單片機項目教學：定時器計數(shù)器的應用—音樂門鈴的制作(匯編語言)

1、1 定時器的結(jié)構(gòu)及工作原理2 定時器的TMOD和TCON寄存器3 定時器的工作方式 方式0 方式1 方式2 方式34 定時器的編程和應用1基本知識基本知識定時器定時器/ /計數(shù)器簡介計數(shù)器簡介 1 1計數(shù)概念計數(shù)概念 同學們選班長時，要投票，然后統(tǒng)計選票，常用的方法是畫“正”，每個“正”號五劃，代表五票，最后統(tǒng)計“正”號的個數(shù)即可，這就是計數(shù)。單片機有兩個定時/計數(shù)器T0和T1，都可對外部輸入脈沖計數(shù)。計數(shù)計數(shù)24瓶瓶光電信號光電信號24瓶裝完申請中斷瓶裝完申請中斷轉(zhuǎn)入中斷服務程序裝箱轉(zhuǎn)入中斷服務程序裝箱輸送帶輸送帶 例如一啤酒生產(chǎn)線，如下圖所示例如一啤酒生產(chǎn)線，如下圖所示 2 2計數(shù)器的容量

2、計數(shù)器的容量 我們用一個瓶子盛水，水一滴滴地滴入瓶中，水滴不斷落下，瓶的容量是有限的，過一段時間之后，水就會逐漸變滿，再滴就會溢出。 單片機中的計數(shù)器也一樣，T0和T1這兩個計數(shù)器分別是由兩個8位的RAM單元組成的，即每個計數(shù)器都是16位的計數(shù)器，最大的計數(shù)量是65536。 3. 3. 定時定時一個鐘表，秒針走60次，就是1分鐘，所以時間就轉(zhuǎn)化為秒針走的次數(shù)，也就是計數(shù)的次數(shù)，可見，計數(shù)的次數(shù)和時間有關(guān)。只要計數(shù)脈沖的間隔相等，則計數(shù)值就代表了時間，即可實現(xiàn)定時。秒針每一次走動的時間是1秒，所以秒針走60次，就是60秒，即1分鐘。因此，單片機中的定時器和計數(shù)器是一個東西，只不過計數(shù)器是記錄的外

3、界發(fā)生的事情，而定時器則是由單片機提供一個非常穩(wěn)定的計數(shù)源。 溫度溫度開始定時開始定時保溫保溫5分鐘分鐘淬火淬火 清洗清洗開始定時開始定時回火回火3小時小時空冷空冷 例如某機械零件的熱處理工藝曲線為：例如某機械零件的熱處理工藝曲線為：實際控制可以由單片機定時發(fā)出信號控制自動完成整個工藝過程。實際控制可以由單片機定時發(fā)出信號控制自動完成整個工藝過程。 4. 4. 溢出溢出 上面我們舉的例子，水滴滿瓶子后，再滴就會溢出，流到桌面上。 單片機計數(shù)器溢出后將使得溢出標志位TF0/TF1變?yōu)椤?”，一旦TF0/TF1由0變成1，就是產(chǎn)生了變化，就會引發(fā)事件，就會申請中斷。 5. 5. 任意定時及計數(shù)的方

4、法任意定時及計數(shù)的方法計數(shù)器的容量是16位，也就是最大的計數(shù)值到65536，計數(shù)計到65536就會產(chǎn)生溢出。 如果計數(shù)值要小于65536，怎么辦呢？一個空的瓶子，要1萬滴水滴進去才會滿，我們在開始滴水之前就先放入一些水，就不需要10000滴了。比如先放入2000滴，再滴8000滴就可以把瓶子滴滿。在單片機中，我們也采用類似的方法，稱為“設初值”的方法，我們要計1000，那就先放進64536，再來1000個脈沖，不就到了65536了嗎？定時也是如此。 6 6單片機定時器單片機定時器/ /計數(shù)器的結(jié)構(gòu)計數(shù)器的結(jié)構(gòu)主要組成：兩個16位的定時器T0和T1，以及他們的工作方式寄存器TMOD和控制寄存器T

