第05-MCS-51单片机的定时器计数器课件.ppt

1、西华大学电气信息学院 郑海春,1,第五章 MCS-51单片机的定时器/计数器,本章内容 了解定时/计数器的作用； 定时和计数两种方式的区别； 定时/计数器的结构与工作原理； 利用相关寄存器对定时计数器初始化及编程。,西华大学电气信息学院 郑海春,2,5.1 定时/计数器概述 5.2 定时/计数器工作方式与原理 5.3 定时/计数器的四种工作模式 5.4 定时/计数器的控制和状态寄存器 5.5 定时/计数器的初值计算 5.6 定时/计数器的应用,本 章 目 录,西华大学电气信息学院 郑海春,3,5.1 定时/计数器概述,定时、计数是计算机经常要处理的操作。如： 利用单片机产生某一频率的方波（定时

2、）； 利用单片机作工业生产线上的产品数量统计、电机转速的测量（计数）等。,西华大学电气信息学院 郑海春,4,以定时为例：通常有两种方法实现。 软件延时法：利用指令（延时子程序）运行所消耗的时间实现所需的定时时间。 特点：由CPU控制，占用CPU的资源； 硬件法：利用一个硬件电路实现所需的时间定时，一旦时间到便产生一个标志信号通知CPU。特点：由CPU控制定时的启动，但定时过程由专用模块实现，CPU不参与其过程。所以提高了CPU的工作效率。,西华大学电气信息学院 郑海春,5,定时/计数器就是专用于产生延时和计数的外围模块，是单片机内部重要的组成部分。 作为一个嵌入式控制器，其内部所包含的定时/计

3、数器的数量已经成为衡量其功能的重要指标。,西华大学电气信息学院 郑海春,6,5.2 定时/计数器工作方式与原理,单片机的定时/计数器是硬件逻辑电路，它可以完成两种不同的工作方式 - “定时”、“计数”； 使用硬件电路，可以提高CPU的工作效率。,西华大学电气信息学院 郑海春,7,定时:产生一个标准的时间间隔;如20mS,100mS或1000mS等.单片机使用这种方式可以产生一个符合某一要求的脉冲方波(如下图)。,20mS,40mS,MCS-51 P x.y,输出波形,西华大学电气信息学院 郑海春,8,计数：对外部的事件(脉冲)进行统计。 外部事件的发生是随机的,单片机不可能预知外部事件何时发生

4、,但可以进行统计（计数）。当达到所要求的计数值时,单片机进行相应的操作。,MCS-51 T0 ( T1) 端口,外部脉冲,外部 设备,西华大学电气信息学院 郑海春,9,单片机检测产品数量示意图,P0口 MCS-51 T0,红外线 扫描 发射器,红外线 接收电路,产品包装 控制器,产品生产线,产品,传送带,西华大学电气信息学院 郑海春,10,定时/计数器 的基本模型,CY,计数脉冲 CP,溢出标志,8位的加一计数器,定时、计数器的核心部件是一个计数器。两种工作方式的区别在于计数脉冲来源；,西华大学电气信息学院 郑海春,11,MCS-51单片机 定时/计数器的工作原理,N位增量计数器,TF,N位初

5、值寄存器,系统内部 时钟fosc,启动控制 TR,外部脉冲 T0或T1引脚,定时/计数 控制C/*T,计数器溢出 中断信号,计数脉冲CP,C/*T=0,C/*T=1,定时、计数时间到标志,（1）：何时控制启动计数器？ 问题： （2）：如何控制是定时还是计数？ （3）：如何控制定时/计数的长短？,西华大学电气信息学院 郑海春,12,TR.定时计数器的启动控制开关。 TR=1：计数器开始计数； TR=0：计数器停止计数。 C/T. 计数器输入脉冲选择开关，决定着计数器的 “定时” 或“计数”的两种工作方式。 C/T=0：计数器接收内部时钟信号fosc- 定时方式； C/T=1：计数器接收引脚上的外

