂天文学家机械学家联合当时的天文官韩公廉等人，汇聚众人智慧创制了举世闻名的“水运仪象台”，这座集天文观测、天象演示、计时报时三大功能于一体的精密机械装置，被誉为世界上最早的机械天文钟之一。【以史为鉴：在精准把控中锤炼匠心】

水运仪象台整体高约12米，分上、中、下三层结构，内部机械传动系统复杂精巧，核心动力源于稳定的水力驱动。底层：报时系统配备击鼓、摇铃、撞钟等自动化报时装置，可根据不同时辰精准触发报时动作，误差极小；中层：天象演示球通过内部齿轮与底层动力系统联动，可同步模拟天体的运行轨迹，将天文现象转化为直观的机械运动；【以史为鉴：在精准把控中锤炼匠心】

上层：观测平台搭载了精密的浑仪，供天文官观测星辰位置、记录天文数据，为历法修订提供可靠依据。通过水轮、杠杆与多级齿轮的精密配合，将水流的恒定动能转化为机械的匀速运动，实现规律性的计时与报时。核心传动系统【以史为鉴：在精准把控中锤炼匠心】

“擒纵机构”调节水轮转动的频率确保齿轮传动的稳定性核心原理，与现代钟表的擒纵机制异曲同工，比西方同类机械装置早了数百年。在没有电子元件、全靠机械结构的北宋，这样的设计不仅需要对力学原理、天文规律有深刻认知，更需要极致的加工精度与装配工艺，充分展现了中国古代汉族劳动人民非凡的智慧、精湛的技艺与勇于创新的创造精神。【以史为鉴：在精准把控中锤炼匠心】

核心思想：通过稳定的动力源、精准的传动机构，实现对时间的量化与控制。随着微电子技术的发展，不再依赖水力与齿轮，通过单片机内部的电子计数器、寄存器，实现对时间的精准把控。核心目标：“时序精准”【课堂小结】

80C51单片机的定时器/计数器掌握：定时器/计数器的结构组成，明确T0、T1计数器与TMOD、TCON寄存器的协同作用；理解：编程控制的五大环节，熟练运用初值计算公式及溢出处理方式；厘清：TMOD、TCON寄存器的位功能，能根据需求配置寄存器参数。培养习惯【课堂小结】

一种将模糊需求转化为精确参数的习惯；一种在微观时序世界里构建可靠逻辑的习惯。“精准高效、严谨细致”让技术创新在严谨的框架下稳步推进，为工业自动化、智能设备升级等领域提供可靠的时序支撑谢谢观看！定时器4种工作方式详解主讲老师：XXXX单片机应用技术目

录02工作方式101工作方式004工作方式03工作方式201工作方式0PART01工作方式001当TMOD的M1M0=00时，定时器/计数器工作于方式0，为13位的定时器/计数器方式。由TLO的低5位和THO的高8位构成13位的计数器。TLO低5位计数溢出则向THO进位，THO计数溢出则置位TCON中的溢出标志位TFO。工作方式001单片机内部的定时器/计数器为加法计数器，假设N是计数值，x为计数初值，n为定时器/计数器的位数，它们之间的关系如下：N=2n-x如果定时器/计数器工作于定时器工作模式，晶振频率为fosc,要求的定时时间为T,则机器周期Tey为12/fosc,定时时间、计数初值和机器周期的关系如下：T=(2n-x)Tcy工作方式001N=213-x=8192-x方式0中初值x的设置范围：0～8191[0～(213-1)],THO、TLO从初值开始加法计数，直至溢出，所以设置的初值不同，定时时间或计数值也不同。方式0工作时计数值和定时值分别为：T=(2n-x)Tcy=(8192-x)Tcy由于为加1计数器，当x取为8191时，计数值最小，为1；当x取为0时，计数值最大，为8192。因此方式0的计数范围为：1～8192,定时范围：(1～8192)Tcy。工作方式001注意方式0加法计数器THO溢出后，必须用程序重新对THO、TLO设置初值，否则下一次THO、TLO将从0开始加法计数。方式0是13位定时器/计数器，目的是为了兼容早期的MCS—48单片机，计数初值有高8位和低5位构成。02工作方式1PART02工作方式102当TMOD的M1M0=01时，定时器/计数器工作于方式1,工作于16位的定时器/计数器方式。由8位TLO和8位THO构成16位计数器。TLO计数溢出则向THO进位，THO计数溢出则置位TCON中的溢出标志位TFO。工作方式102N=216-x=65536-x方式1中初值x的设置范围：0～65535[0～(216-1)],THO、TLO从初值开始加法计数，直至溢出。方式1工作时计数值和定时值分别为：T=(216-x)Tcy=(65536-x)Tcy方式1是16位定时器/计数器，由THO高8位和TLO低8位构成，方式0是13位定时器/计数器。当x取为65535时，计数值最小，为1；当x取为0时，计数值最大，为65536。因此，方式1的计数范围为1～65536,定时范围为(1～65536)Tcy。工作方式102注意方式1加法计数器THO溢出后，必须用程序重新对THO、TLO设置初值，否则下一次THO、TLO将从0开始加法计数。工作方式1逻辑电路结构03工作方式2PART03工作方式203当TMOD的M1M0=10时，定时器/计数器工作于方式2,工作于8位自动重装初值的8位定时器/计数器方式。TLO作为8位计数器使用，THO作为初值寄存器用，TLO计数溢出后，将TFO置1,同时发出自动重装初值的信号，使三态门打开，将THO中初值自动送入TLO,使TLO从初值开始重新计数。方式2计数器构成工作方式203N=28-x=256-x方式2中初值x的设置范围：0～255[0～(28-1)],TLO从初值开始加法计数，溢出后TH0中初值重新置入TLO。方式2工作时计数值和定时值分别为：T=(28-x)Tcy=(256-x)Tcy当x取为255时，计数值最小，为1；当x取为0时，计数值最大，为256。因此方式2的计数范围为1～256,定时范围为(1～256)Tcy。04工作方式3PART04工作方式304方式3只适用于定时器/计数器TO,当TMOD的M1M0=11时，定时器/计数器TO工作于方式3,定时器/计数器T1不能工作在方式3。定时器/计数器TO工作于方式3的工作原理如图工作方式304TLOTO分成两个独立的8位计数器：THO8位定时器/计数器8位定时器工作方式304TO分成两个独立的8位计数器：TLO8位定时器/计数器

