第五章：MCS-51單片機(jī)定時與計數(shù)器

1、1單片機(jī)原理與接口技術(shù)單片機(jī)原理與接口技術(shù)韋必忠韋必忠桂林電子科技大學(xué)建筑與交通工程學(xué)院桂林電子科技大學(xué)建筑與交通工程學(xué)院Email：MCS-51 單片機(jī)定時器單片機(jī)定時器/計數(shù)器計數(shù)器35.1定時器定時器/計數(shù)器概述計數(shù)器概述軟件定時軟件定時：執(zhí)行一個循環(huán)程序進(jìn)行時間延遲。定時準(zhǔn)確，不需要外加硬件電路，但增加CPU開銷。硬件定時硬件定時：通過硬件電路實現(xiàn)定時，不占用CPU時間，但使用不夠方便?？删幊潭〞r器定時可編程定時器定時：通過對系統(tǒng)時鐘脈沖時鐘脈沖的計數(shù)實現(xiàn)定時。計數(shù)值通過程序設(shè)定，定時準(zhǔn)確，使用方便靈活。 計數(shù)與定時：計數(shù)與定時：定時器定時器/計數(shù)器實際上是計數(shù)器實際上是加加1計數(shù)器計

2、數(shù)器。當(dāng)。當(dāng)它對外部事件進(jìn)行計數(shù)時，由于頻率不固定，此時它對外部事件進(jìn)行計數(shù)時，由于頻率不固定，此時稱之為稱之為計數(shù)器計數(shù)器。當(dāng)它對內(nèi)部固定頻率的機(jī)器周期進(jìn)。當(dāng)它對內(nèi)部固定頻率的機(jī)器周期進(jìn)行計數(shù)時，稱之為行計數(shù)時，稱之為定時器定時器。計數(shù)器容量：計數(shù)器容量：8051單片機(jī)有兩個計數(shù)器，分別稱之為單片機(jī)有兩個計數(shù)器，分別稱之為T0和和T1，這兩個計數(shù)器分別是由兩個，這兩個計數(shù)器分別是由兩個8位的位的RAM單單元組成，即每個計數(shù)器都是元組成，即每個計數(shù)器都是16位的計數(shù)器，最大計位的計數(shù)器，最大計數(shù)量是數(shù)量是65536.定時定時/ /計數(shù)器的結(jié)構(gòu)和工作原理計數(shù)器的結(jié)構(gòu)和工作原理 （一）、定時（一）

3、、定時/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)計數(shù)器的結(jié)構(gòu) 定時定時/計數(shù)器的實質(zhì)是加計數(shù)器的實質(zhì)是加1計數(shù)器（計數(shù)器（16位），由高位），由高8位和低位和低8位兩個寄存器組成。位兩個寄存器組成。TMOD是定時是定時/計數(shù)器的工作方式寄存計數(shù)器的工作方式寄存器，確定工作方式和功能；器，確定工作方式和功能；TCON是控制寄存器，控制是控制寄存器，控制T0、T1的啟動和停止及設(shè)置溢出標(biāo)志的啟動和停止及設(shè)置溢出標(biāo)志。 (二二)、定時、定時/計數(shù)器的工作原理計數(shù)器的工作原理計數(shù)次數(shù)和時間之間的確十分相關(guān)；只要計數(shù)脈沖的間隔計數(shù)次數(shù)和時間之間的確十分相關(guān)；只要計數(shù)脈沖的間隔相等，則計數(shù)值就代表了時間的流逝；單片機(jī)的晶振經(jīng)過相等，

4、則計數(shù)值就代表了時間的流逝；單片機(jī)的晶振經(jīng)過12分頻后獲得一個脈沖源，如果晶振頻率分頻后獲得一個脈沖源，如果晶振頻率12MHZ，則每秒，則每秒產(chǎn)生產(chǎn)生1M脈沖，一個脈沖就是脈沖，一個脈沖就是1微秒，所以計數(shù)脈沖的間隔與微秒，所以計數(shù)脈沖的間隔與晶振頻率有關(guān)。晶振頻率有關(guān)。 (二二)、定時、定時/計數(shù)器的工作原理計數(shù)器的工作原理 加加1計數(shù)器計數(shù)器輸入的計數(shù)脈沖有兩個來源輸入的計數(shù)脈沖有兩個來源:（1）由系統(tǒng)的時鐘振蕩器輸出脈沖經(jīng)）由系統(tǒng)的時鐘振蕩器輸出脈沖經(jīng)12分頻后送來；分頻后送來；（2）另一個是）另一個是T0或或T1引腳輸入的外部脈沖源。引腳輸入的外部脈沖源。 每來一個脈沖計數(shù)器加每來一個