6、部信号-计数方式。 TF. 计数器溢出标志。 TF=1 ：定时或计数时间到，可以采用查询或中断方 式处理； 初值寄存器：预装用来决定计数器产生溢出周期的参数，此参数决定着定时或计数的周期。通常要预算并送入初值寄存器中。,西华大学电气信息学院 郑海春,13,5.3 定时/计数器的四种工作模式,在MCS-51单片机内部，具有两个完全相同的定时计数器T0、T1。 它们都具有两种工作方式：定时和计数； 无论是定时或计数方式，又都具备四种工作模式，以根据实际要求达到最佳的工作状态。 定时计数器的工作方式、工作模式是由SFR中的TMOD内容来决定的。因此对其方式、模式的设定是靠对TMOD的初始化编程实现的

7、。,西华大学电气信息学院 郑海春,14,模式0:13位计数器模式,TH1,TL1,震荡器,1/12,(8位),(低5位),TF1,中断,启动控制,T1 引脚,TR1,GATE,INT1,高三位弃用,C/*T=0,C/*T=1,13位加1计数器,在某一个初值的基础上加1计数，当计数器计满为全“1”,再来一个计数脉冲时，就产生一个“溢出中断信号”TF1=1。 由于低8位计数器中的高三位没有参与工作，故填装初值时应“避开”此三位。,西华大学电气信息学院 郑海春,15,类同于模式0。由于两个计数器为完整的8位，故将计算好的16位初值可直接填装到TH、TL中。,TL1,TH1,震荡器,1/12,(8位)

8、,(8位),TF1,中断,启动控制,T1 引脚,TR1,GATE,INT1,C/*T=0,C/*T=1,模式1 :16位计数器模式,16位加1计数器,西华大学电气信息学院 郑海春,16,模式0、1的特点,13位和16位的计数器模式。 启动后，从某一个初值的基础上进行“加一”计数。当计到“全”时再来一个计数脉冲，计数器就会产生一个“溢出”即TF=1，此时计数器本身为“全零”。 如果需要重复性的完成某一值的定时或计数，需要在每一次计数前不断的重新预装初值，称之为“软件重装初值”。,西华大学电气信息学院 郑海春,17,TL做计数器，TH做初值寄存器，工作前TL1,TH1分别预置相同的初值。 TL1计

9、数时, 产生溢出的同时, 将TH1中的初值自动重装TL1。TL1继续计数。,TL1(8位),TH1(8位),震荡器,1/12,TF1,中断,控制,T1 引脚,TR1,GATE,INT1,C/*T=1,C/*T=0,模式2 : 8位自动重装初值模式,8位加1计数器,8位初值寄存器,西华大学电气信息学院 郑海春,18,模式2的特点及应用,8位计数器的模式，定时或计数的范围远远小于模式0和模式1； 具备初值“硬件自动重装”功能，非常适合进行重复性定时的场合，如产生连续方波信号等。编成中省去了软件重装初值的麻烦 ； 在MCS-51单片机中，T1设定成此模式用于做串行口波特率发生器。,西华大学电气信息学

10、院 郑海春,19,将T0和T1重新进行“拆分、组合”。将T0变为由TH0,TL0组成的两个独立的8位定时/计数器。,TL0,震荡器,1/12,TF0,中断,控制,T0 引脚,TR0,GATE,INT0,C/*T=0,C/*T=1,TH0,TF1,中断,控制,TR1,Fosc/12,模式3 组合扩展模式（仅适用于T0）,西华大学电气信息学院 郑海春,20,【注意】：TH0,TL0及T1的各自特点: 1, TH0计数脉冲来自内部fosc，所以它只能处于”定时”方式； 2, TH0分别借用了定时器T1的TR1和TF1为自己服务，使TH0能象TL0那样用TR1启动定时，并用TF1来作为TH0的溢出中断

