单片基础及其应用 2

项目六定时器/计数器应用258259任务1

提示音发生器设计

任务2

倒数计时器设计提示音发生器设计任务12601.掌握MCS-51系列单片机定时器/计数器的结构。2.了解定时器/计数器控制（TCON）寄存器的设置方法。3.了解定时器/计数器工作方式（TMOD）寄存器的设置方法。4.掌握定时器/计数器的工作方式。5.能完成定时器/计数器初始值的计算和设定。6.能理解定时器/计数器中断控制方式。7.能设计提示音发生器电路。8.能编写提示音发生器程序并进行仿真测试。9.能与他人分析讨论，发现并解决程序编写和调试问题。261方波信号是一种常见的电信号，常应用于通信和控制电路中。方波信号只有高电平和低电平两个值，如图所示为1kHz方波信号。2621kHz方波信号机床报警器、提示音发生器、闪烁报警灯和电动机控制设备等都需要用方波信号作为控制信号。本任务要求设计一个提示音发生器，用于提示加工任务执行完成，选用合适的单片机和扬声器，实现产生1kHz提示音的功能。本任务可将单片机P2.0引脚外接扬声器模块电路，通过单片机定时器/计数器模块产生1kHz方波信号从P2.0引脚输出，将该1kHz方波信号送入扬声器实现提示音功能。为完成此任务，需要学习单片机定时器/计数器的结构以及定时器/计数器相关的特殊功能寄存器等知识。263264一、定时器/计数器的结构MCS-51系列单片机内部包含2个16位定时器/计数器T0和T1，分别由2个独立的8位特殊功能寄存器组成，即T0由高8位TH0、低8位TL0寄存器组成，T1由高8位TH1、低8位TL1寄存器组成。定时器/计数器可提供定时和计数功能。265如图所示，定时器/计数器主要由TCON、TMOD、TH1、TL1、TH0、TL0等特殊功能寄存器组成。TCON寄存器中的TR0、TR1位负责定时器/计数器T0、T1的启动计数和停止计数；TMOD寄存器用于定时或计数功能选择以及工作方式选择；TH1、TL1寄存器和TH0、TL0寄存器分别存放T1和T0的初始值。定时器/计数器的寄存器结构图266二、定时器/计数器相关寄存器单片机定时器/计数器相关寄存器见下表。通常单片机定时器/计数器的功能主要由TCON和TMOD寄存器设定，通过设定这两个寄存器即可实现不同的功能。267定时器/计数器相关寄存器2681. 定时器/计数器控制（TCON）寄存器定时器/计数器控制（TCON）寄存器为一个8位的可位寻址寄存器，该寄存器低4位用于外部中断控制（项目五中已介绍），高4位用于定时器/计数器T0、T1中断控制。TCON寄存器的位符号如图所示。TCON寄存器的位符号269（1）TF1TF1是定时器/计数器T1溢出标志位。T1被允许计数后，TH1和TL1从初始值开始加1计数，直到最高位产生计数溢出时TF1标志位置1，向CPU请求中断，直到CPU响应中断时，才由硬件清0，也可以由软件清0。（2）TR1TR1是定时器/计数器T1运行控制位。当TR1=1时，定时器/计数器T1被允许开始加1计数；当TR1=0时，定时器/计数器T1停止计数。（3）TF0TF0是定时器/计数器T0溢出标志位。T0被允许计数后，TH0和TL0从初始值开始加1计数，直到最高位产生计数溢出时TF0标志位置1，向CPU请求中断，直到CPU响应中断时，才由硬件清0，也可以由软件清0。（4）TR0TR0是定时器/计数器T0运行控制位。当TR0=1时，定时器/计数器T0被允许开始加1计数；当TR0=0时，定时器/计数器T0停止计数。2702. 定时器/计数器工作方式（TMOD）寄存器定时器/计数器工作方式（TMOD）寄存器为一个8位寄存器，用于控制定时器/计数器T0、T1的工作方式，高4位控制定时器/计数器T1，低4位控制定时器/计数器T0。TMOD寄存器的位符号如图所示。TMOD寄存器不能位寻址，只能进行字节设置，复位时寄存器初始值为00H。271TMOD寄存器的位符号（1）GATE（TMOD.7）GATE（TMOD.7）是定时器/计数器T1的门控选通位。当GATE=0时，只要设置TR1=1，即可启动定时器/计数器T1开始计数；当GATE=1、TR1=1且=1（即

引脚输入为高电平）时，定时器/计数器T1开始计数。（2）C/（TMOD.6）C/（TMOD.6）是定时器/计数器T1的功能选择位。当C/=0时，设置T1为定时器功能；当C/=1时，设置T1为计数器功能。272（3）GATE（TMOD.3）GATE（TMOD.3）是定时器/计数器T0的门控选通位。当GATE=0时，只要设置TR0=1，即可启动定时器/计数器T0开始计数；当GATE=1、TR0=1且=1（即

