MCS51定時器計數(shù)器課件

1、MCS-51定時器/計數(shù)器第六章主講教師：趙曉安重點(diǎn)內(nèi)容1、定時/計數(shù)器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及控制2、定時/計數(shù)器及中斷系統(tǒng)綜合應(yīng)用62 MCS-51的定時器/計數(shù)器 在單片機(jī)實時應(yīng)用系統(tǒng)中，需要定時和對外部事件計數(shù)的功能 。定時：對周期已知的脈沖信號計數(shù)計數(shù)：對外部事件計數(shù)，對周期未知的外來脈沖信號計數(shù)定時方法： 采用軟件延時占用CPU的時間，降低了CPU的使用效率；定時或計數(shù)方法： 采用專門的硬件電路，參數(shù)調(diào)節(jié)不便； 采用可編程的定時器/計數(shù)器是最好的方法。 可以方便靈活地修改定時或計數(shù)的參數(shù)或方式 與CPU并行工作，大大提高了CPU的工作效 6.2 MCS-51的定時器/計數(shù)器6.2.1 定時器/計

2、數(shù)器的組成6.2.2定時器/計數(shù)器的控制6.2.3 定時器/計數(shù)器的四種工作方式6.2.4 T/C的初始化6.2.5 T/C的溢出校準(zhǔn)和實時讀取6.2.6 應(yīng)用舉例6.2.1 定時器/計數(shù)器的組成 Timer/ Counter MCS-51單片機(jī)內(nèi)部有二個16位的可編程的定時器/計數(shù)器： 定時器/計數(shù)器0（T/C0） 定時器/計數(shù)器1（T/C1） 它們都有定時和對外部事件計數(shù)的功能，可用于定時控制、延時、對外部事件檢測和計數(shù)等場合. 圖6-4 8051定時器結(jié)構(gòu)T/C0和T/C1的結(jié)構(gòu)及與CPU的關(guān)系定時器/計數(shù)器（T/C0和T/C1）的組成1、兩個獨(dú)立的16位加1計數(shù)器 T/C0由兩個8位的

3、TH0（8CH） 和TL0（8AH）組成 T/C1由TH1（8DH） 和TL1（8BH）組成2、兩個控制寄存器 TMOD：控制工作方式 TCON：控制3、兩根外來脈沖輸入端 T0（P3.4）為T/C0的 T1（P3.5）為T/C1的4、兩根外部啟動控制線 INT0 為控制T/C0的 INT1 為控制T/C1的1、定時方式 T/C計數(shù)8051內(nèi)部機(jī)器周期信號的個數(shù) ，由計數(shù)個數(shù)可以計算出定時時間 。 每個機(jī)器周期使T/C的計數(shù)器增加1，直至計滿回零后自動產(chǎn)生溢出中斷請求，表示定時時間到 。 f=12MHz， 一個機(jī)器周期是1 s定時方式與計數(shù)方式2、 計數(shù)方式 T/C計數(shù)來自引腳T0（P3.4）

4、和T1(P3.5)的外部脈沖信號的個數(shù)。 輸入脈沖由1變0的下降沿時，計數(shù)器的值增加1直到回零產(chǎn)生溢出中斷,表示計數(shù)已達(dá)預(yù)期個數(shù)。 最高計數(shù)頻率為振蕩頻率的1/24。即計數(shù)周期=2機(jī)器周期。6.2.1 定時器/計數(shù)器的控制 定時器/計數(shù)器的工作由TCON和TMOD控制 由軟件把控制字寫入TCON和TMOD，用來設(shè)置T/C0和T/C1的工作方式和控制功能。 當(dāng)8051系統(tǒng)復(fù)位時，TCON和TMOD所有位都被清0。 一、工作模式寄存器TMOD（89H） TMOD用于控制T/C0和T/C1的工作模式，其各位的定義格式如下： 其中，低4位用于T/C0，高4位用于T/C1。各位功能如下：一、工作模式控制