11、的标志； 3, 此时，由于T1缺少了启动控制信号TR1和溢出标志TF1，那么在模式3时,T1是如何启动和工作？ 4, 模式3就是将单片机原有的T0、T1两个计数器变成三个独立的计数器。其中T1要事先设定为模式2（串行口的波特率发生器）并启动起来。,西华大学电气信息学院 郑海春,21,在模式3时T0,T1的电路结构图,TL0八位定时/计数器,TH0八位定时器,TL1,TF0,TF1,将T0分解为两个计数器 TL0：8位定时/计数器； TH0：8位定时器（借用TR1和TF1）,T1（模式2）做波特率发生器。 此种方式不用反复启动和查询标志,TH1,西华大学电气信息学院 郑海春,22,GATE 信号

12、的作用,GATE=0时：当TR1=1时，启动定时/计数工作。 一种定时计数器通常的工作方式； GATE=1且TR=1时： INT=1时,开始工作； INT=0时，计数器停止计数。 此方式用于测量INT脚上输入的正脉冲的脉宽。,TR0=1,GATE=1,/ INT0,0,1,1,0,0,启动计数器,西华大学电气信息学院 郑海春,23,定时/计数器4种模式比较（计数方式）,西华大学电气信息学院 郑海春,24,定时/计数器4种模式比较（定时方式）,T=(M-TC)t 其中,T: 定时时间，M: 计数器的模，TC:计数初值， t:计数器计数脉冲的周期（t = fosc/12)。,西华大学电气信息学院

13、郑海春,25,5.4 定时/计数器的控制和状态寄存器,GATE 选通门: GATE=0时,只要TR=1,计数器就开始工作； GATE=1时,只有INT=TR=“1”时,计数器工作 （用来测量INT脚高电平脉冲的宽度）。 C/T 计数、定时方式选择位: C/T=1时,计数方式。 C/T=0时:定时方式。 M1 、M0 模式选择:确定四种工作模式.,定时/计数器1,定时/计数器0,1.模式控制寄存器TMOD （SFR的地址:89H）,西华大学电气信息学院 郑海春,26,TF0 定时器T0的溢出标志: 计数器溢出时硬件自动置位，即TF0=1。进入中断后再由硬件自动清除（TF0=0）； TR0 计数器

14、T0的控制位: 由软件设定: TR0=1计数器开始工作； TR0=0计数器停止计数。 TF1、TR1同上。,2.控制寄存器TCON (SFR地址:88H),西华大学电气信息学院 郑海春,27,IE1,IE0 外部中断*INT1,*INT0的请求标志: 当单片机检测到INT引脚上有下降沿(或低电平)时,IE=1申请中断.进入中断服务程序时,硬件自动清除IE标志. IT1,IT0 外中断触发类型控制: IT=1时,外中断信号的下降沿触发IE标志； IT=0时,外中断信号的低电平触发IE标志。,控制寄存器TCON (SFR地址:88H),西华大学电气信息学院 郑海春,28,5.5 定时/计数器的初值

15、计算,计数器TH、TL中的初值TC决定着计数器溢出的时间。 根据具体的实际应用的需要，计算出对应的TC值是对定时/计数器初始化的重要步骤； 初值TC的大小与系统的工作频率fosc和定时计数器的工作模式有关。,西华大学电气信息学院 郑海春,29,（一）计数器工作方式下的TC计算,TC=M-C 其中：M-计数器的模 模式0： M=213=8192 模式1： M=216=65536 模式2,3：M=28=256 C - 要求的计数值,西华大学电气信息学院 郑海春,30,（二）定时工作方式下的TC计算,TC=M-T/ T计数 其中： M-计数器的模 模式0： M=213=8192 模式1： M=216

16、=65536 模式2,3： M=28=256 T计数 -计数周期(即机器周期)=(1/fosc)12 T - 要求的定时时间值,西华大学电气信息学院 郑海春,31,TC 计算举例（一）,计数方式：要求每计100个脉冲定时器产生一次溢出。 【解1】选择模式2。TC=256-100=156=9CH MOVTH0，#9CH MOVTL0，#9CH 【解2】选择模式1。TC=65536-100=65436=FF9CH MOVTH0，#0FFH MOVTL0，#9CH 【思考题】若选用模式0，TC=？，如何编写指令？,西华大学电气信息学院 郑海春,32,TC 计算举例（二）,定时方式：要求T0产生50m