5、脈沖計數(shù)器加1，當(dāng)加到計數(shù)器為全，當(dāng)加到計數(shù)器為全1時，再輸入一時，再輸入一個脈沖就使計數(shù)器回零，且計數(shù)器的個脈沖就使計數(shù)器回零，且計數(shù)器的溢出溢出使使TCON中中TF0或或TF1置置1，向，向CPU發(fā)出中斷請求（定時發(fā)出中斷請求（定時/計數(shù)器中斷允許時）。計數(shù)器中斷允許時）。如果定時如果定時/計數(shù)器工作于定時模式，則表示定時時間已到；如計數(shù)器工作于定時模式，則表示定時時間已到；如果工作于計數(shù)模式，則表示計數(shù)值已滿。果工作于計數(shù)模式，則表示計數(shù)值已滿。 可見，由溢出時可見，由溢出時計數(shù)器的值計數(shù)器的值減去減去計數(shù)初值計數(shù)初值才是加才是加1計數(shù)器計數(shù)器的的計數(shù)值計數(shù)值。 v設(shè)置為定時器模式時：設(shè)

6、置為定時器模式時：加加1計數(shù)器是對內(nèi)部機(jī)器周期計數(shù)器是對內(nèi)部機(jī)器周期計數(shù)（計數(shù)（1個機(jī)器周期等于個機(jī)器周期等于12個振蕩周期，即計數(shù)頻率個振蕩周期，即計數(shù)頻率為晶振頻率的為晶振頻率的1/12）。）。v所以：計數(shù)值所以：計數(shù)值N乘以機(jī)器周期乘以機(jī)器周期Tcy就是定時時間就是定時時間t 。一旦振蕩周期確定，機(jī)器周期亦確定一旦振蕩周期確定，機(jī)器周期亦確定。v設(shè)置為計數(shù)器模式時：設(shè)置為計數(shù)器模式時：外部事件計數(shù)脈沖由外部事件計數(shù)脈沖由T0或或T1引腳輸入到計數(shù)器。在每個機(jī)器周期的引腳輸入到計數(shù)器。在每個機(jī)器周期的S5P2期間采樣期間采樣T0、T1引腳電平。當(dāng)某周期采樣到一高電平輸入，引腳電平。當(dāng)某周期

7、采樣到一高電平輸入，而下一周期又采樣到一低電平時，則計數(shù)器加而下一周期又采樣到一低電平時，則計數(shù)器加1，更，更新的計數(shù)值在新的計數(shù)值在下一個機(jī)器周期下一個機(jī)器周期的的S3P1期間裝入計數(shù)器。期間裝入計數(shù)器。由于檢測一個從由于檢測一個從1到到0的下降沿需要的下降沿需要2個機(jī)器周期，因個機(jī)器周期，因此要求被采樣的電平至少要維持一個機(jī)器周期。最高此要求被采樣的電平至少要維持一個機(jī)器周期。最高計數(shù)頻率是晶振頻率的計數(shù)頻率是晶振頻率的1/24。v當(dāng)晶振頻率為當(dāng)晶振頻率為12MHz時時，最高計數(shù)頻率不超過，最高計數(shù)頻率不超過1/2MHz，即計數(shù)脈沖的周期要大于，即計數(shù)脈沖的周期要大于2 s。 11定時器定