5、CON等組成。定時器T0和T1各由兩個8位特殊功能寄存器TH0、TL0、TH1、TL1構(gòu)成。工作方式寄存器TMOD： 用于設置定時器的工作模式和工作方式；控制寄存器TCON： 用于啟動和停止定時器的計數(shù)，并控制定時器的狀態(tài)；單片機復位時，兩個寄存器的所有位都被清單片機復位時，兩個寄存器的所有位都被清0 0。10定時器/計數(shù)器T1、T0，由編程來設置它工作在定時還是計數(shù)狀態(tài)。兩種工作模式: (1) 計數(shù)器工作模式(2) 定時器工作模式4種工作方式 (方式0-方式3) 。(1) 計數(shù)器工作模式 就是對外部事件進行計數(shù)。 計數(shù)脈沖來自相應的外部輸入引腳T0（P3.4)或T1(P3.5)。當輸入信號發(fā)

6、生由1至0的負跳變(下降沿)時，加1計數(shù)器（TH0，TL0或TH1，TL1）的值增1，直到計時器計滿溢出；1）預先裝入一個計數(shù)初值。2）每來一個外部脈沖輸入，記數(shù)器1。3）記數(shù)器計滿回零，產(chǎn)生溢出中斷請求。xNNc計數(shù)值計數(shù)值 計數(shù)器的模計數(shù)器的模 初值初值(2) 定時器工作模式也是通過計數(shù)實現(xiàn)的。計數(shù)脈沖來自內(nèi)部時鐘脈沖，每個機器周期計數(shù)值增1，所以計數(shù)器計數(shù)的是機器周期脈沖個數(shù)。從而實現(xiàn)定時定時時間定時時間= =計數(shù)值計數(shù)值機器周期機器周期。1）預先裝入一個計數(shù)初值。2）周期性1記數(shù)。3）記數(shù)器計滿回零，產(chǎn)生溢出中斷請求。)(xMt定時時間定時時間 計數(shù)器的模計數(shù)器的模 初值初值 機器周期

7、機器周期可編程定時器的工作方式、啟動、停止、溢出標志、計數(shù)器等都是可編程的通過設置寄存器TMOD,TCON,TH0,TL0,TH1和TL1 實現(xiàn)。當設置了定時器的工作方式并啟動定時器工作后，定時器就按被設定好的工作方式獨立工作，不再占用CPU，只有在計數(shù)器計滿溢出時才向CPU申請中斷，占用CPU。由此可見，定時器是單片機中工作效率高且應用靈活的部件。14 8051單片機定時/計數(shù)器主要有幾個特殊功能寄存器組成：TMOD,TCON,TH0,TL0,TH1,TL1。TMOD：設置定時/計數(shù)器的工作方式；TCON：控制定時/計數(shù)器的啟動和停止；TH0和TL0 ：存放定時/計數(shù)器T0的初值或計數(shù)結(jié)果；

8、 TH0存放高8位，TL0 存放低8位；TH1和TL1 ：存放定時/計數(shù)器T1的初值或計數(shù)結(jié)果； TH1存放高8位，TL1 存放低8位；15低4位與外部中斷有關(guān)，前面已經(jīng)介紹過。高4位的功能如下: (1) TF1、TF0 計數(shù)溢出標志位 定時器T0或T1計數(shù)溢出時，由硬件自動將此位置“1”；TFx可以由程序查詢，也是定時中斷的請求源；(2) TR1、TR0 計數(shù)運行控制位 TRx=1: 啟動定時器/計數(shù)器工作 TRx=0: 停止定時器/計數(shù)器工作 16 TMOD的字節(jié)地址為的字節(jié)地址為89H，不能按位尋址不能按位尋址，只能用字節(jié)只能用字節(jié)傳送傳送指令來設置。指令來設置。8位分為兩組，位分為兩組

