第六章：定时计数器B.讲义.ppt

1、单片机与控制技术,电气学院：王欣,第6章：MCS-51的定时器/计数器,RE： 硬件编程结构及引脚已介绍 CPU主要部件与特殊功能寄存器（SFR）已介绍 片内外存储器的组织结构和编址已介绍 并行I/O口已介绍 中断及中断系统已介绍 定时/计数器（外设） 【本次课内容！】 串行口（外设）,生产线上产品计数。每个产品通过得到一个脉冲信号，计数器记录脉冲个数，当计数值与设定值相等，启动包装机器。 检测转速。电机转动一圈发出一个脉冲，计数器记录一秒时间内脉冲个数，显示转速。,定时/计数器的应用,（1）获取一定的时间间隔信号（即定时），或对外部的脉冲个数进行计数。采用专用的硬件定时/计数器（而不是用延时

2、程序来获得定时），减轻了CPU的负担。 （2）定时和计数的本质是一样的。当计数器所计的脉冲是频率不变的信号时，通过计数值就可以知道时间长短，这时计数器就成了定时器。,定时/计数器的作用：,MCS51单片机的定时/计数器资源,有2个(8052有3个)16位的定时/计数器，均为加1计数； 4种工作方式（16位/13位/8位/波特率），由TMOD控制寄存器中的M1、M0位来控制 两个SFR：TMOD定义工作方式，TCON控制有关功能 定时器的实质为对MCU片内机器周期计数，而计数器对芯片外部引脚T0、T1上的脉冲信号个数计数。,定时/计数器的工作原理,定时/计数器中的核心部件为可预置初值计数器。预置

3、初值后开始计数，直至计数值归0或产生溢出，可申请中断。 计数器有加 1 计数或减1计数两种形式。,说明： 当用作定时器功能时，加1计数器每经过一个机器周期的时间加1 ，所以定时器可看作计算机器周期的计数器。由于每个机器周期包含12个振荡信号周期，所以加1计数器的计数脉冲频率为振荡器信号的1/12，当振荡器频率为6MHz时计数脉冲的最高频率为500KHz，或周期为2s。 当用作计数器功能时，加1计数器的计数脉冲取自外部输入引脚T0、T1（8052还有T2），只要这些引脚上有一个从“1”到“0”的负跳变，加1计数器就加1。CPU在每个机器周期对外部输入状态进行采样。计数器加1的执行是在检测到跳变后

4、的那个机器周期时刻。由于需要两个机器周期（24个振荡信号周期）来识别一个从“1”到“0”的负跳变，所以最大计数速率为振荡信号频率的1/24。显而易见，为了保障外部输入状态在改变之前至少采样一次，因此，信号必须至少保持一个完整的机器周期。,图6-1 MCS-51定时器/计数器逻辑结构框图,T0,T1,TF1,TF0,设定4种工作状态,1 定时/计数器的结构,51系列单片机中有两个特殊功能寄存器(TMOD/TCON),用于 定义定时/计数器的工作方式和控制定时/计数器的有关功能. 1）定时器方式寄存器TMOD（只能按字节地址访问！） TMOD用于定义工作方式以及操作方式。其格式为：,高位 低位,定

5、时/计数器1 定时/计数器0,TMOD,TMOD的高4位控制定时/计数器1，低4位控制定时/计数0。 其中M1、M0定义定时/计数器的工作方式。,1）定时器方式寄存器TMOD,C/T：定时/计数器功能选择位。 1：计数器功能（对外部脉冲即负跳变计数，允许的最高计数频率为晶振频率的1/24）； 0：定时器功能 GATE：门控制位，用于控制定时/计数器的（启动）计数是否受外部中断输入引脚（INT0、INT1脚）电平的影响。 GATE=0，与外部中断无关，以运行控制位TRX来启动； GATE=1，只有在没有外部中断请求信号情况下（即外部中断引脚INTx=1），才允许计数。 M1、M0：工作方式选择,