8、時器/計數(shù)器的定時和計數(shù)功能計數(shù)器的定時和計數(shù)功能MCS-51系列單片機(jī)有兩個可編程定時器/計數(shù)器：T0、T1，16位寄存器，加法計數(shù)結(jié)構(gòu)加法計數(shù)結(jié)構(gòu)，地址為：T0（TH0，TL0）：8CH，8AHT1（TH1，TL1）：8DH，8BH特殊功能寄存器特殊功能寄存器每個寄存器（T0，T1）都具有定時和計數(shù)功能12MCS-51定時/計數(shù)器核心是一個16位計數(shù)器（寄存器）。加加1 1信號來源信號來源：外部計數(shù)脈沖外部計數(shù)脈沖、內(nèi)部時鐘脈沖內(nèi)部時鐘脈沖。信號來源方式：由特殊功能寄存器TMOD設(shè)置位 確定。 ，計數(shù)方式（外部）； ，定時方式（內(nèi)部）。0T/C 1T/C T/CT/C 80C51單片機(jī)定時

9、單片機(jī)定時/計數(shù)器的工作由兩個特殊功能計數(shù)器的工作由兩個特殊功能寄存器控制。寄存器控制。TMOD：用于設(shè)置其工作方式；用于設(shè)置其工作方式；TCON：用于控制其啟動和中斷申請。用于控制其啟動和中斷申請。n5.2 MCS-515.2 MCS-51定時定時/ /計數(shù)器控制與狀態(tài)寄存器計數(shù)器控制與狀態(tài)寄存器14工作方式控制寄存器工作方式控制寄存器TMOD（狀態(tài)寄存器）（狀態(tài)寄存器）GATETC/1M0M0M1MTC/GATE0計計數(shù)數(shù)器器定定時時 /1計計數(shù)數(shù)器器定定時時 /76543210字節(jié)地址字節(jié)地址89H（不可以位尋址）（不可以位尋址）15M1M0為操作方式選擇位為操作方式選擇位1110010

10、03210方式方式方式方式方式方式方式方式無無效效位位計計數(shù)數(shù)器器，分分成成兩兩個個位位計計數(shù)數(shù)器器自自動動再再裝裝入入位位計計數(shù)數(shù)器器位位計計數(shù)數(shù)器器1T80T816130M1M操作方式操作方式功能說明功能說明 ：選擇定時：選擇定時/計數(shù)器模式計數(shù)器模式 ，計數(shù)模式； ，定時模式GATE：選通控制：選通控制GATE=0，選通， 通過TRX啟動定時器。GATE=1， 端口高電平，通過TRX啟動定時器。XINT0T/C 1T/C T/C16啟停與中斷控制寄存器啟停與中斷控制寄存器TCON（控制寄存器）（控制寄存器） 字節(jié)地址88HTCON由定時由定時/計數(shù)器和中斷系統(tǒng)合用。計數(shù)器和中斷系統(tǒng)合用。

11、TR0：定時：定時/計數(shù)器計數(shù)器0啟?？刂莆粏⑼？刂莆挥绍浖刂贫〞r/計數(shù)器0的啟動/停止。TR1：定時：定時/計數(shù)器計數(shù)器1啟停控制位啟?？刂莆挥绍浖刂贫〞r/計數(shù)器1的啟動/停止。17TF0：定時：定時/計數(shù)器計數(shù)器0中斷請求標(biāo)志位中斷請求標(biāo)志位當(dāng)定時/計數(shù)器0計數(shù)回0時，由內(nèi)部硬件置位TF0（TF0=1），請求中斷。中斷服務(wù)程序一旦執(zhí)行，硬件自動清0（TF0=0）。TF1：定時：定時/計數(shù)器計數(shù)器1中斷請求標(biāo)志位中斷請求標(biāo)志位當(dāng)定時/計數(shù)器1計數(shù)回0時，由內(nèi)部硬件置位TF1（TF1=1），請求中斷。中斷服務(wù)程序一旦執(zhí)行，硬件自動清0（TF1=0）。18IE0：外部中斷：外部中斷0中斷請求

12、標(biāo)志中斷請求標(biāo)志IT0=1， 負(fù)跳變觸發(fā)中斷，硬件置IE0=1，當(dāng)轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序后，硬件自動清IE0=0。IT0=0， 低電平觸發(fā)中斷。硬件置IE0=1，當(dāng)轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序后，硬件自動清IE0=0。IE1：外部中斷：外部中斷1中斷請求標(biāo)志中斷請求標(biāo)志IT1=1， 負(fù)跳變觸發(fā)中斷，硬件置IE1=1，當(dāng)轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序后，硬件自動清IE1=0。IT1=0， 低電平觸發(fā)中斷。硬件置IE1=1，當(dāng)轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序后，硬件自動清IE1=0。0INT0INT1INT1INT19IT0：外部中斷：外部中斷0觸發(fā)方式控制位觸發(fā)方式控制位軟件設(shè)置。IT0=1，外部中斷 ，發(fā)生10跳變，產(chǎn)生中斷請求，向主機(jī)申請