9、，高高4位控制位控制T1，低低4位控制位控制T0。（1）GATE門控位門控位 0：以以TRx（x=0,1）來啟動定時器）來啟動定時器/計數(shù)器運行。計數(shù)器運行。1：用外中斷引腳用外中斷引腳(/INT0或或/INT1)上的高電平和上的高電平和 TRx來啟動定時器來啟動定時器/計數(shù)器運行。計數(shù)器運行。 (2) C/T* 計數(shù)器模式和定時器模式選擇位計數(shù)器模式和定時器模式選擇位 0: 定時器模式。定時器模式。 1: 計數(shù)器模式。計數(shù)器模式。(3) M1、M0 工作方式選擇位工作方式選擇位 M1 M0 工工 作作 方方 式式 0 0 方式方式0，13位定時器位定時器/計數(shù)器。計數(shù)器。 0 1方式方式1，

10、16位定時器位定時器/計數(shù)器。計數(shù)器。 1 0 方式方式2，8位常數(shù)自動重新裝載位常數(shù)自動重新裝載 1 1 方式方式3，僅使用，僅使用T0，T1停止計數(shù)停止計數(shù)復位時，復位時，TMOD所有位均為所有位均為“0”。1. 初始化 MCS-51單片機的定時器/計數(shù)器是可編程的，但在進行定時或計數(shù)之前要對程序進行初始化，具體步驟如下：（1）對TMOD賦值，以確定定時/計數(shù)器的工作模式；（2）根據(jù)定時時間或計數(shù)要求，計算定時/計數(shù)器初值，直接將初值寫入寄存器的TH0、TL0或TH1、TL1；（3）根據(jù)需要，開放定時/計數(shù)器中斷；（4）對TCON寄存器中的TR0或TR1置位，啟動定時/計數(shù)器，置位以后，計

11、數(shù)器即按規(guī)定的工作模式和初值進行計數(shù)或開始定時。20初值計算： 設計數(shù)器的最大值(模)為M，則置入的初值X為：計數(shù)工作模式：X=M-計數(shù)值定時工作模式：由(M-X)T=定時值,得X=M-定時值/T T為計數(shù)周期，是單片機的機器周期。（模式0: M為213，模式1: M為216，模式2和3: M為28）21練習：設晶振頻率為練習：設晶振頻率為12MHZ12MHZ，那么其最長定時時間為多少？，那么其最長定時時間為多少？ 若工作在模式若工作在模式0 0，則最大定時值為，則最大定時值為:2:213131s =8.192ms1s =8.192ms 若工作在模式若工作在模式1,1,則最大定時值為則最大定時

12、值為: 2: 216161s =65.536ms1s =65.536ms 若工作在模式若工作在模式2 2、3 3, ,則最大定時值為則最大定時值為: 2: 28 81s =1s =256256msms222.定時/計數(shù)器應用例 設系統(tǒng)振蕩頻率為12MHz，編程在P1.0上輸出一個周期為2ms的方波。 方波的周期用T0來確定，讓T0每隔1ms計數(shù)溢出1次(每1ms產(chǎn)生一次中斷)，CPU響應中斷后，在中斷服務程序中對P1.0取反。即要使即要使P1.0P1.0每隔每隔1ms1ms取反一次。取反一次。23第一步： 確定工作方式 方式0 (13位)最長可定時 8.192ms; 方式1 (16位)最長可定

13、時 65.536ms; 方式2 (8位)最長可定時 256s。T0為方式0， M1M0=00 定時工作狀態(tài)， C/T=0GATE=0，不受INT0控制，T1不用全部取“0”值。故TMOD=00H24第二步： 計算1ms定時的初值X 設初值為X，則有: (213-X) 1210-6 1/12=110-3可求得：X=8192-1000=7192X化為16進制，即X=1C18H=1,1100,000 1,1000B。所以，T0的初值為: TH0=E0H TL0=18HTH0 1 1 1 0 0 0 0 0TL0 1 1 0 0 0第三步： 程序初始化 25中斷服務程序中斷服務程序主程序主程序第四步：