5、寄存器TMOD（89H）1M1和M0 工作方式選擇位這兩位可形成四種編碼，對應(yīng)四種工作方式： M1 M0 方式 功 能 描 述 0 0 0 為13位定時器/計數(shù)器,TL存放低5位,TH存高8位 0 1 1 為16位定時器/計數(shù)器 1 0 2 常數(shù)自動裝入8位定時器/計數(shù)器 1 1 3 僅適于T/C0,兩個8位定時器/計數(shù)器2 C/T 計數(shù)/定時選擇位 C/T 0, 設(shè)為定時方式，對機(jī)器周期計數(shù)； C/T 1，設(shè)為計數(shù)方式，對來自T0或T1引腳的外來脈沖計數(shù)。 3GATE 門控位（控制啟動方式） GATE0時，T/C的啟動只要用軟件使TR0（或TR1）置1即可，而不管/INT0（或/INT1）的

6、電平是高還是低。 GATE1時，只有/INT0(或/INT1）引腳為高電平且由軟件使TR0（或TR1）置1時，才啟動T/C工作。 也就是T/C的啟動受雙重控制。注意：TMOD不能位尋址，只能由字節(jié)設(shè)置T/C的工作方式， 低半字節(jié)設(shè)定T/C0，高半字節(jié)設(shè)定T/C1。 二、控制寄存器 TCON（88H） 控制寄存器 TCON除可字節(jié)尋址外，各位還可位尋址。各位定義及格式如下： 1） TF1（TCON.7） T/C1的溢出標(biāo)志位。 當(dāng)T/C1被允許計數(shù)后，T/C1從初值開始加1計數(shù)，回零時由高位產(chǎn)生溢出，由硬件自動置TF1為“1”，并向CPU請求中斷，當(dāng)CPU響應(yīng)并進(jìn)入中斷服務(wù)程序后，TF1又被硬件

7、自動清0。TF1也可以由程序查詢和清0。 2）TF0（TCON.5） T/C0溢出標(biāo)志位。其功能同TF1。 3） TR1（TCON.6） T/C1運(yùn)行控制位。 由軟件置位或復(fù)位。 當(dāng)GATE（TMOD.7）為0時, TR1 為1時,啟動T/C1計數(shù)； TR1為0時, 停止T/C1計數(shù)。 4） TR0（TCON.4） T/C0運(yùn)行控制位。 其功能同TR1，只是GATE 為TMOD.3。 5） IE1、IT1、IE0、IT0（TCON.3TCON.0） 外部中斷INT1、INT0的中斷標(biāo)志位和申請信號的觸發(fā)方式控制位。二定時器控制寄存器TCON（88H）二定時器控制寄存器TCON（88H）6. 2

8、. 3 定時器的四種工作方式 TMOD中控制位C/T設(shè)置定時或計數(shù)功能 M1、M0位的設(shè)置選擇四種工作方式， 即方式0、方式1、方式2和方式3 方式0、1和2時，T/C0和T/C1的工作相同； 方式3時，T/C0和T/C1的工作不同。 高8位和低5位的一個13位計數(shù)器的運(yùn)行方式 當(dāng)TL1的低5 位溢出時，向TH1進(jìn)位，而TH1溢出(回零)時向TF1標(biāo)志進(jìn)位（硬件置位TF1），并申請中斷。還可以通過查詢TF1是否置位來判斷TH1是否回零溢出。 方式0 GATE TRx INTx 啟動情況 0 0 X 停止 0 1 X 啟動定時/計數(shù) 1 0 X 停止 1 1 啟動定時/計數(shù) 1 1 停止 其中：