6、T1,T0,D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,由M1、M0决定的定时/计数器的工作方式,举例：设置T1为16位的计数器对外部脉冲计数，T1启动不受外部中断影响。则 MOV TMOD，50H；（0101 0000B）,2）定时器控制寄存器TCON,SETB TR0；启动定时器0,使用中断方式，作为中断请求标志位， 进入中断服务程序后硬件自动清零,软件控制,3）定时器初值的确定？ 加法计数器是计满溢出时才申请中断, 所以在给定时器/计数器赋初值时, 不能直接输入所需的计数值, 而应输入的是计数器计数的最大值与这一计数值的差值, 设最大值为 M, 初值为 X, 则 X的计算方法如下:

7、计数状态: X=M计数值 定时状态: X=M定时时间/Tcy 而 Tcy=12晶振频率,每一种工作方式对应的最大计数值：,方式0 13位计数器,方式1 16位计数器,方式2 8位计数器,方式3 8位计数器,定时初值：,对机器周期进行计数。T：定时时间，X：初值，N：计数,器位数，,：系统时钟（晶振）频率，则：,计数初值：,对外部脉冲进行计数，计数值根据要求确定。X：初值，N：计数器位数，则,2 定时器/计数器的4种工作方式,SFR: 定时器方式寄存器TMOD TMOD用于定义工作方式以及操作方式。其格式为：,高位 低位,定时/计数器1 定时/计数器0,TMOD,TMOD的高4位控制定时/计数器

8、1，低4位控制定时/计数0。 其中M1、M0定义定时/计数器的工作方式。,1）方式0 （13位计数器）,当M1、M0位置成00时，工作方式为方式0，由图这时定时/计数器的加1计数器为13位，即TL的低5位和TH的8位。 计数脉冲源由TMOD的C/T位来决定。TL和TH的计数值由全“1”变为全“0”时，TCON的中断溢出标志位TF置位，定时/计数器向CPU申请中断。允许计数脉冲输入的条件是：TR0/1=1且GATE=0或/INT01=1，这些均由软件设置。,0,1,1,1,1,1,0,1,0,0,Timer,Count,当定时/计数器工作于定时功能且选为方式0时，应按照定时的时间选择一个时间常数

9、作为计数器的初值，需要连续定时时，应在每次溢出产生中断后，在程序（ISR）中为TL和TH 装入初值。 方式0的计数长度M为2的13次方。初值也是13位二进制数，但要注意是高8位赋值给THx，低5位前面补足 3 个 0 凑成 8 位赋给TLx。 举例：如要求T0的计数值为1000，则初值为 xM100081921000 1C18H1 1100 0001 1000B 则赋初值时， TH0 1 1100 000B=0E0H， TL0 0001 1000B =18H。,2）方式1 （16位计数器）,方式1和方式0的工作原理基本相同，唯一不同是T0和T1工作在方式1时是16位的计数/定时器 方式1时的计

10、数长度M是2的16次方。16位的初值直接拆成高低字节，分别送入THx和TLx即可。,3）方式2 （8位计数器，初始值自动重装）,工作方式0和工作方式1的最大特点就是计数溢出后，计数器为全0，因而循环定时或循环计数应用时就存在反复设置初值的问题，这给程序设计带来许多不便，同时也会影响计时精度。,作为计数器,保存计数初值,工作方式2就针对这个问题而设置，它具有自动重装载功能，即自动加载计数初值，所以也称为自动重加载工作方式。 在这种工作方式中，16位计数器分为两部分，即以TL0为计数器，以TH0作为预置寄存器，初始化时把计数初值分别加载至TL0和TH0中，当计数溢出时，不再象方式0和方式1那样需要