14、程序設計本題還可以采用查詢方式編程ORG 0100HMAIN: MOV TMOD, #00H；設置T0為方式0MOVTL0,#18H；送計數(shù)初值 MOVTH0,#0E0H；送計數(shù)初值SETB TR0 ；啟動T0LOOP: JBC TF0，NEXT ；查詢定時時間到，轉(zhuǎn)NEXT，同時清TF0SJMPLOOP；重復循環(huán)NEXT: MOV TL0, #18H ；T0重置初值 MOV TH0, #0E0H ；T0重置初值 CPL P1.0 ；P1.0的狀態(tài)取反SJMPLOOP；重復循環(huán)END28查詢法更簡便，查詢法更簡便，但占用但占用CPUCPU例 將上一例題中的輸出方波周期改為1秒。 分析： 周期為

15、1s的方波要求500ms的定時。 (1) T0工作方式的確定因定時時間較長，采用哪一種工作方式？由各種工作方式的特性，可計算出: 方式0 (13位)最長可定時 8.192ms; 方式1 (16位)最長可定時 65.536ms; 方式2 (8位)最長可定時 256s。 所以采用定時器定時加軟件計數(shù)的方法來實現(xiàn)延長定時。選方式1，定時50ms，循環(huán)10次。50ms 10=500ms。 所以，TMOD=01H29以上各方式以上各方式都不滿足要求都不滿足要求 (2) 計算計數(shù)初值因為: (216-X)1210-6 1/12=5010-3所以: X=15536=3CB0H因此: TH0=3CH，TL0=

16、B0H (3) 10次計數(shù)的實現(xiàn)設計一個軟件計數(shù)器，初始值設為10。每隔50ms定時時間到，產(chǎn)生溢出標志TF0，程序查詢到TF0=1，則軟件計數(shù)器減1。這樣減到0時就獲得了500ms的定時。30(4) 程序設計 ORG 0100HMAIN: MOV TMOD,#01H ；設T0工作在方式1MOV TL0,#0B0H ；給T0設初值MOV TH0,#3CHMOVR7，#10；軟件計數(shù)器初值SETB TR0 ；啟動T0LOOP：JBCTF0， NEXT；查詢定時時間到，轉(zhuǎn)NEXT，同時清TF0SJMP LOOP NEXT: DJNZ R7，EXIT ；R7不等于0，則不對P1.0取反CPLP1.0

17、MOVR7，#10 ；重置軟件計數(shù)器初值EXIT：MOV TL0,#0B0H ；T0中斷子程序，重裝初值MOV TH0,#3CH SJMPLOOPEND 31以上的定時程序中，程序都要重置計時器初值，這樣從定時器溢出，發(fā)出溢出標志，到重裝完定時器初值，在開始計數(shù)，之間總會有一段時間間隔，使定時時間增加了若干微秒，造成定時不夠精確。為了減小這種定時誤差，單片機中設置了工作方式2(自動重裝初值)，則可避免上述因素，省去程序中重裝初值的指令，實現(xiàn)精確定時。但是工作方式2的缺點是只有8位計數(shù)器，定時時間受到很大限制。32例-利用T0方式2產(chǎn)生250us的定時，在P1.0引腳上輸出周期為500us的方波

18、(要求精確定時)。(設系統(tǒng)振蕩為12MHz)(1) 工作方式選擇實現(xiàn)精確定時，采用方式2。對于12MHz晶振，方式2的最大計數(shù)時間為28=256us， 所以可實現(xiàn)250us的精確定時。故，設置TMOD=02H。(2) 計算初值設初值為X: 則 (28-X) 1210-61/12=25010-6 X=28-250=6=06H(3) 程序設計采用查詢TF0的狀態(tài)來控制P1.0的輸出。33(4) 程序設計 ORG 0100HMAIN: MOVTMOD, #02H ;置T0方式2MOVTH0,#06H ；送計數(shù)初值MOVTL0,#06HSETB TR0 ；啟動T0LOOP: JBC TF0,NEXT