9、 1 表示高電平，0表示低電平，X表示任意狀態(tài) 啟動控制 BTR1A TR1(INT1+GATE )舉例：利用GATE位測正脈沖的寬度 方式1是一個16為定時器/計數(shù)器，見圖6-7。 方式1的結(jié)構(gòu)幾乎與方式0完全一樣，唯一的差別是：方式1中的TH1(TH0)和TL1（TL0） 均是8位的，構(gòu)成16位計數(shù)器。方式1 在方式2時，T/C被拆成一個8位的寄存器TH1（TH0）和一個8位計數(shù)器TL1（TL0），兩者構(gòu)成可以自動重裝載的8位T/C，如圖6-8所示。 方式2方式2每當(dāng)它計滿回零時 一方面向CPU發(fā)出溢出中斷請求， 另一方面從TH1（或TH0）中重新獲得初值并啟動計數(shù); 也就是CPU 自動將

10、TH1（或TH0）中存放的初值重新裝回到TL1（或TL0），并在此初值的基礎(chǔ)上對TL1（或TL0）開始新一輪計數(shù)，周而復(fù)始，直到下一個停止計數(shù)或更改工作方式命令為止。 方式3 方式3下T/C0和T/C1功能就不同了。此時，TH0和TL0按兩個獨(dú)立的8位計數(shù)器工作，如圖6-9所示。T/C1只能按不中斷的方式工作，常常利用它的定時功能作串行口波特率發(fā)生器,如圖6-10所示。 T/C0方式3時,TL0占用了T/C0的C/T、GATE、TR0、TF0、T0（P3.4）和INT0控制引腳 。 TH0只有簡單的內(nèi)部定時功能，它占用了T/C1的TR1控制位和TF1中斷標(biāo)志位，其啟動/關(guān)閉僅受TR1控制。 在

11、T/C0工作在方式3時，T/C1仍可設(shè)置為方式02。 由于TR1和TF1已被T/C0（TH0）占用，計數(shù)開關(guān)已被接通，此時僅用T/C1的C/T來切換其定時或計數(shù)工作方式就可使T/C1工作。 計數(shù)器（8位、13位或16位）回零溢出時，只能將輸出送入串行口或用于不需要中斷的場合。 一般情況下，當(dāng)T/C1用作串行口波特率發(fā)生器時，T/C0才設(shè)置為工作方式3。 此時，常把T/C1設(shè)置為方式2用作波特率發(fā)生器，見圖6-10 。6.2.3 T/C的初始化 1. 初始化的步驟 MCS-51內(nèi)部的T/C是可編程的,其工作方式和模式通過程序進(jìn)行設(shè)定和控制,稱為對T/C的初始化。初始化的步驟是： 1)確定工作方式

12、，即根據(jù)題目要求先給TMOD送一個方式控制字。 2)計算計數(shù)初值/定時初值，并寫入TH0、TL0或 TH1、TL1中。 3)根據(jù)需要，置位EA使CPU開放中斷，同時置位ETx允許T/C中斷。IP設(shè)定中斷優(yōu)先級。 4) 給TCON送命令控制字，即置位TRx啟動T/C計數(shù)。 2計數(shù)器初值的計算 T/C在計數(shù)模式下，計數(shù)之前必須給它的計數(shù)器TH0、TL0或TH1、TL1選送計數(shù)初值。T/C的計數(shù)器是在計數(shù)初值的基礎(chǔ)上加1計數(shù)的，當(dāng)計數(shù)器回“0”時自動產(chǎn)生溢出，置位TFx中斷標(biāo)志，向CPU 提出中斷請求。 設(shè)需要計數(shù)器計數(shù)的個數(shù)為 X，計數(shù)初值為C，由此可得出如下計算計數(shù)初值的通式： 計數(shù)初值: C

