第5.4定时器.ppt

1、Chap.5.3 定时器/计数器,一、8051定时/计数器概述, 8051单片机片内有二个十六位定时器计数器：定时器0(T0)和定时器1(T1)。 都有定时或事件计数的功能，可用于定时控制、延时、对外部事件计数和检测等场合。 2个16位定时器实际上都是16位加1计数器。T0由2个8位持殊功能寄存器TH0和TL0构成，T1由TH1和TL1构成。 每个定时器都可由软件设置为定时工作方式或计数工作方式。 这些功能都由特殊功能寄存器TMOD设置和TCON所控制。,1.定时器/计数器的结构,2.定时器/计数器的工作原理,定时器/计数器中的核心部件为可预置初值加1计数器。预置初值后开始计数，直至计数值回0

2、或产生溢出，可申请中断。,3. 定时工作方式, 设置为定时工作方式时，定时器计数的脉冲是由8051片内振荡器输出经12分频后产生的。 每个机器周期使定时器(T0或T1)的数值加1直至计计数满产生溢出。 如：当8051采用12MHz晶体时，每个机器周期为1s，计数额率为1MHz。,4. 计数工作方式,设置为计数工作方式时，通过引脚T0(P34)和T1(P35)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， 在每个机器周期的S5P2期间采样T0和T1的输入电平。若前一个机器周期采样值为1，下一个机器周期采样值为0，则计数器加1。此后的机器周期S3P1期间，新的数值装入

3、计数器。 检测一个1至0的跳变需要二个机器周期，故最高计数频率为振荡频率的二十四分之一。,输入脉冲信号的基本要求,虽然对输入信号的占空比无特殊要求，但为了确保某个电平在变化之前至少被采样一次，要求电平保持时间至少是一个完整的机器周期。,不管是定时工作方式还是计数方式，定时器T0或T1在对内部时钟或对外部事件计数时，不占用CPU的时间，除非定时器计数器溢出，才可能中断CPU的当前操作。 由此可见，定时器是单片机中效率高而且工作灵活的部件。 除了可以选择定时器或计数器工作方式外，每个定时器计数器还有四种工作方式，也就是每个定时器可构成四种电路结构方式。其中，方式0一方式2对T0和T1是一样的，方式

4、3对两者是不同的。,二、定时计数器的控制字,定时器共有两个控制字： 定时器控制寄存器TCON（88H) 定时器工作模式寄存器TMOD(89H) 由软件写入TMOD和TCON两个八位寄存器，用来设置T0或T1的工作模式和控制功能。 定时器控制寄存器TCON除可字节寻址外，各位还可位寻址 当8051系统复位时两个寄存器都被清0。,1. 工作方式寄存器TMOD(89H),TMOD用于控制T0和T1的操作模式。其各位的定义格式如下： 定时器T1 定时器T0,1.1 M1 M0 工作方式选择位 共有四种工作方式,1.2 C/T 计数器方式定时器方式选择位, C/T0，设置为定时方式。 定时器计数 805

5、l片内脉冲，亦即对机器周期计数。 C/T1，设置为计数方式， 计数器的输入是来自T0(P34)或Tl(P3.5)端的外部脉冲。,1.3 GATE 门控位,GATE0时，只要用软件使TR0(或TRl)置1就启动了定时器，而不管INT0(或INT1)的电平是高还是低。 GATEl时，只有当INT0(或INT1)引脚为高电平且由软件使TR0(或TRl)置1时，才能启动定时器工作。 TMOD不能位寻址，只能用字节设置定时器工作方式; 低半字节设定T0，高半字节设定T1。,2. 控制寄存器TCON(88H),TCON 8FH 8EH 8DH 8CH 8BH 8AH 89H 88H (88H) TF1 T

6、R1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 TCON各位的作用如下： TF1： 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响应进入中断服务程序后，TF1又被硬件自动清0。TF1也可以用软件清0。 TF0: T0溢出标志位。其功能和操作情况如TF1。 TR1: T1运行控制位。可由软件置1或清0来启动或关闭T1。指令(SETB TRl)使TR1位置1，定时器T1便开始计数。 TR0: T0运行控制位。其功能及操作情况同TRl。 8051复位时，TCON的所有位被清0。,三、定时器的四种工作模式, 8051单片机的定时器计数器T0和T1可由

