第MCS單片機的定時器計數(shù)器

會計學(xué)1第MCS單片機的定時器計數(shù)器25.1

定時/計數(shù)器概述5.2

定時/計數(shù)器工作方式與原理5.3

定時/計數(shù)器的四種工作模式5.4

定時/計數(shù)器的控制和狀態(tài)寄存器5.5

定時/計數(shù)器的初值計算5.6

定時/計數(shù)器的應(yīng)用本章目錄第1頁/共43頁35.1定時/計數(shù)器概述定時、計數(shù)是計算機經(jīng)常要處理的操作。如：利用單片機產(chǎn)生某一頻率的方波（定時）；利用單片機作工業(yè)生產(chǎn)線上的產(chǎn)品數(shù)量統(tǒng)計、電機轉(zhuǎn)速的測量（計數(shù)）等。第2頁/共43頁4以定時為例：通常有兩種方法實現(xiàn)。軟件延時法：利用指令（延時子程序）運行所消耗的時間實現(xiàn)所需的定時時間。特點：由CPU控制，占用CPU的資源；硬件法：利用一個硬件電路實現(xiàn)所需的時間定時，一旦時間到便產(chǎn)生一個標(biāo)志信號通知CPU。特點：由CPU控制定時的啟動，但定時過程由專用模塊實現(xiàn)，CPU不參與其過程。所以提高了CPU的工作效率。第3頁/共43頁5定時/計數(shù)器就是專用于產(chǎn)生延時和計數(shù)的外圍模塊，是單片機內(nèi)部重要的組成部分。作為一個嵌入式控制器，其內(nèi)部所包含的定時/計數(shù)器的數(shù)量已經(jīng)成為衡量其功能的重要指標(biāo)。第4頁/共43頁65.2定時/計數(shù)器工作方式與原理單片機的定時/計數(shù)器是硬件邏輯電路，它可以完成兩種不同的工作方式----“定時”、“計數(shù)”；使用硬件電路，可以提高CPU的工作效率。第5頁/共43頁7

定時:產(chǎn)生一個標(biāo)準(zhǔn)的時間間隔;如20mS,100mS或1000mS等.單片機使用這種方式可以產(chǎn)生一個符合某一要求的脈沖方波(如下圖)。20mS40mSMCS-51Px.y輸出波形第6頁/共43頁8

計數(shù)：對外部的事件(脈沖)進(jìn)行統(tǒng)計。 外部事件的發(fā)生是隨機的,單片機不可能預(yù)知外部事件何時發(fā)生,但可以進(jìn)行統(tǒng)計（計數(shù)）。當(dāng)達(dá)到所要求的計數(shù)值時,單片機進(jìn)行相應(yīng)的操作。MCS-51T0(T1)

端口外部脈沖外部設(shè)備第7頁/共43頁9單片機檢測產(chǎn)品數(shù)量示意圖P0口

MCS-51T0紅外線掃描發(fā)射器紅外線接收電路產(chǎn)品包裝控制器產(chǎn)品生產(chǎn)線產(chǎn)品傳送帶第8頁/共43頁10定時/計數(shù)器的基本模型D7D6D5D4D3D2D1D0CY計數(shù)脈沖CP溢出標(biāo)志8位的加一計數(shù)器定時、計數(shù)器的核心部件是一個計數(shù)器。兩種工作方式的區(qū)別在于計數(shù)脈沖來源；第9頁/共43頁11MCS-51單片機定時/計數(shù)器的工作原理

N位增量計數(shù)器TFN位初值寄存器系統(tǒng)內(nèi)部時鐘fosc啟動控制TR外部脈沖T0或T1引腳定時/計數(shù)控制C/*T計數(shù)器溢出中斷信號計數(shù)脈沖CPC/*T=0C/*T=1定時、計數(shù)時間到標(biāo)志

（1）：何時控制啟動計數(shù)器？問題： （2）：如何控制是定時還是計數(shù)？ （3）：如何控制定時/計數(shù)的長短？第10頁/共43頁12TR. 定時計數(shù)器的啟動控制開關(guān)。

TR=1：計數(shù)器開始計數(shù)； TR=0：計數(shù)器停止計數(shù)。C/T.計數(shù)器輸入脈沖選擇開關(guān)，決定著計數(shù)器的“定時” 或“計數(shù)”的兩種工作方式。

C/T=0：計數(shù)器接收內(nèi)部時鐘信號fosc---定時方式； C/T=1：計數(shù)器接收引腳上的外部信號---計數(shù)方式。TF.計數(shù)器溢出標(biāo)志。