引脚输入为高电平）时，定时器/计数器T0开始计数。（4）C/（TMOD.2）C/（TMOD.2）是定时器/计数器T0的功能选择位。当C/=0时，设置T0为定时器功能；当C/=1时，设置T0为计数器功能。273（5）M1、M0M1、M0是工作方式选择位。M1和M0有4种组合方式，可以定义4种工作方式，见下表。274M1和M0的组合方式三、定时器/计数器的工作方式可以通过C/位将定时器/计数器T0、T1设置为定时器模式和计数器模式。定时器/计数器T0、T1有4种工作方式，分别为工作方式0、工作方式1、工作方式2、工作方式3。定时器/计数器T0和T1的工作原理完全相同，定时器/计数器T0、T1的控制框图如下图所示。275276定时器/计数器T0、T1的控制框图1. 工作方式0工作方式0为13位定时器/计数器，在此方式下的定时器/计数器T0由TH0的8位和TL0的低5位组成，TL0的高3位没有使用。TL0的低5位溢出后向TH0进位，TH0计数溢出后置位TF0标志位，向CPU提出中断请求，直到CPU响应转入中断时，硬件自动将TF0清0。TF0也可由软件查询和清0。工作方式0最大计数值为213（8192）。STC89C51单片机系统时钟有两种模式：一种是12T模式，每12个时钟周期为1个机器周期，定时器/计数器计数加1；另一种是6T模式，每6个时钟周期为1个机器周期，定时器/计数器计数加1。2772. 工作方式1工作方式1为16位定时器/计数器，在此工作方式下的定时器/计数器T0由TH0的8位和TL0的8位组成。工作方式1与工作方式0只是最大计数值不同，其他功能相同。工作方式1的定时时间为T=(216-T0初始值)×机器周期。2783. 工作方式2工作方式2为8位可自动重装初始值的定时器/计数器，在此工作方式下，TL0负责计数，TH0不参与计数，只是负责存放初始值。当TL0计数溢出时，硬件将溢出标志位TF0置1，同时自动将TH0的数值赋给TL0，即TL0=TH0，重装时TH0数值不变。TL0从该数值开始计数，直到下次计数溢出又进行重新装载。定时器在该工作方式下的定时时间为T=(28-TH0初始值)×机器周期，虽然定时时间相比工作方式0和工作方式1短了，但由于其可自动重装初始值功能，减少了程序中TL0赋初始值所占用的时间，所以定时时间更加精确。2794. 工作方式3工作方式3与前面3种工作方式有很大不同，T1在此工作方式下无效，T0可拆分成2个独立的8位定时器/计数器使用，其中TL0不能自动重装初始值，TL0的初始值仍需在程序中加载。TL0可以作为定时器或计数器使用，通过设置T0的C/位进行选择。TL0的功能和控制方式同工作方式0和1，最大计数值为28（256）。280在工作方式3中，TH0只能作为定时器使用，而不能用于计数，因此不用通过C/位进行设置。TH0的启动只受T1的运行控制位TR1控制，当TH0计数溢出时，硬件将TF1标志位置1，并向CPU提出中断请求，直到CPU响应中断时，硬件自动将TF1清0，定时时间为T=(28-TH0初始值)×机器周期。TH0的中断服务地址占用T1的中断入口地址。281当T0以工作方式3运行时，由于TH0占用了T1运行控制位TR1和溢出标志位TF1，因此T1的使用受到了限制。在此情况下，T1仍然可以以工作方式0、1、2运行，并且既可作为定时器使用，又可作为计数器使用，只是计数器计满溢出时不能使用溢出标志位TF1，不能向CPU申请中断，只能将溢出信号直接送到串口，此时T1可以作为波特率发生器，只需通过程序写入工作方式0、1、2，T1即可自动运行。如果需要T1停止工作，则在程序中将T1的工作方式设置为工作方式3即可，因为T1是不能以工作方式3运行的，强行将其设置为工作方式3，T1自然停止工作。282四、定时器/计数器的初始值计算T0、T1具有预赋初始值功能，特殊功能寄存器TH0、TH1、TL0、TL1用于存放初始值，单片机复位时初始值为0。定时器/计数器的计数原理如图所示，定时器/计数器T0、T1启动后从T初始值开始加1计数，当计数到最大值M时溢出，产生中断请求，并将相应的溢出标志位TF0、TF1置1，完成一次完整的计数过程。283定时器/计数器的计数原理初始值的设定根据定时时间或计数需要计算，定时器/计数器初始值设定的计算方法如下。定时器/计数器初始值NS=2n-实际计数值式中，n

为由工作方式决定的定时器/计数器位数。在工作方式0下，n=13，213=8192；在工作方式1下，n=16，216=65536；在工作方式2和3下，n=8，28=256。下面以定时器/计数器T0为例获取初始值，单片机系统晶振频率为12MHz，定时时间为5ms，采用工作方式1。定时器/计数器初始值的获取方式有两种：一种是通过公式计算获取，另一种是通过小程序输入数值获取。2841. 通过公式计算获取定时器/计数器初始值由于单片机系统晶振频率采用12MHz，则机器周期为1μs，首先计算实际计数值。然后计算定时器/计数器初始值。2852. 通过小程序输入数值获取定时器/计数器初始值通过小程序输入数值获取定时器/计数器初始值通常比较简单，首先打开“51初值设定”小程序，其界面如图所示。286“51初值设定”小程序界面然后在“定时器方式”中选择“方式1”，在“晶振频率”中输入“12”，在“定时时长”中输入“5”，最后单击“确定”按钮即可获取定时器/计数器初始值“EC78H”，如图所示。该十六进制数表示当51单片机系统晶振频率为12MHz时，定时器/计数器以工作方式1定时5ms（5000μs）所要设定的初始值。287获取定时器/计数器初始值五、定时器/计数器相关寄存器的初始化定时器/计数器相关寄存器的初始化步骤如图所示。288定时器/计数器相关寄存器的初始化步骤倒数计时器设计任务22891.了解定时器/计数器查询控制方式。2.掌握通过定时器/计数器查询控制方式实现定时的方法。3.能设计倒数计时器电路。4.能用中断和查询控制方式编写倒数计时器程序。5.能与他人分析讨论，发现并解决程序编写和调试问题。290倒计时在平时的生活中十分常见，如交通信号灯显示剩余时间或等待时间、微波炉加热食物时显示剩余加热时间、火箭发射升空倒计时显示等，如图所示为人行横道处的倒计时交通信号灯。291倒计时显示应用示例本任务