11、“人工干预”，由软件重新赋值，而是由预置寄存器TH以硬件方法自动给计数器TL0重新加载。,4）方式3 （两个独立8位计数器，仅限T0）,独立！,定时器模式,在工作方式3模式下，定时/计数器0被拆成两个独立的8位计数器TL0和TH0。其中TL0既可以作计数器使用，也可以作为定时器使用，定时/计数器0的各控制位和引脚信号全归它使用。其功能和操作与方式0或方式1完全相同。 TH0就没有那么多“资源”可利用了，只能作为简单的内部定时器使用，而且由于定时/计数器0的控制位已被TL0占用，因此只能借用定时/计数器1的控制位TR1和TF1，也就是以计数溢出去置位TF1，TR1则负责控制TH0定时的启动和停止

12、。 由于TL0既能作定时器也能作计数器使用，而TH0只能作定时器使用而不能作计数器使用，因此在方式3模式下，定时/计数器0可以构成二个定时器或者一个定时器和一个计数器。 T0工作于方式3时，T1的工作方式就不可避免受到一定的限制，因为自己的一些控制位已被定时/计数器0借用，只能工作在方式0、方式1或方式2下，不同的是定时/计数器1不能使用溢出标志和中断！ 如果设置T1工作在方式3，则T1停止工作，相当于其他方式时令TR10。,T0工作在方式3下T1的各种工作方式,一般情况下，当T1用作串行口的波特率发生器时， T0才工作在方式3。 T0处于方式3时， T1可定为方式0、方式1和方式2，用来作为

13、串行口的波特率发生器，或不需要中断的场合。,（1）T1工作在方式0,（2）T1工作在方式1,（3）T1工作在方式2,（3） 定时/计数器的初始化,由于定时/计数器是可编程的，因此在进行定时或计数之前要把程序进行初始化。初始化一般包括以下几个步骤： S1确定工作方式TMOD寄存器赋值。 S2置定时/计数器的初值直接将初值写入寄存器TH0、TL0和 TH1、TL1。 S3根据需要，开放中断对寄存器IE置初值。 S4启动使TCON寄存器中的TR1或TR0置位，置位后，加1计数器按规定的工作方式和初值开始计数。 初值N的计算可以通过下式求得： 计数方式：N=M-计数值 定时方式时：N=M-定时值（fo

14、sc/12）。 其中：M为加1计数器的最大值（在不同的工作方式中，M可以为213、216或28），fosc为振荡器频率（即主振频率）。,补充： 定时器/计数器应用举例,一、 方式 0 的应用 例 1 利用定时器T0产生1ms定时，并使P1.0输出周期为 2 ms的方波, 设单片机晶振频率为 6 MHz。 选用定时器 /计数器T0 作定时器, 输出为P1.0 引脚, 2 ms 的方波可由间隔 1 ms的高低电平相间而成, 因而只要每隔 1 ms对 P1.0 取反一次即可得到这个方波。 定时 1 ms的初值: 因为 机器周期=126 MHz= 2 s 所以 1 ms内T0 需要计数N次: N= 1

15、 ms2 s = 500,由此可知: 使用方式 0 的 13 位计数器即可, T0 的初值X为 X=MN=8 192500=7 692=1E0CH 但是, 因为 13 位计数器中, 低 8 位 TL0 只使用了 5 位, 其余码均计入高 8 位TH0 的初值, 则 T0 的初值调整为 TH0=0F0H, TL0=0CH TMOD初始化: TMOD=00000000B=00H （GATE=0, C/T=0, M1=0, M0=0） TCON初始化: 启动TR0=1 IE初始化: 开放中断EA=1, 定时器T0 中断允许ET0=1,补充： 定时器/计数器应用举例,程序清单如下: ORG 0000H

16、 AJMP START; 复位入口 ORG 000BH AJMP TOINT ; T0中断入口 ORG 0030H START: MOV SP, 60H; 初始化程序 MOV TH0, 0F0H ; T0赋初值 MOV TL0, 0CH MOV TMOD, 00H ; 工作方式设定 SETB TR0 ; 启动T0,补充： 定时器/计数器应用举例,SETB ET0 ; 开T0中断 SETB EA ; 开总允许中断 MAIN: AJMP MAIN ; 主程序 T0INT: CPL P1.0 ; 取反 MOV TL0, 0CH；重装计数初值 MOV TH0, 0F0H RETI END,补充： 定时

