第四章 定時(shí)計(jì)數(shù)器

1、單片機(jī)原理及應(yīng)用1第四章第四章 定時(shí)器及應(yīng)用定時(shí)器及應(yīng)用主要內(nèi)容主要內(nèi)容1 1、定時(shí)器概述、定時(shí)器概述2 2、定時(shí)器的控制、定時(shí)器的控制3 3、定時(shí)器的四種工作模式及應(yīng)用、定時(shí)器的四種工作模式及應(yīng)用關(guān)鍵問題：關(guān)鍵問題： 1 1、如何實(shí)現(xiàn)定時(shí)和計(jì)數(shù)？、如何實(shí)現(xiàn)定時(shí)和計(jì)數(shù)？2 2、如何實(shí)現(xiàn)長定時(shí)？、如何實(shí)現(xiàn)長定時(shí)？3 3、用查詢方式和中斷方式實(shí)現(xiàn)定時(shí)。、用查詢方式和中斷方式實(shí)現(xiàn)定時(shí)。4 4、四種模式應(yīng)用的區(qū)別。、四種模式應(yīng)用的區(qū)別。單片機(jī)原理及應(yīng)用2定時(shí)器概述定時(shí)器概述 8051單片機(jī)內(nèi)單片機(jī)內(nèi)有有兩個(gè)兩個(gè)1616位定時(shí)器位定時(shí)器/ /計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器，常稱，常稱為定時(shí)器為定時(shí)器0 0和定時(shí)器和定時(shí)器

2、1 1，簡稱為簡稱為T0T0和和T1T1；均可作定時(shí)；均可作定時(shí)器用也可作計(jì)數(shù)器，器用也可作計(jì)數(shù)器，為加計(jì)數(shù)器為加計(jì)數(shù)器；用于定時(shí)控制、；用于定時(shí)控制、延時(shí)、外部計(jì)數(shù)和檢測等。延時(shí)、外部計(jì)數(shù)和檢測等。定時(shí)和計(jì)數(shù)本質(zhì)上都是計(jì)數(shù)。定時(shí)和計(jì)數(shù)本質(zhì)上都是計(jì)數(shù)。 外部信號外部信號內(nèi)部振蕩信號內(nèi)部振蕩信號計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)源選擇計(jì)數(shù)源選擇單片機(jī)原理及應(yīng)用3定時(shí)是要產(chǎn)生一定的時(shí)間間隔，此時(shí)計(jì)數(shù)來源是振蕩定時(shí)是要產(chǎn)生一定的時(shí)間間隔，此時(shí)計(jì)數(shù)來源是振蕩脈沖脈沖fosc的的12分頻分頻,定時(shí)時(shí)間定時(shí)時(shí)間t t實(shí)現(xiàn)原理如下：實(shí)現(xiàn)原理如下： 假定計(jì)數(shù)器從初值假定計(jì)數(shù)器從初值N N開始，到計(jì)滿回開始，到計(jì)滿回0 0時(shí)間為

3、時(shí)間為t t秒，秒，則則t=t=（65536-N65536-N）* *12 / fosc12 / fosc，通過設(shè)置合適的，通過設(shè)置合適的計(jì)數(shù)器初值計(jì)數(shù)器初值N N可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)t t。寫入初值寫入初值計(jì)數(shù)值回計(jì)數(shù)值回65535N+1歷時(shí)歷時(shí)t秒，共秒，共( 65536-N )個(gè)脈沖個(gè)脈沖 N+212 foscS單片機(jī)原理及應(yīng)用4 計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)原理：計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)原理：計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)的來源是外部待測信號，測量脈沖個(gè)來源是外部待測信號，測量脈沖個(gè)數(shù)。數(shù)。 計(jì)數(shù)器在計(jì)數(shù)器在0 0時(shí)刻寫入初值時(shí)刻寫入初值0 0，t t時(shí)刻測得計(jì)數(shù)值時(shí)刻測得計(jì)數(shù)值N N。運(yùn)用計(jì)數(shù)功能可測外部信號頻率運(yùn)用計(jì)數(shù)功能可測外部信