7、软件对特殊功能寄存器TMOD中控制位 CT的设置，以选择定时功能或计数功能。 对M1、M0位的设置，可选择四种工作方式，即方式0、方式1、方式2和方式3。 在方式0、I和2时，T0与T1的工作方式相同；在方式3时，两个定时器的工作方式不同。,1.方式0,方式0是选择定时器(T0或T1)高8位加低5位的个13位定时器计数器。 在这种方式下，16寄存器(TH0和TL0)只用13位，其中TL0的高3位末用，其余位占整个13位的低5位，TH0占高8位。 当TL0的低5位溢出时向TH0进位而TH0溢出时向中断标志位TF0进位(硬件置位TF0)，并申请中断。 T0溢出否可查询TF0是否置位，以产生T0中断

8、。,T0在方式0时的逻辑电路结构, C/T0时，控制开关接通振荡器十二分频输出端，就是定时工作方式。其定时时间为： t(213一T0初值)振荡周期12 当C/T1时，控制开关使引脚T0(P34)与13位计数器相连，外部计数脉冲由引脚T0P34输入，当外部信号电平发生“1”到“0”跳变时计数器加1，这时，T0成为外部事件计数器。这就是计数工作方式。, GATE0时，使或门输出A点电位为常“1”，或门被封锁，于是，引脚INT0输入信号无效。这时或门输出的常“1”打开与门，B点电位取决于TR0状态，于是由TR0一位就可控制计数开关K开启或关断T0。 若软件使TR0置1，便接通计数开关K，启动T0在原

9、值上加1计数，直至溢出。溢出时，13位寄存器清0，TF0置位，并申请中断，T0仍从0重新开始计数。 若TR00。则关断计数开关K，停止计数。 当GATE =1时，A点电位取决于(P3.4)引脚的输入电平。仅当(P3.4)输入高电平时TR0l时，B点才是高电平，计数开关K闭合T0开始计数，当INT0由1变0时，T0停止计数。这一特性可以用来测量在(P3.4)端出现的正脉冲的宽度。,2方式1,该方式是一个16位定时器计数器。 其结构与操作几乎与方式0完全相同，唯一的差别是：在方式1中，寄存器TH0和TL0是以全16位参与操作， 用于定时工作方式时，定时时间为： t(216一T0初值) 时钟周期12

10、 用于计数工作方式时，计数长度为21665536(个外部脉冲),3.方式2,方式2把T0(或T1)配置成个可以自动重装载的8位定时器计数器。 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中的内容重装载到TL0中。 这时16位的计数器被拆成两个8位； TL0用作8位计数器，TH0用以保持初值。,在程序初始化时，TL0和TH0由软件赋予相同的初值。 旦TL0计数溢出，置位TF0，并将TH0中的初值再自动装入TL0，继续计数，循环重复。 用于定时器工作方式时，其定时时间(TF0溢出周期)为； t(28TH0初值)振荡周期12 用于计数器工作方式时，最大计数长度（TH0初值0）

11、为： 28256(个外部脉冲)。 这种工作方式可省去用户软件中重装常数的程序，并可产生相当精度的定时时间。特别适用作串行口波待率发生器。,4方式3,操作方式3对T0和T1是大不相同的。 若将T0设置为方式3，TL0和TH0被分成为两个互相独立的8位计数器。 其中TL0用原T0的各控制位、引脚和中断源。即CT、GATE、TR0、TF0和T0 (P34)引脚、 (P32)引脚。 TL0除仅用8位寄存器外，其功能和操作与方式0(13位计数器)、方式1(16位计数器)完全相同。 TL0也可工作为定时器方式或计数器方式。 TH0只可用作简单的内部定时功能，它占用了定时器T1的控制位TR1和T1的中断标志

12、位TF1，其启动和关闭仅受TRl的控制。 定时器T1无操作方式3状态。,四、定时器计数器的编程和应用,1.方式0应用 例1：设单片机的晶振的频率为6MHz，使用定时器1以方式0产生周期为500us的等宽正方波连续脉冲，并由P1.0输出。 计算初值： (213X)2us250us X=8067 1F83H =1,1111,1000,0011B TH1=FCH, TL1=03H TMOD初始化： TMOD初始化为00H,程序设计,ORG 0000H RESET： LJMP MAIN ；上电，转主程序入口MAIN ORG 001BH ；T1的中断入口 LJMP IT1P；转T1中断处理程序IT0P

13、ORG 1000H MAIN： MOV SP,#60H ；设堆栈指针 MOV TMOD,#00H ；设T1工作在方式0 MOV TL1,#03H ；给T1设初值 MOV TH1,#0FCH SETB TR1 ；启动T1 SETB ET1 ；允许T1中断,SETB EA ；CPU开放中断 SJMP $ ；等待中断 ;*中断服务程序* IT1P： MOV TL1,#03H ；T1中断子程序，重装初值 MOV TH1,#0FCH ； CPL P1.0 LOOP： RETI END 教材上采用的是查询方式,2.方式1应用 例2 假设系统时钟频率采用6MHz，要在P1.0上输出一个周期为2ms的方波，如