工作方式304TO分成两个独立的8位计数器：THO固定为定时器方式，是8位定时器模式，只能对机器周期Tcy进行计数，不能作为计数器模式，对外部脉冲进行计数。THO8位定时器工作方式304由于TLO已占用了TRO和TFO,因此THO借用了定时器/计数器TI的TR1和TF1,THO的启动和停止受TR1控制，THO定时时间到，将TF1置1。定时器/计数器TO工作在方式3时，定时器/计数器TI虽然还可以选择为方式0、方式1或方式2,但是由于THO借用了定时器/计数器T1的TR1和TF1,不能产生溢出中断请求信号，这时T1就不能用于需要中断方式的场合，而通常用作串行口的波特率发生器。工作方式304定时器/计数器TO工作在方式3时的计数范围为1~256,定时范围为(1～256)Tcy。工作方式3下T0逻辑电路结构工作方式304让每一次定时都毫厘不差，让每一次计数都坚实可靠如何在有限的资源与复杂的约束下，做出最优的抉择与最周密的设计，从而在功能、效率与稳定性之间找到最佳平衡点。谢谢观看！主讲老师：XXXX基于两种定时方式的设计对比单片机应用技术思考

如何针对不同的应用需求，选择最合适的定时方式？目

录02两种定时方式的设计案例01计数/定时的原理01计数/定时的原理PART01计数/定时的原理0151单片机51单片机有2个16位的可编程定时/计数器T0和T1，它们既可以定时，也可以对外部事件进行计数。计数/定时的原理011.计数的原理计数器一般用于检测外来脉冲信号，给计数器设置一个次数，次数到了系统停止当前的工作跳转到事先定义好的计数器中断函数里，函数里做相应的事情。计数脉冲从引脚P3.4或P3.5输入输入信号发生由1至0计数器（TH0，TL0或TH1，TL1）的值增1。计数/定时的原理011.计数的原理在第一个周期中采样值为1，而在下一个周期中采样值为0，则在紧跟着的再下一个周期的S3P1期间，计数值就增1。由于确认一次下跳变要花2个机器周期，即24个振荡器周期，因此外部输入的计数脉冲的最高频率为振荡器频率的

1/24。每个机器周期的S5P2期间，对外部输入信号进行采样。计数/定时的原理011.定时的原理定时器一般用于软件计时，给定时器设置一个时间，时间到了系统停止当前的工作跳转到事先定义好的定时器中断函数里，函数里可以做一些周期性的事情。计数脉冲来自于内部电路，每个机器周期使计数器的值增1。每个机器周期等于12个振荡器周期，故计数速率为振荡器频率的1/12。计数值乘以单片机的机器周期就是定时时间。计数/定时的原理011.定时的原理定时/计数器的工作原理定时/计数器的核心部件输入的计数脉冲来源一个是由系统片内振荡器输出脉冲经12分频后送来；一个是T0或T1端输入的外部脉冲。控制信号有效时计数器从0或初值开始加1计数，每来一个脉冲，计数器加1，当加到计数器为全1时，再输入一个脉冲，就使计数器发生溢出；计数/定时的原理011.定时的原理定时/计数器的工作原理定时/计数器的核心部件输入的计数脉冲来源一个是由系统片内振荡器输出脉冲经12分频后送来；一个是T0或T1端输入的外部脉冲。控制信号溢出时计数器回0，并置位TCON中的TF0或TF1，以表示定时时间已到或计数值已满，向CPU发出中断申请。02两种定时方式的设计案例PART02两种定时方式的设计案例02案例1：LED循环闪烁1.要求用单片机控制8个LED循环闪烁，第1个LED点亮0.5s熄灭1s,闪动10次；第2个LED点亮0.5s熄灭1s,闪动10次；循环8次，第8个LED闪动10次结束，再从第1个开始，如此循环下去。晶振频率为12MHz两种定时方式的设计案例02案例1：LED循环闪烁2.分析单片机控制8个LED循环闪烁电路软件延时需把延时函数汇编成汇编语言，再按照执行指令条数累加，计算延时时间。硬件定时采用定时器/计数器来完成0.5s和1s精确定时，是用硬件加1计数器直接对机器周期进行计数。两种定时方式的设计案例02案例1：LED循环闪烁3.程序定时时间计算系统采用12MHz晶振，机器周期为lμs。程序中，T1工作在定时功能、工作方式1(16位计数