4、號頻率f=N/tHZf=N/tHZ寫入初值寫入初值0，計(jì)數(shù)開始計(jì)數(shù)開始計(jì)數(shù)結(jié)束，計(jì)數(shù)結(jié)束，計(jì)數(shù)值為計(jì)數(shù)值為N1歷時(shí)已知時(shí)間歷時(shí)已知時(shí)間t秒，共秒，共N個(gè)脈沖個(gè)脈沖 2待測信號一個(gè)待測信號一個(gè)周期周期單片機(jī)原理及應(yīng)用5說明：說明： 定時(shí)器定時(shí)器/ /計(jì)數(shù)器是單片機(jī)內(nèi)獨(dú)立于計(jì)數(shù)器是單片機(jī)內(nèi)獨(dú)立于CPUCPU的硬件實(shí)的硬件實(shí)現(xiàn)模塊現(xiàn)模塊, , 因此在工作期間不占用因此在工作期間不占用CPUCPU的時(shí)間。的時(shí)間。 作為計(jì)數(shù)器使用時(shí)：計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖來自于作為計(jì)數(shù)器使用時(shí)：計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖來自于引腳引腳T0T0或或T1T1的一個(gè)下降沿的一個(gè)下降沿, , 每來一個(gè)下降沿，計(jì)數(shù)器加每來一個(gè)下降沿，計(jì)數(shù)器加1

5、, 1, 計(jì)數(shù)頻率最高為振蕩頻率的計(jì)數(shù)頻率最高為振蕩頻率的1/241/24。單片機(jī)原理及應(yīng)用6定時(shí)器控制定時(shí)器控制 主要討論兩個(gè)定時(shí)主要討論兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器的控制寄存器計(jì)數(shù)器的控制寄存器TMOD和和TCON。系統(tǒng)復(fù)位時(shí)其初值為。系統(tǒng)復(fù)位時(shí)其初值為0。定時(shí)器編程定時(shí)器編程時(shí)要用到！時(shí)要用到！單片機(jī)原理及應(yīng)用7工作模式寄存器工作模式寄存器TMOD單片機(jī)原理及應(yīng)用8M1M1和和M0M0-工作模式控制位。其功能如下表：工作模式控制位。其功能如下表：定時(shí)器的四種工作模式分別為：定時(shí)器的四種工作模式分別為：模式模式0 0、模式、模式1 1、模、模式式2 2、模式、模式3 3，由特殊功能寄存器由特殊功能寄存

6、器TMODTMOD的的M1M0M1M0確定確定單片機(jī)原理及應(yīng)用9控制寄存器控制寄存器TCONTCON單片機(jī)原理及應(yīng)用10模式模式0(0(1313位計(jì)數(shù)器模式位計(jì)數(shù)器模式) )一、模式一、模式0 0時(shí)的結(jié)構(gòu)和工作原理時(shí)的結(jié)構(gòu)和工作原理011313位計(jì)數(shù)器位計(jì)數(shù)器GATE為為1時(shí)，只有當(dāng)時(shí)，只有當(dāng)INT0為高電平和為高電平和TR0為為1時(shí)，計(jì)數(shù)器才啟動計(jì)數(shù)。時(shí)，計(jì)數(shù)器才啟動計(jì)數(shù)。GATE為為0時(shí)，時(shí)，TR0為為1就可啟動計(jì)數(shù)就可啟動計(jì)數(shù)單片機(jī)原理及應(yīng)用11二、特點(diǎn)二、特點(diǎn) 1、13位方式（位方式（TL0、TL1的低的低5位和位和TH0、TH1的的8位）；位）； 2、計(jì)數(shù)器計(jì)滿溢出并歸、計(jì)數(shù)器計(jì)滿溢