14、图所示。,方波的周期用T0来确定，让T0每隔1ms计数溢出1次(每1ms产生一次中断)，CPU响应中断后，在中断服务程序中对P1.0取反。 (1)计算初值X 设初值为X，则有: (216-X)210-6=110-3 216-X=500 X=65036 X化为16进制，即X=FE0CH=1111111000001100B。 所以，T0的初值为： TH0=0FEH TL0=0CH (2)初始化程序设计,对寄存器IP、IE、TCON、TMOD的相应位进行正确设置，将计数初值送入定时器中。 (3)程序设计 中断服务程序除产生方波外，还要注意将计数初值重新装入定时器中，为下一次中断作准备。 参考程序：

15、ORG 0000H RESET: AJMP MAIN ；转主程序 ORG 000BH ；T0的中断入口 AJMP IT0P ；转T0中断处理程序IT0P ORG 0100H MAIN: MOV SP,#60H ；设堆栈指针 MOV TMOD,#01H ；设置T0为方式1,ACALL PT0M0；调用子程序PT0M0 HERE: AJMP HERE ；自身跳转 PT0M0: MOV TL0,#0CH；T0中断服务程序，T0重新置初值 MOV TH0,#0FEH SETB TR0 ；启动T0 SETB ET0 ；允许T0中断 SETB EA ；CPU开中断 RET ITOP: MOV TL0,#0

16、CH ；T0中断服务子程序，T0置初值 MOV TH0,#0FEH CPL P1.0 ；P1.0的状态取反 RETI END,查询方式的参考程序: MOV TMOD,#01H ；设置T0为方式1 SETB TR0 ；接通T0 LOOP: MOV TH0,#0FEH ；T0置初值 MOV TL0,# 0CH LOOP1：JNB TF0,LOOP1 ；查询TF0标志 CLR TR0 ；T0溢出，关闭T0 CPL P1.0 ；P1.0的状态求反 SJMP LOOP,例3 假设系统时钟为6MHz，编写定时器T0产生1秒定时的程序。 （1）T0工作方式的确定 定时时间较长，采用哪一种工作方式？ 由各种工

17、作方式的特性，可计算出： 方式0最长可定时16.384ms; tmax=213*2us=16.384ms 方式1最长可定时131.072ms; 方式2最长可定时512s。 选方式1，每隔100ms中断一次，中断10次为1s。 在程序中设计一个软件计数器。,（2）计算计数初值 因为：(216-X)210-6 = 10-1 所以：X=15536=3CB0H 因此：TH0=3CH，TL0=B0H （3）10次计数的实现 采用循环程序法。 （4）程序设计 参考程序 :,ORG 0000H RESET： LJMP MAIN ；上电，转主程序入口MAIN ORG 000BH ；T0的中断入口 LJMP I

18、T0P；转T0中断处理程序IT0P ORG 1000H MAIN： MOV SP,#60H ；设堆栈指针 MOV B,#0AH ；设循环次数10次 MOV TMOD,#01H ；设T0工作在方式1 MOV TL0,#0B0H ；给T0设初值 MOV TH0,#3CH SETB TR0 ；启动T0 SETB ET0 ；允许T0中断,SETB EA ；CPU开放中断 HERE： SJMP HERE ；等待中断 ITOP： MOV TL0,#0B0H ；T0中断子程序，重装初值 MOV TH0,#3CH ； DJNZ B，LOOP CLR TR0 ；1s定时时间到，停止T0工作 LOOP： RETI

19、 3 方式2的应用 省去程序中重装初值的指令，并可产生相当精确的定时时间。 例4 当T0（P3.4）引脚上发生负跳变时，从P1.0引脚上输出一个周期为1ms的方波,如图所示。（系统时钟为6MHz）,（1）工作方式选择 T0为方式1计数，初值 0FFFFH，即外部计数输入端T0（P3.4）发生一次负跳变时，T0加1且溢出，溢出标志TF0置“1”，发中断请求。在进入T0中断程序后，把F0标志置“1”，说明T0脚已接收了负跳变信号。 T1定义为方式2定时。在T0脚发生一次负跳变后，,启动T1每500s产生一次中断，在中断服务程序中对P1.0求反，使P1.0产生周期1ms的方波。 （2）计算T1初值