13、M - X （61）式中，M為計數(shù)器的模值，該值和計數(shù)器的工作方式有關(guān)。 當(dāng)方式0時 M 當(dāng)方式1時 （62） 當(dāng)方式2、3時3定時器初值計算 在定時模式下，計數(shù)器對單片機(jī)振蕩頻率fosc經(jīng)12分頻后的機(jī)器周期進(jìn)行加1計數(shù)，用X表示計數(shù)個數(shù)，M表示模，C表示定時初值， Tcy表示機(jī)器周期，則 1 Tcy 12/fosc，因此，定時時間T的計算公式為： T XTcy （ M-C）Tcy （63） 定時初值公式為： C M - T/ Tcy （64） 定時器的溢出率 1/T fosc/（12X） fosc/（12 （M-C） （65） 應(yīng)用舉例1 舉例2 GATE例6-2 利用T/C0方式0產(chǎn)生1

14、ms的定時,在P1.0引腳上輸出周期為2ms的方波。設(shè)單片機(jī)晶振頻率fosc 12MHZ。 解： （1）確定T/C0的工作方式 要在P1.0輸出周期為2ms的方波，只要使P10每隔1ms取反一次即可。 （2）送T/C0的方式控制字 （TMOD）00H，即T/C0定時，方式0，只由TR0啟動，因為T/C1不用，高4位取0。即： GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 0 0 0 0 0 0 0 0 TR0 定時 方式0 , T/C1不用各位均取0 啟動 （3）計算定時初值 Tcy12/fosc12/（12106 ）S1s 計數(shù)個數(shù) : X1ms/1s1000 定時初值: C(

15、 -X） 8192-1000 7192D 1C18H 11100000 11000B 高8位0E0H 低5 位18H TH0初值為0E0H，TL0初值為18H 。若采用方式1，16位，則 定時初值： C 65536-1000 64536 FC18H TH0初值為0FCH，TL0初值為18H 可以采用中斷或查詢兩種方式編寫程序。 1) 中斷方式： 當(dāng)T/C0定時溢出時，TF0被置1，申請中斷。編程使CPU采用響應(yīng)中斷方式輸出方波效率比較高。 程序清單： ORG 0000H AJMP MAIN ； 轉(zhuǎn)到主程序MAIN ORG 000BH AJMP TC0S ； 轉(zhuǎn)到T/C0的中斷服務(wù)程序TC0S主

16、程序： ORG 1000H MAIN： MOV SP，#6FH MOV TMOD ，#00H ；置T/C0為方式0，定時。 MOV TH0，#0E0H ；送計數(shù)初值 MOV TL0，#18H SETB ET0 ；T/C0允許中斷 SETB EA ；CPU開中斷 SETB TR0 ；啟動T/C0定時 HERE： SJMP HERE ；等待中斷中斷服務(wù)程序： ORG 1200H TC0S： MOV TH0，#0E0H ；重新裝入計數(shù)初值 MOV TL0，#18H CPL P1.0 ；輸出方波 RETI ；中斷返回 END (4) 編程方法 ORG 0000H MOV TMOD，#00H MOV T

17、H0，#0E0H MOV TL0，#18H SETB TR0 LOOP：JBC TF0，DO1 SJMP LOOP DO1：MOV TH0，#0E0H MOV TL0，#18H CPL P10 SJMP LOOP END 2) 查詢方式： 還可以使CPU采用查詢TF0的方式處理T/C0定時溢出，編程簡單，但效率較低。 程序中查詢采用JBC TF0，DO1 指令，目的是當(dāng)判到TF01后，必須用軟件復(fù)位TF0，為下次計數(shù)器回零溢出做好準(zhǔn)備，這條指令具有判TF0為1后清零的雙重功能。方式 最小定時 最大定時 0 11/fosc12 8192 1/fosc12 1 11/fosc12 655361/f

18、osc122、3 11/fosc12 2561/fosc12最大計數(shù)值例6-5 利用GATE門控位測量從INT1引腳輸入的正脈沖寬度。解：1. 確定工作方式 (1）送方式控制字（TMOD）1001 0000B90H ； T/C1定時，方式1 ，GATE1 。(2）計算初值 由于被測正脈沖寬度未知， 假設(shè)寬度= 65.536ms，fosc12MHz ，則： 計數(shù)個數(shù)：X65536（最大） 定時初值：C65536-X65536-655360， （TH1）00H，（TL1）00H。 對P3.3(INT1)引腳輸入的脈沖采用查詢的方法。 P3.3 （INT1) 被測脈寬 置1 TR1 TH1TL1從0