17、器/计数器应用举例,一、 方式 1 的应用 例 2 利用定时器T1产生一个25Hz方波，并使P1.0输出的, 设单片机晶振频率为 12 MHz。 选用定时器 /计数器T1 作定时器, 输出为P1.0 引脚, 25Hz的方波的周期为1/25=40ms， T1可由间隔20ms的高低电平相间而成, 因而只要每隔20ms对 P1.0 取反一次即可得到这个方波。 定时 20ms的初值: 因为 机器周期=1212MHz= 1 s 所以 20ms内T1需要计数的次数为: 20 ms1 s = 20000 次,由此可知: 使用方式 1 的 16 位计数器即可, T1 的初值X为 X=MN=6553620000

18、=45536=B1E0H 方式1为 16 位计数器, 低 8 位 TL1 和高 8 位TH1 可以直接赋初值, 则 T1 的初值为 TH0=0B1H, TL0=0E0H TMOD初始化: TMOD=00010000B=10H （GATE=0, C/T=0, M1=0, M0=1） TCON初始化: 启动TR1=1 IE初始化: 开放中断EA=1, 定时器T0 中断允许ET1=1,补充： 定时器/计数器应用举例,程序清单如下: (中断方式) ORG 0000H AJMP START; 复位入口 ORG 001BH AJMP TOINT ; T1中断入口 ORG 0030H START: MOV

19、SP, 60H; 初始化程序 MOV TH0, 0B1H ; T1赋初值 MOV TL0, 0E0H MOV TMOD, 10H ; 工作方式设定 SETB TR1 ; 启动T1,补充： 定时器/计数器应用举例,SETB ET1 ; 开T1中断 SETB EA ; 开总允许中断 MAIN: AJMP MAIN ; 主程序 T0INT: CPL P1.0 ; 取反 MOV TL0, 0B1H；重装计数初值 MOV TH0, 0E0H RETI END,查询方式,二、 方式 1应用 方式 1 与方式 0 基本相同, 只是方式 1 改用了 16 位计数器。 要求定时周期较长时, 13 位计数器不够用

20、, 可改用 16 位计数器。 例 2 已知某生产线的传送带上不断地有产品单向传送, 产品之间有较大间隔。使用光电开关统计一定时间内的产品个数。 假定红灯亮时停止统计, 红灯灭时才在上次统计结果的基础上继续统计, 试用单片机定时器 /计数器T1的方式 1完成该项产品的计数任务。,补充： 定时器/计数器应用举例,图 6.7 硬件原理图,补充： 定时器/计数器应用举例,(1) 初始化: TMOD=11010000B=0D0H （GATE=1, C/T=1, M0M1=01） TCON=00H (2) T1在方式1时, 溢出产生中断, 且计数器回零, 故在中断服务程序中, 需用R0计数中断次数, 以保

21、护累积计数结果。,补充： 定时器/计数器应用举例,(3) 启动T1计数, 开T1中断。 程序清单如下:,ORG 0000H AJMP START ; 复位入口 ORG 001BH AJMP T1INT ; T1中断入口 ORG 0100H START: MOV SP, 60H ; 初始化程序 MOV TCON, 00H MOV TMOD, 0D0H MOV TH1, 00H,补充： 定时器/计数器应用举例,MOV TL1, 00H MOV R0, 00H ; 清中断次数计数单元 MOV P3, 28H; 设置P3.5第二功能 SETB TR1 ; 启动T1 SETB ET1; 开T1中断 SE