7、出并歸0，重新新一輪計(jì)數(shù)。，重新新一輪計(jì)數(shù)。 3、如何定時(shí)、如何定時(shí)t？實(shí)現(xiàn)定時(shí)？實(shí)現(xiàn)定時(shí)t最重要確定計(jì)數(shù)初值最重要確定計(jì)數(shù)初值X。 t=（213-初值初值X）*振蕩周期振蕩周期*12 =（213-初值初值X）*機(jī)器周期機(jī)器周期Tcy 最大計(jì)數(shù)值最大計(jì)數(shù)值N為：為： 213 = 8192 6MHZ晶振下，定時(shí)最長為晶振下，定時(shí)最長為16.384ms。單片機(jī)原理及應(yīng)用12三、應(yīng)用舉例三、應(yīng)用舉例 例例4-1 使用定時(shí)器使用定時(shí)器T0定時(shí)時(shí)間為定時(shí)時(shí)間為1ms，選擇工，選擇工作模式作模式0，osc=6MHz。試確定。試確定T0初值，計(jì)算初值，計(jì)算最大定時(shí)時(shí)間最大定時(shí)時(shí)間T。解：解： （1）求）求T

8、0的初值的初值X 由公式：由公式：t=(213-T0初值初值)*機(jī)器周期機(jī)器周期Tcy t=1ms=1000s 機(jī)器周期機(jī)器周期Tcy=12/osc=12/6000000s=2s得得 1000=（ 213 -X）*2所以初值所以初值 X=8192-500=7692=1111000001100B （一定要寫全（一定要寫全13位）位） TL0： 00001100B=0CH TH0：11110000B=F0HTL0的低的低5位和位和TH0的的8位位單片機(jī)原理及應(yīng)用13（2）最大定時(shí)時(shí)間）最大定時(shí)時(shí)間T （工作模式（工作模式0下）下） 當(dāng)當(dāng)T0的初值的初值=0時(shí)為最大定時(shí)時(shí)間時(shí)為最大定時(shí)時(shí)間 T=（2

9、13 -0）*2=8192*2s =16384 s =16.384ms單片機(jī)原理及應(yīng)用14指定定時(shí)器指定定時(shí)器工作模式工作模式給定時(shí)器給定時(shí)器賦初值賦初值啟動定時(shí)器啟動定時(shí)器等待，直到溢出等待，直到溢出標(biāo)志位為標(biāo)志位為1定時(shí)到定時(shí)到采用查詢方式定時(shí)采用查詢方式定時(shí)處理定時(shí)到事件處理定時(shí)到事件TMODTL0（TL1）TH0（TH1）TR0（TR1）=1TF0（TF1）單片機(jī)原理及應(yīng)用15 例例4-2 編程實(shí)現(xiàn)在編程實(shí)現(xiàn)在P1.0口產(chǎn)生寬度為口產(chǎn)生寬度為1ms的負(fù)脈沖，的負(fù)脈沖，要求采用定時(shí)器要求采用定時(shí)器T1以模式以模式0實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)1ms定時(shí)，定時(shí)， osc=6MHz。解解（1）計(jì)算初值（同上，略

10、）計(jì)算初值（同上，略） F0HTH0，0CHTL0 （2）程序清單（查詢方式）程序清單（查詢方式） ORG 0040H AJMP MAIN ORG 0100HMAIN： SETB P1.0 MOV TMOD，MOV TL1，MOV TH1，SETB TR1CLR P1.0JNB TF1，$CLR TF1SETB P1.0END #0CH#0F0H模式模式0啟動定啟動定時(shí)器時(shí)器等待溢出等待溢出中斷中斷#0單片機(jī)原理及應(yīng)用16指定定時(shí)器指定定時(shí)器工作模式工作模式給定時(shí)器給定時(shí)器賦初值賦初值中斷初始化中斷初始化啟動定時(shí)器啟動定時(shí)器等待中斷等待中斷采用中斷方式定時(shí)采用中斷方式定時(shí)TMODIE“定時(shí)到定

11、時(shí)到”事事件在哪里處件在哪里處理理? ?TL0（TL1）TH0（TH1）TR0（TR1）=1中斷服務(wù)子程序中斷服務(wù)子程序void Timer1() interrupt 1()void Timer2() interrupt 3()單片機(jī)原理及應(yīng)用17 例例4-3 利用利用T0的工作模式的工作模式0產(chǎn)生產(chǎn)生1ms的定時(shí)，編程實(shí)現(xiàn)在的定時(shí)，編程實(shí)現(xiàn)在P1.0引腳上輸出周期為引腳上輸出周期為2ms的方波的方波。設(shè)單片機(jī)的晶振頻率。設(shè)單片機(jī)的晶振頻率osc=12MHz。 解解： 方法：方法：定時(shí)定時(shí)1ms，對，對P1.0取反，然后繼續(xù)定時(shí)取反，然后繼續(xù)定時(shí) （1）設(shè)置模式字）設(shè)置模式字 TMOD= *