20、设T1的初值为X： 则 (28-X)210-6=510-4 X=28-250=6=06H （3）程序设计 ORG 0000H RESET: LJMP MAIN ；复位入口转主程序 ORG 000BH JMP IT0P ；转T0中断服务程序,ORG 001BH LJMP IT1P ；转T1中断服务程序 ORG 0100H MAIN: MOV SP,#60H ACALL PT0M2 ；调用对T0，T1初始化子程序 LOOP: MOV C,F0 ；T0产生过中断了吗，产生过 中断，则F0=1 JNC LOOP；T0没有产生过中断，则跳到 LOOP，等待T0中断 SETB TR1 ；启动T1 SETB

21、 ET1 ；允许T1中断 HERE: AJMP HERE,PT0M2: MOV TMOD,#25H ；初始化，T1为方式2定 时，T0为方式1计数 MOV TL0,#0FFH ；T0置初值 MOV TH0,#0FFH SETB TR0 ；启动T0 SETB ET0 ；允许T0中断 MOV TL1,#06H ；T1置初值 MOV TH1,#06H CLR F0；把T0已发生中断标志F0清0 SETB EA RET IT0P: CLR TR0 ；T0中断服务程序，停止T0计数,SETB F0 ；建立产生中断标志 RETI IT1P: CPL P1.0；T1中断服务，P1.0位取反 RETI 在T1

22、定时中断服务程序IT1P中，省去了T1中断服务程序中重新装入初值06H的指令。 例5 利用T1的方式2对外部信号计数，要求每计满100个数，将P1.0取反。 本例是方式2计数模式的应用。 （1）选择工作方式,外部信号由T1(P3.5) 脚输入,每发生一次负跳变计数器加1，每输入100个脉冲，计数器产生溢出中断，在中断服务程序中将P1.0取反一次。 T1 方式2的控制字为TMOD=60H。不使用T0时，TMOD的低4位可任取，但不能使T0进入方式3，这里取全0。 （2）计算T1的初值 X=28-100=156=9CH 因此，TL1的初值为9CH，重装初值寄存器TH1=9CH （3）程序设计 OR

23、G 0000H LJMP MAIN ORG 001BH；T1中断服务程序入口,CPL P1.0；P1.0位取反 RETI ORG 0100H MAIN:MOV TMOD,#60H ；设T1为方式2计数 MOV TL0,#9CH ；T0置初值 MOV TH0,#9CH SETB TR1 ；启动T1 SETB ET0 ；允许T0中断 SETB EA ；CPU开中断 HERE: AJMP HERE 4 方式3的应用 T0 方式3时，TL0和TH0被分成两个独立的8位定时器/计数器。其中，TL0：8位定时器/计数器； TH0：8位定时器。,当T1作串行口波特率发生器时，T0才设置为方式3。 例6 假设

24、某MCS-51应用系统的两个外中断源已被占用，设置T1工作在方式2，作波特率发生器用。现要求增加一个外部中断源，并控制P1.0引脚输出一个5kHz的方波。设系统时钟为6MHz。,（1）选择工作方式 TL0为方式3计数，把T0引脚（P3.4）作附加的外中断输入端，TL0初值设为0FFH，当检测到T0引脚电平出现负跳变时，TL0溢出，申请中断，这相当于跳沿触发的外部中断源。 TH0为8位方式3定时，控制P1.0输出5kHz的方波信号。如图所示。 （2）初值计算 TL0的初值设为0FFH。 5kHz的方波的周期为200s，TH0的定时时间为 100s。TH0初值X计算如下： (28-X)210-6=

25、110-4 X=28-100=156=9CH,（3）程序设计 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH ；T0中断入口 LJMP TL0INT；跳T0中断服务程序 ORG 001BH ；在T0方式3时，TH0占用T1的中断 LJMP TH0INT；跳TH0中断服务程序 ORG 0100H MAIN：MOV TMOD,#27H ；TL0方式3计数，T1方式2定 ;时 MOV TL0,#0FFH ；置TL0初值 MOV TH0,#9CH ；置TH0初值 MOV TL1,#dataL ；data为波特率常数,MOV TH1,#dataH MOV TCON,#55H；启动T1,T0

26、MOV IE,#9FH ；允许T0中断 TL0INT：MOV TL0,#0FFH ；TL0中断服务程序， TL0重新装入初值 RETI ； 中断处理 TH0INT：MOV TH0,#9CH ；TH0中断服务程序，TH0重 新装入初值 CPL P1.0 ；P1.0位取反输出 RETI END,例7 门控制位GATE的应用测量脉冲宽度 GATE1可使定时器/计数器T1的启动计数受INT1*的控制，可测量引脚INT1*（P3.3）上正脉冲的宽度（机器周期数）。,参考程序： ORG 0000H RESET: AJMP MAIN ；复位入口转主程序 ORG 0100H MAIN: MOV SP,#60H MOV TMOD,#90H ；T1为方式1定时控制字 MOV TL1,#00H MOV TH1,#00H