19、開始計數(shù) 清0 TR1,停止T/C1計數(shù)圖6-12 脈沖測試原理(3）編程方法 ORG 0000HMAIN：MOV SP,#6F MOV TMOD，#90H MOV TL1，#00H MOV TH1，#00HLOOP：JB P3.3,LOOP SETB TR1LOOP1:JNB P3.3,LOOP1LOOP2:JB P3.3,LOOP2 CLR TR1 MOV 30H,TL1 MOV 31H,TH1 . ACALL Calc ；計算子程序略 ACALL DIR ；顯示子程序略 SJMP $ END 程序清單： 6.2.4 定時器/計數(shù)器的溢出校準(zhǔn)和實時讀取 為什么要對 定時器/計數(shù)器的溢出校準(zhǔn)

20、？ 8051內(nèi)部定時器/計數(shù)器當(dāng)計數(shù)器回零溢出后， A 一方面置位TF0/TF1中斷標(biāo)志，申請中斷； A 另一方面，方式0、1、3在未再次裝入計數(shù)初值時，計數(shù)器會自動從0值重新開始計數(shù)。 如果要求反復(fù)計數(shù)或定時，由于CPU響應(yīng)中斷和重新裝入初值都需要時間，這樣會給計數(shù)或定時帶來誤差。 對于單級中斷的系統(tǒng)，一般中斷延時可以忽略，但在時間上要求確實很嚴(yán)格的應(yīng)用場合，必須精確計入這些延時,這時需要對定時器溢出校準(zhǔn)。 若在單級中斷的系統(tǒng)中，CPU響應(yīng)中斷至少用3個機(jī)器周期，若有其它指令的延誤，則延誤時間不易計算?？刹捎靡韵鲁绦蚨蝸硇?zhǔn)。例如，T/C1方式1，定時1MS中斷，fosc12MHz，則定時初

21、值為： 65536- 1MS/1s 65536-10000FC18H 既是-1000的補(bǔ)碼。校準(zhǔn)方法： CLR EA 1 ；禁止所有的中斷 CLR TR1 1 ；停止T/C1計數(shù)MOV A，#LOW（-1000+7）1 ；取低8位校準(zhǔn)碼ADD A，TL1 1 ；校準(zhǔn)碼加TL1中的當(dāng)前值MOV TL1，A 1 ；要重裝入的校準(zhǔn)后的低8位初值MOV A，#HIGH（-1000+7 ) 1 ；取高8位校準(zhǔn)碼ADDC A，TH1 1 ；校準(zhǔn)碼加TH1中的當(dāng)前值MOV TH1，A 1 ；要重裝入的校準(zhǔn)后的高8位初值SETB TR1 1 ；啟動T/C1(-1000+7+3+2+)擴(kuò)大計數(shù)個數(shù)和定時時間 例6-6 利用MCS-51單片機(jī)的T/C，產(chǎn)生電子時鐘的1S基時，并且由P1.7輸出2S的方波。Fosc12MHz。焦點(diǎn)： 16位計數(shù)器最大定時65.536ms，要產(chǎn)生比這個時間長的定時，怎么辦？ 1、兩個定時器級聯(lián) 2、硬件定時加軟件計數(shù)相結(jié)合。 一個T/C定時，回0溢出時，使P1.0輸出一個負(fù)脈沖送到另一個T/C的外部脈沖輸入端用以計數(shù)。 當(dāng)fosc12MHz時，最大時間可以達(dá)到： T （6553665536）1s 4294967296s 4294967.296ms 4294.967296S。若再與軟件計數(shù)相結(jié)合,會產(chǎn)生更長的時間。兩個T/C