12、0000B =00000000B=00H （2）計(jì)算初值）計(jì)算初值 由公式：由公式：t=(213-T0初值初值)*機(jī)器周期機(jī)器周期 t=1ms=1000s， 機(jī)器周期機(jī)器周期Tcy=12/osc=12/12000000s=1s 1000=（ 213 -X）*1=（8192-X）*1 X=7192=1110000011000B T0的低的低5位：位：11000B=18H T0的高的高8位：位：11100000B=E0H1ms2ms單片機(jī)原理及應(yīng)用18一、模式一、模式1 1時(shí)的結(jié)構(gòu)和工作原理時(shí)的結(jié)構(gòu)和工作原理 與模式與模式0 0類似，不同之處在于是類似，不同之處在于是1616位計(jì)數(shù)器位計(jì)數(shù)器01模

13、式模式1 1及其應(yīng)用及其應(yīng)用單片機(jī)原理及應(yīng)用19二、特點(diǎn)二、特點(diǎn) 1、1616位方式（位方式（TL0TL0、1 1的低的低8 8位和位和TH0TH0、1 1的的8 8位）；位）； 2、計(jì)數(shù)器計(jì)滿回計(jì)數(shù)器計(jì)滿回0 0，重新新一輪計(jì)數(shù)。，重新新一輪計(jì)數(shù)。 計(jì)數(shù)值計(jì)數(shù)值N和定時(shí)時(shí)間和定時(shí)時(shí)間t的計(jì)算的計(jì)算 ： N= 216-初值初值X t=（216-初值初值X） *機(jī)器周期機(jī)器周期Tcy最大計(jì)數(shù)值為：最大計(jì)數(shù)值為： 216 =65536計(jì)算初值與方式計(jì)算初值與方式0不同不同單片機(jī)原理及應(yīng)用20例例4-4 4-4 用定時(shí)器用定時(shí)器T1T1產(chǎn)生一個(gè)產(chǎn)生一個(gè)50Hz50Hz的方波，由的方波，由P1.1輸輸

14、 出。使用程序查詢方式，設(shè)出。使用程序查詢方式，設(shè)osc=12MHzosc=12MHz。 解解： （1 1）計(jì)算初值）計(jì)算初值 方波周期方波周期T為：為：T=1/50s=0.02s=20ms 定時(shí)時(shí)間為：定時(shí)時(shí)間為：t=T/2=10ms=10000s 由公式：由公式： t=（216-X）*機(jī)器周期機(jī)器周期Tcy 因因Tcy=1s，得，得 10000= (216-X)*1， 10000=65536-X X=55536=D8F0H單片機(jī)原理及應(yīng)用21 （2 2）模式字）模式字TMOD TMOD=0001*B=10H （3 3）源程序）源程序 ORG 0030H MOV TMOD，#10H MOV

15、TH1，#0D8H MOV TL1，#0F0H SETB TR1LP： JNB TF1，$ CLR TF1 MOV TH1，#0D8H MOV TL1，#0F0H CPL P1.1 SJMP LP單片機(jī)原理及應(yīng)用22 例例4-4-門控位門控位GATEGATE的使用的使用使用定時(shí)器使用定時(shí)器0工作在方式下，測量工作在方式下，測量/INT0/INT0引腳上的正脈引腳上的正脈沖寬度。沖寬度。 方法：方法：用用/INT0/INT0引腳信號啟動計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，引腳信號為低引腳信號啟動計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，引腳信號為低時(shí)停止計(jì)數(shù)。通過讀入計(jì)數(shù)值，算出正脈沖寬度。時(shí)停止計(jì)數(shù)。通過讀入計(jì)數(shù)值，算出正脈沖寬度。程序：程序：