22、TB EA ; 开总中断 MAIN: ACALL DISP ; 主程序, 调显示子程序 ORG 0A00H T1INT: INC R0 ; 中断服务子程序 RETI DISP: ; 显示子程序 RET,补充： 定时器/计数器应用举例,三、 方式 2 应用 方式 2 是定时器自动重装载的操作方式, 在这种方式下, 定时器 0 和 1 的工作是相同的, 它的工作过程与方式 0、 方式 1 基本相同, 只不过在溢出的同时, 将 8 位二进制初值自动重装载, 即在中断服务子程序中, 不需要编程送初值, 这里不再举例。定时器 T1 工作在方式 2 时, 可直接用作串行口波特率发生器,补充： 定时器/计数

23、器应用举例,补充： 定时器/计数器应用举例,例 3 利用定时器T1，采用工作方式2，计数，要求每计数156次，将P1.7取反。 选用定时器 /计数器T1 工作于计数方式, 外部计数脉冲由T1（P3.5）引脚引入,每来一个由1至0的跳变计数器加1， 由程序查询TF1的状态。 计数初值: X=256-156=100=64H TH1=TL1=64H TMOD初始化: TMOD=01100000B=60H （GATE=0, C/T=1, M1=1, M0=0） TCON初始化: 启动TR1=1,ORG 2000H MOV TMOD, 60H;T1方式2，计数方式 MOV TH1, 64H ；T1计数初

24、值 MOV TL1, 64H SETB TR1 ；启动T1 START: JBC TF1，REP ；TF1=1转移 SJMP LOOP ；等待 REP: CPL P1.7 ；取反输出 SJMP LOOP,补充： 定时器/计数器应用举例,四、 方式 3 的应用 定时器 T0 工作在方式 3 时是 2 个 8 位定时器 /计数器。 且TH0 借用了定时器 T1 的溢出中断标志TF1和运行控制位 TR1。 例 3 假设有一个用户系统中已使用了两个外部中断源, 并置定时器 T1 于方式 2, 作串行口波特率发生器用, 现要求再增加一个外部中断源, 并由 P1.0 口输出一个 5K Hz的方波（假设晶振

25、频率为 6 MHz）。,补充： 定时器/计数器应用举例,在不增加其它硬件开销时, 可把定时器/计数器 T0 置于工作方式 3, 利用外部引脚 T0端作附加的外部中断输入端, 把 TL0 预置为 0FFH, 这样在 T0 端出现由 1至 0 的负跳变时, TL0 立即溢出, 申请中断, 相当于边沿激活的外部中断源。 在方式 3下, TH0 总是作 8 位定时器用, 可以靠它来控制由 P1.0 输出的 5 kHz方波。 由 P1.0 输出 5 kHz的方波, 即每隔 100 s使 P1.0 的电平发生一次变化。则TH0中的初始值 X=MN=256100/2=206。 下面是有关的程序。,补充： 定

26、时器/计数器应用举例,MOV TL0, 0FFH MOV TH0, 206 MOV TL1, BAUD ; BAUD根据波特率要求设置常数 MOV TH1, BAUD MOV TMOD, 27H ; 置T0工作方式3计数，置T1为方式2定时 MOV TCON, 55H ; 启动定时器 T0、 T1, 置外部中断 0 和 1 ; 为跳沿触发方式 MOV IE, 9FH ; 开放全部中断,补充： 定时器/计数器应用举例,TL0 溢出中断服务程序（由 000BH单元转来）: TL0INT: MOV TL0, 0FFH；TL0重新装入初值 ; 外部引脚 T0 引起中断处理程序 RETI TH0 溢出中断服务程序（由 001BH转来）: TH0INT: MOV TH0, 206 ；TH0重新装入初值 CPL P1.0 ； P1.0取反输出 RETI 此处串行口中断服务程序、 外中断 0和外中断 1的中断服务程序没有列出。,补充： 定时器/计数器应用举例,本讲小结：,MCS51定时/计数器的两个SFR：TMOD、TCON 定时/计数器的4种工作方式 定时/计数器的初值计算？ 编程时如何初始化？,小结