13、中斷。IT0=0，則 端口低電平觸發(fā)中斷。IT1：外部中斷：外部中斷1觸發(fā)方式控制位觸發(fā)方式控制位軟件設(shè)置。IT1=1，外部中斷 ，發(fā)生10跳變，產(chǎn)生中斷請求，向主機(jī)申請中斷。IT1=0，則 端口低電平觸發(fā)中斷。以上后四項用于中斷系統(tǒng)。TCON可位尋址，其位地址為可位尋址，其位地址為88H8FH。1INT0INT0INT1INT205.3 定時定時/計數(shù)器的工作方式（工作模式）計數(shù)器的工作方式（工作模式）設(shè)置 （TMOD寄存器）選擇定時模式還是計數(shù)模式;對M1M0的設(shè)置，用于選擇T0、T1的四種操作（工作）方式。四種工作模式：即模式四種工作模式：即模式0、模式、模式1、模式、模式2、模式、模式

14、3。 TL0、TH0，TL1、TH1兩對定時/計數(shù)器T/C21（1）定時）定時/計數(shù)方式計數(shù)方式0 （13位計數(shù)器）以定時/計數(shù)器0（T0）為例TH0全部8位，TL0低5位構(gòu)成13位定時/計數(shù)器。當(dāng) 時（定時方式），開關(guān)接至振蕩12分頻輸出；當(dāng) 時（計數(shù)方式），開關(guān)接通T0（P3.4）當(dāng)計數(shù)脈沖發(fā)生負(fù)跳變計數(shù)器加1。0T/C 1T/C 22)( bit80TH)( bit50TL0TF&1 1分頻分頻120=TC/1=TC/).(43P0T0TRGATE0INT).(23POSC控制控制中中斷斷請請求求計計數(shù)數(shù)示示意意圖圖方方式式位位定定時時 /130nGATE：看圖，選擇了定時或計數(shù)工作方式

15、后，定時/計數(shù)脈沖不一定能到達(dá)計數(shù)器端，中間還有一個開關(guān)，如果這個開關(guān)不合上，計數(shù)脈沖就沒法過去。那開關(guān)什么時候合上呢？有兩種情況：nGATE=0時，GATE非后是1，進(jìn)入或門，或門總是輸出1（與或門的另一個輸入端INT0無關(guān)），在這種情況下，開關(guān)打開或者合上只取決于TR0，只要TR0=1，開關(guān)就合上，計數(shù)脈沖就得以暢通無阻，如TR0=0則開關(guān)打開，計數(shù)脈沖無法通過。因此，定時/計數(shù)器是否工作，只取決于TR0。nGATE=1時，計數(shù)脈沖通路上的開關(guān)不僅要由TR0來控制，而且還要受到INT0引腳的控制，只有TR0=1,且INT0引腳也是高電平，開關(guān)才合上，計數(shù)脈沖才能通過。2324定時定時/計數(shù)

16、方式計數(shù)方式1 （16位計數(shù)器）邏輯結(jié)構(gòu)和方式0完全一樣，只是TL是8位計數(shù)器。計數(shù)范圍165536如晶振6MHz，最小定時時間為：2s（機(jī)器周期）最大定時時間為：131ms（大約）。n該模式對應(yīng)的是一個16位的定時器/計數(shù)器，如圖5-5所示。其結(jié)構(gòu)與操作幾乎與模式0完全相同，惟一的差別是：在模式1中，寄存器TH0和TL0是以全部16位參與操作。用于定時工作方式時，定時時間為nt=(216-T0初值)振蕩周期12n用于計數(shù)工作方式時，計數(shù)最大長度為21665536個外部脈沖。 圖5-5 定時器/計數(shù)器T0工作模式1邏輯結(jié)構(gòu)框圖 26定時定時/計數(shù)方式計數(shù)方式2 （自動再裝入8位計數(shù)器）THx，