16、MOV TMOD,#09H MOV TL0,#0 MOV TH0,#0 CLR EA JNB P3.2,$ ;等待高電平等待高電平 SETB TR0；軟件啟動軟件啟動JB P3.2,$ ;等待低電平等待低電平CLR TR0 ;關(guān)定時(shí)器關(guān)定時(shí)器MOV 30H,TL0MOV 31H,TH0只有當(dāng)只有當(dāng)TR0TR0和和INT0INT0同時(shí)為同時(shí)為高時(shí)才開始計(jì)數(shù)高時(shí)才開始計(jì)數(shù)單片機(jī)原理及應(yīng)用23一、模式一、模式2 2時(shí)的結(jié)構(gòu)和工作原理時(shí)的結(jié)構(gòu)和工作原理 與以前模式區(qū)別在于：與以前模式區(qū)別在于： 計(jì)數(shù)器為計(jì)數(shù)器為8 8位位自動重裝初值自動重裝初值計(jì)數(shù)器，在循環(huán)定時(shí)或計(jì)數(shù)時(shí)，計(jì)數(shù)器，在循環(huán)定時(shí)或計(jì)數(shù)時(shí)，不

17、必反復(fù)預(yù)置計(jì)數(shù)初值。不必反復(fù)預(yù)置計(jì)數(shù)初值?？蛇B續(xù)計(jì)數(shù)可連續(xù)計(jì)數(shù)模式模式2 2及其應(yīng)用及其應(yīng)用單片機(jī)原理及應(yīng)用24二、特點(diǎn)二、特點(diǎn) 1 1、自動重裝方式；、自動重裝方式； 2 2、8 8位定時(shí)位定時(shí)/ /計(jì)數(shù)器，定時(shí)時(shí)間短，計(jì)數(shù)器，定時(shí)時(shí)間短， 計(jì)數(shù)值計(jì)數(shù)值N N和定時(shí)時(shí)間和定時(shí)時(shí)間t t的計(jì)算的計(jì)算 ： N= 2N= 28 8- -初值初值X X t=t=（2 28 8- - 初值初值X X） * *機(jī)器周期機(jī)器周期TcyTcy 最大計(jì)數(shù)值為：最大計(jì)數(shù)值為： 2 28 8 =256=256 說明：通常使用定時(shí)期說明：通常使用定時(shí)期T1T1工作在模式工作在模式2 2作為作為串口串口的波特率發(fā)生器

18、的波特率發(fā)生器。單片機(jī)原理及應(yīng)用25例例4-6 4-6 利用定時(shí)器利用定時(shí)器T1T1的模式的模式2 2對外部信號計(jì)數(shù)，要求每計(jì)滿對外部信號計(jì)數(shù)，要求每計(jì)滿100100次對次對P1.0P1.0端取反。端取反。解：解： （1 1）計(jì)算計(jì)數(shù)初值）計(jì)算計(jì)數(shù)初值X X 100=28-X X=256-100=156=9CH （2 2）模式字）模式字 TMOD=0110*B=60H （3 3）程序清單）程序清單 ；用中斷方式；用中斷方式 ORG 0030HMAIN：MOV TMOD，#60H MOV TL1，#9CH MOV TH1，#156 MOV IE，#88H SETB TR1 SJMP $中斷服務(wù)程

19、序中斷服務(wù)程序ORG 001BHORG 001BHCPL P1.0CPL P1.0RETIRETI單片機(jī)原理及應(yīng)用26一、模式一、模式3時(shí)的結(jié)構(gòu)和工作原理時(shí)的結(jié)構(gòu)和工作原理 定時(shí)定時(shí)/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器T0有工作模式有工作模式3，T1無此工作模式無此工作模式。 模式模式3使單片機(jī)具有使單片機(jī)具有3個(gè)定時(shí)器，其中一個(gè)是個(gè)定時(shí)器，其中一個(gè)是8位的定時(shí)位的定時(shí)/計(jì)計(jì)數(shù)器，一個(gè)是只能定時(shí)的數(shù)器，一個(gè)是只能定時(shí)的8位定時(shí)器，還有一個(gè)位定時(shí)器，還有一個(gè)16位的定時(shí)器位的定時(shí)器固定用作串口波特率發(fā)生器。固定用作串口波特率發(fā)生器。模式模式3 3及其應(yīng)用及其應(yīng)用01單片機(jī)原理及應(yīng)用27二、特點(diǎn)二、特點(diǎn) 1 1、僅、僅