19、；查詢定時時間到，轉(zhuǎn)NEXT，同時清TF0SJMP LOOPNEXT:CPLP1.0；輸出取反SJMPLOOP；重復循環(huán)END34項目：音樂門鈴的設計與制作項目：音樂門鈴的設計與制作原理 音調(diào)：音調(diào)：通過控制定時器的定時時間產(chǎn)生不同頻率的方波，驅(qū)動通過控制定時器的定時時間產(chǎn)生不同頻率的方波，驅(qū)動喇叭發(fā)出不同音階的聲音。喇叭發(fā)出不同音階的聲音。 節(jié)拍：節(jié)拍：再利用延時來控制發(fā)音時間的長短，即可控制節(jié)拍。再利用延時來控制發(fā)音時間的長短，即可控制節(jié)拍。 把樂譜中的音符和相應的節(jié)拍變換成定時常數(shù)和延遲常數(shù)，作把樂譜中的音符和相應的節(jié)拍變換成定時常數(shù)和延遲常數(shù)，作為為數(shù)據(jù)表格數(shù)據(jù)表格存放在存貯器中。由存

20、放在存貯器中。由程序查表程序查表得到定時常數(shù)和延遲常數(shù)，得到定時常數(shù)和延遲常數(shù)，分別用以控制定時器產(chǎn)生方波的頻率和發(fā)出該頻率方波的持續(xù)時間。分別用以控制定時器產(chǎn)生方波的頻率和發(fā)出該頻率方波的持續(xù)時間。當延遲時間到時，再查下一個音符的定時常數(shù)和延遲常數(shù)。依次進當延遲時間到時，再查下一個音符的定時常數(shù)和延遲常數(shù)。依次進行下去。行下去。 用單片機上實現(xiàn)音樂演奏關(guān)鍵在于，根據(jù)樂譜制作出數(shù)據(jù)表格。 實現(xiàn)方法：實現(xiàn)方法： 用定時器以方式用定時器以方式1來產(chǎn)生各音符對應頻率的方波，由來產(chǎn)生各音符對應頻率的方波，由P1.0輸出輸出驅(qū)動喇叭。驅(qū)動喇叭。 節(jié)拍控制通過調(diào)用延時子程序節(jié)拍控制通過調(diào)用延時子程序D20

21、0（延時（延時200ms）次數(shù)來實）次數(shù)來實現(xiàn)，以每拍現(xiàn)，以每拍400ms節(jié)拍時間為例，一拍需循環(huán)調(diào)用節(jié)拍時間為例，一拍需循環(huán)調(diào)用D200延時延時子程序子程序2次，同理，半拍就需用次，同理，半拍就需用1次。次。設晶振頻率為設晶振頻率為12MHz，樂曲中的音符、頻率、定時常數(shù)的關(guān)系如下表：，樂曲中的音符、頻率、定時常數(shù)的關(guān)系如下表：C調(diào)音符/中音1234567頻率（Hz）523587659698784880988定時初值FC44FCACFD09FD34FD82FDC8FE06C調(diào)音符/低音1234567頻率（Hz）262294330349392440494定時初值F88CF95BFA15FA67

22、FB04FB90FC0CORG OOOOH ；主程序起始地址 LJMP START ；跳轉(zhuǎn)至主程序 ORG 000BH ；定時器T0中斷入口 LJMP EXT0 ； 跳轉(zhuǎn)至T0中斷子程序 START: MOV TMOD,#01H ；設置T0方式1 MOV IE,#10000010B ； 允許T0中斷 MOV DPTR,#TABLE ； 存表首地址 LOOP: CLR A ；清零 MOVC A,A+DPTR ；查表 MOV R1,A ；定時器高八位存入R1 INC DPTR ；指針加1CLR A ；清零MOVC A,+DPTR ；查表 MOV R0,A ；定時器低八位存入R0 ORL A,R1 ；進行或運算 JZ NEXT0 ；全零為休止符MOV A,R0 ANL A,R1 ；進行與運算 CJNE A,#0FFH,NEXT ；全1表示樂曲結(jié)束 LJMP START ；從頭開始循環(huán)演奏NEXT:MOV THO,R1 ；裝入高位定時值MOV TLO,R0 ；裝入低位定時值SETB TR0 ； 啟動定時器T0 LJMP NEXT1 ；跳轉(zhuǎn)到NEXT1處 NEXT0:CLR TR0 ；關(guān)閉定時器，停止發(fā)音 NEXT1:CLR A ；清零INC DPTR ；指針加一 MOVC