17、TLx相互獨立（x=0，1）。TLx作為8位計數(shù)器，THx是初值寄存器。TLx溢出后，置TFx申請中斷。THx初值重新裝入TLx。只需通過軟件設(shè)置一次，啟動后無限次定時/計數(shù)運行。（自動進(jìn)行下一次）n模式2把TL0（或TL1）設(shè)置成一個可以自動重裝載的8位定時器/計數(shù)器，如圖5-6所示。TL0計數(shù)溢出時，不僅使溢出中斷標(biāo)志位TF0置1，而且還自動把TH0中的內(nèi)容重新裝載到TL0中。這時，16位計數(shù)器被拆成兩個，TL0用作8位計數(shù)器，TH0用以保存初值。 n用于定時工作方式時，其定時時間（TF0溢出周期）為nt=(28-TH0初值)振蕩周期12n用于計數(shù)工作方式時，最大計數(shù)長度為28=256個外

18、部脈沖。 圖5-6 定時器/計數(shù)器T0工作模式2邏輯結(jié)構(gòu)框圖 28定時定時/計數(shù)方式計數(shù)方式3 （T0分成兩個8位計數(shù)器，T1無效）將T0分成兩個獨立的8位計數(shù)器。TL0組成完整的8位定時/計數(shù)器；既能定時，又能計數(shù)。TH0只能組成8位定時器（內(nèi)部脈沖）。只能定時。TL0占用T0全部控制信號及中斷請求標(biāo)志位（TR0、TF0等）TH0只能借用TR1和TF1。P3.5口(T1外部計數(shù)脈沖輸入口)不能占用。n工作模式3對T0和T1大不相同。若將T0設(shè)置為模式3，TL0和TH0被分成為兩個相互獨立的8位計數(shù)器，如圖5-7所示。 圖5-7 定時器/計數(shù)器T0工作模式3邏輯結(jié)構(gòu)框圖 305.4 5.4 定

19、時定時/ /計數(shù)器應(yīng)用計數(shù)器應(yīng)用基本步驟：基本步驟：工作方式控制字（TMOD）的設(shè)置；計數(shù)初值的計算并裝入THx、TLx；中斷允許位ETx、EA的設(shè)置，使主機(jī)開放中斷；啟/停位TRx的設(shè)置。31計數(shù)初值的確定計數(shù)初值的確定在方式0下，當(dāng)為計數(shù)方式時，計數(shù)值范圍18192（213 ）在方式1下，當(dāng)為計數(shù)方式時，計數(shù)值范圍165536（216 ）在方式2下，當(dāng)為計數(shù)方式時，計數(shù)值范圍1256（28 ）32當(dāng)計數(shù)時，采用預(yù)置數(shù)預(yù)置數(shù)的方法，比如我們需要計數(shù)100次，那就先放入65436，再來100個脈沖，就到65536了。定時時間：（2n 計數(shù)初值）*機(jī)器周期晶振機(jī)器周期12機(jī)器周期機(jī)器周期定時時間

20、定時時間計數(shù)初值計數(shù)初值-n2=33在方式0下最小定時時間為：2s最大定時時間為：16384s（8192*2）在方式1下最小定時時間為：2s最大定時時間為：131ms（65536*2）如晶振周期6MHz，機(jī)器周期為2s。n思路：思路：需要采用軟件計數(shù)器的概念，先用定時/計數(shù)器做一個（比如50毫秒）的定時器，定時時間到了以后不要立即執(zhí)行相關(guān)操作（比如輸出），而是將軟件計數(shù)器中的值加1，如果軟件計數(shù)器計到了20，那定時時間就是20*50=1000毫秒了。34如何實現(xiàn)定時如何實現(xiàn)定時1S或者其它定時時間？或者其它定時時間？35例題例題：生成周期為500 s的等寬正方波。機(jī)器晶振6MHz。使用T1以方式0工作，由P1.0輸出500 s機(jī)器周期：2 s。定時時間250 s。以250 s為周期在P1.0端交替輸出高低電平。36機(jī)器周期機(jī)器周期定時時間定時時間計數(shù)初值計數(shù)初值-n2=8067125819222502X13 8067-4096=3971 13971-2048=1923 11923-1024=899 1899-512=387 1387-256=131 1131-128=3 164 032 01