20、T0T0具有模式具有模式3 3，為，為兩個(gè)兩個(gè)8 8位方式位方式，用用TL0TL0和和TH0TH0 （1 1）用）用TL0TL0的既的既可計(jì)數(shù)也可定時(shí)可計(jì)數(shù)也可定時(shí)，與其它模式完全相同；，與其它模式完全相同； （2 2）用）用TH0TH0的的僅能夠定時(shí)僅能夠定時(shí)，不能用外部控制門，且占用，不能用外部控制門，且占用T1T1的的 資源資源TR1TR1和和TF1TF1，有運(yùn)行控制有運(yùn)行控制和溢出和溢出中斷請求中斷請求。 2 2、當(dāng)、當(dāng)T0T0工作在模式工作在模式3 3時(shí)，時(shí)，T1T1常以模式常以模式2 2工作工作，作為串口的波，作為串口的波特率發(fā)生器。特率發(fā)生器。單片機(jī)原理及應(yīng)用28 模式模式0：1

21、3位計(jì)數(shù)器方式位計(jì)數(shù)器方式 模式模式1：16位計(jì)數(shù)器方式位計(jì)數(shù)器方式模式模式2：8位重裝計(jì)數(shù)器方式位重裝計(jì)數(shù)器方式模式模式3：相當(dāng)于：相當(dāng)于2個(gè)個(gè)8位的計(jì)數(shù)器，只有定時(shí)器位的計(jì)數(shù)器，只有定時(shí)器T0才有才有 適用于特殊的場合適用于特殊的場合重點(diǎn)掌握重點(diǎn)掌握了解即可了解即可定時(shí)定時(shí)/ /計(jì)數(shù)器總結(jié)計(jì)數(shù)器總結(jié)單片機(jī)原理及應(yīng)用29（1）最大定時(shí)時(shí)間長度）最大定時(shí)時(shí)間長度Tmax： 在晶振頻率在晶振頻率Fosc=6MHz情況下，情況下， 模式模式0 ： Tmax=2s*8192=16.384ms 模式模式1： Tmax=2s*65536=131.072ms 模式模式2： Tmax=2s*256=512s

22、 如何定時(shí)時(shí)間長度超出如何定時(shí)時(shí)間長度超出TmaxTmax的時(shí)間？的時(shí)間？ 比如定時(shí)比如定時(shí)1S？單片機(jī)原理及應(yīng)用30指定定時(shí)器工作模式指定定時(shí)器工作模式給定時(shí)器賦初值給定時(shí)器賦初值啟動定時(shí)器啟動定時(shí)器定時(shí)定時(shí)100ms到到軟件計(jì)數(shù)器軟件計(jì)數(shù)器-1采用查詢方式定時(shí)采用查詢方式定時(shí)1 1S處理定時(shí)處理定時(shí)到事件到事件定時(shí)定時(shí)100ms的初值的初值軟件計(jì)數(shù)器賦值軟件計(jì)數(shù)器賦值1010程序?qū)崿F(xiàn)：程序?qū)崿F(xiàn)： 采用一個(gè)軟件計(jì)數(shù)器配合定時(shí)器計(jì)數(shù)，采用一個(gè)軟件計(jì)數(shù)器配合定時(shí)器計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)長定時(shí)實(shí)現(xiàn)長定時(shí)。1S=100ms1S=100ms1010， 1010個(gè)個(gè)100ms100ms就得到就得到1S1S。軟件計(jì)數(shù)器軟件計(jì)數(shù)器為為0 0？YN重賦初值重賦初值單片機(jī)原理及應(yīng)用31指定定時(shí)器指定定時(shí)器工作模式工作模式給定時(shí)器給定時(shí)器賦初值，賦初值，100ms中斷初始化中斷初始化啟動定時(shí)器啟動定時(shí)器等待中斷等待中斷采用中斷方式定時(shí)采用中斷方式定時(shí)1STMODT