17、S的定式。 【解1】选择模式1。 TC=M-T/ T计数 TC =65536 （50mS*1000）/1S =65536 50000 =15536=3CB0H MOVTH0，#3CH MOVTL0，#0B0H 【思考题】为什么选择模式1？,西华大学电气信息学院 郑海春,33,5.6 定时/计数器的应用,学习定时/计数器的编程方法： 首先，根据实际应用，确定： 工作方式的选择（定时或计数？）； 工作模式的确定（取决于定时或计数的范围）； 计算初值并装载TH、TL寄存器中； 启动定时器开始工作。 上述操作主要体现在对TMOD、TCON的初始化。,西华大学电气信息学院 郑海春,34,（一）定时器方式

18、1应用举例,利用单片机的P1.0产生一个频率为100HZ的对称方波。 【解】：使用T0。确定工作方式、工作模式和定时初值。 1.选择定时方式（C/T=0）； 2.选择模式1（M1 、M0=01) ， 3.计算初值TC 。TC= 65536 - 5ms /1us=60536=EC78H 即TH=0ECH，TL=78H。 4.试编程。,10ms,5 ms,5 ms,西华大学电气信息学院 郑海春,35,用单片机设计一个方波发生器示意图,MCS-51 P1.0,TMOD 0000 0001,TCON,西华大学电气信息学院 郑海春,36,ORG 0030H STRAT:MOV TMOD,#01H ;设定

19、时器为定时，模式1 SETB TR0 ;启动定时器T0 LOOP:MOV TH0,# 0ECH ;设定时初值 MOV TL0,# 78H JNB TF0,$ ;定时时间到？ CLR TF0 ;清T0标志 CPL P1.0 ;P1.0取反 SJMP LOOP ;循环继续 END,程序清单（查询法）,西华大学电气信息学院 郑海春,37,程序流程图（查询法）,设定T0的模式,启动T0,设定定时初值,TF0=0,清标志,CPL P1.0,Y,N,西华大学电气信息学院 郑海春,38,思考题：若采用模式0如何编程？,模式0时（13位模式）： TC= 8192 - 5ms /1us=3193=0C78H =

20、0000 1100 0111 1000 B =01100 01111000 B,高8位TH0 低5位TL0,MOVTH0，#63H MOVTL0，#18H 【注意】低8位中的高三位用0来填充，即00011000,西华大学电气信息学院 郑海春,39,（二）定时器方式1应用举例,利用P1.0口线输出周期为2S的方波。 【解】如何产生1S（1000ms）的定时？ 1000ms的定时由50ms累计20次。 1, 选择T0且设定为定时方式，模式1。 2, TC=65535-50ms/1us=3CB0H 3, TMOD控制字为：00000001B=01H 4, T0采用中断方式,既每50ms产生一次 中断

21、，中断20次便是1S。,软件重装初值,R0=0？,N,Y,CPL P1.0,2 S,1S,1S,P1.0,20 R0,R0-1R0,RETI,BRT0,中断服务程序,西华大学电气信息学院 郑海春,40,ORG 0000H LJMP START ORG 0030H START:MOV TMOD, #01H；设T0为定时方式，模式1 MOV TH0 , #3CH；50mS定时初值 MOV TL0 , #0B0H SETB TR0；启动定时器T0 MOV R0 , #14H；计数器R0赋初值20 LOOP:JNB TF0, $；等待50mS定时 BRT0:DJNZ R0, NEXT； 定时到计数器R0减一，R00，转NEXT CPL P1.0；P1.0输出取反 MOV R0, #14H；计数器R0重赋初值20 NEXT:MOV TH0, #3CH；软件重装初值 MOV TL0, #0B0H SJMP LOOP;返回LOOP继续 END,查询方式编程,西华大学电气信息学院 郑海春,41,（三）定时器门控位GATE的应用,如果GATE=1, TR=1时电路是否计数取决于/INT0： /INT0=1 时开始计数；/INT0=0,电路停止计数。 利用这一特点，可以实现测量外部脉冲的宽度。,计数器,震荡器,1/12,T