TF=1：定時或計數(shù)時間到，可以采用查詢或中斷方 式處理；初值寄存器：預(yù)裝用來決定計數(shù)器產(chǎn)生溢出周期的參數(shù)， 此參數(shù)決定著定時或計數(shù)的周期。通常要預(yù)算并送入初 值寄存器中。第11頁/共43頁135.3定時/計數(shù)器的四種工作模式在MCS-51單片機內(nèi)部，具有兩個完全相同的定時計數(shù)器T0、T1。它們都具有兩種工作方式：定時和計數(shù)；無論是定時或計數(shù)方式，又都具備四種工作模式，以根據(jù)實際要求達(dá)到最佳的工作狀態(tài)。定時計數(shù)器的工作方式、工作模式是由SFR中的TMOD內(nèi)容來決定的。因此對其方式、模式的設(shè)定是靠對TMOD的初始化編程實現(xiàn)的。第12頁/共43頁14模式0:13位計數(shù)器模式TH1TL1震蕩器1/12(8位)(低5位)TF1中斷啟動控制T1引腳TR1GATEINT1高三位棄用C/*T=0C/*T=113位加1計數(shù)器在某一個初值的基礎(chǔ)上加1計數(shù)，當(dāng)計數(shù)器計滿為全“1”,再來一個計數(shù)脈沖時，就產(chǎn)生一個“溢出中斷信號”TF1=1。由于低8位計數(shù)器中的高三位沒有參與工作，故填裝初值時應(yīng)“避開”此三位。第13頁/共43頁15類同于模式0。由于兩個計數(shù)器為完整的8位，故將計算好的16位初值可直接填裝到TH、TL中。TL1TH1震蕩器1/12(8位)(8位)TF1中斷啟動控制T1引腳TR1GATEINT1C/*T=0C/*T=1模式1:16位計數(shù)器模式16位加1計數(shù)器第14頁/共43頁16模式0、1的特點13位和16位的計數(shù)器模式。啟動后，從某一個初值的基礎(chǔ)上進(jìn)行“加一”計數(shù)。當(dāng)計到“全１”時再來一個計數(shù)脈沖，計數(shù)器就會產(chǎn)生一個“溢出”即TF=1，此時計數(shù)器本身為“全零”。如果需要重復(fù)性的完成某一值的定時或計數(shù)，需要在每一次計數(shù)前不斷的重新預(yù)裝初值，稱之為“軟件重裝初值”。第15頁/共43頁17TL做計數(shù)器，TH做初值寄存器，工作前TL1,TH1分別預(yù)置相同的初值。TL1計數(shù)時,產(chǎn)生溢出的同時,將TH1中的初值自動重裝TL1。TL1繼續(xù)計數(shù)。TL1(8位)TH1(8位)震蕩器1/12TF1中斷控制T1引腳TR1GATEINT1C/*T=1C/*T=0模式2

:8位自動重裝初值模式8位加1計數(shù)器8位初值寄存器第16頁/共43頁18模式2的特點及應(yīng)用8位計數(shù)器的模式，定時或計數(shù)的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于模式0和模式1；具備初值“硬件自動重裝”功能，非常適合進(jìn)行重復(fù)性定時的場合，如產(chǎn)生連續(xù)方波信號等。編成中省去了軟件重裝初值的麻煩；在MCS-51單片機中，T1設(shè)定成此模式用于做串行口波特率發(fā)生器。第17頁/共43頁19將T0和T1重新進(jìn)行“拆分、組合”。將T0變?yōu)橛蒚H0,TL0組成的兩個獨立的8位定時/計數(shù)器。TL0震蕩器1/12TF0中斷控制T0引腳TR0GATEINT0C/*T=0C/*T=1TH0TF1中斷控制TR1Fosc/12模式3

組合擴(kuò)展模式（僅適用于T0）第18頁/共43頁20【注意】：TH0,TL0及T1的各自特點:1,

TH0計數(shù)脈沖來自內(nèi)部fosc，所以它只能處于”定時”方式；2,TH0分別借用了定時器T1的TR1和TF1為自己服務(wù)，使TH0能象TL0那樣用TR1啟動定時，并用TF1來作為TH0的溢出中斷的標(biāo)志；3,此時，由于T1缺少了啟動控制信號TR1和溢出標(biāo)志TF1，那么在模式3時,T1是如何啟動和工作？4,模式3就是將單片機原有的T0、T1兩個計數(shù)器變成三個獨立的計數(shù)器。其中T1要事先設(shè)定為模式2（串行口的波特率發(fā)生器）并啟動起來。第19頁/共43頁21在模式3時T0,T1的電路結(jié)構(gòu)圖TL0八位定時/計數(shù)器TH0八位定時器TL1TF0TF1將T0分解為兩個計數(shù)器TL0：8位定時/計數(shù)器；TH0：8位定時器（借用TR1和TF1）T1（模式2）做波特率發(fā)生器。此種方式不用反復(fù)啟動和查詢標(biāo)志TH1第20頁/共43頁22GATE信號的作用GATE=0時：當(dāng)TR1=1時，啟動定時/計數(shù)工作。 一種定時計數(shù)器通常的工作方式；GATE=1且TR=1時：

INT=1時,開始工作；

INT=0時，計數(shù)器停止計數(shù)。此方式用于測量INT腳上輸入的正脈沖的脈寬。TR0=1GATE=1/INT001100啟動計數(shù)器第21頁/共43頁23定時/計數(shù)器4種模式比較（計數(shù)方式）模式計數(shù)模M最大計數(shù)值模式013位Tmax=213=8192模式116位Tmax=216=

65536模式2，38位Tmax=28=256第22頁/共43頁24定時/計數(shù)器4種模式比較（定時方式）模式計數(shù)模M最大定時時間Tmax（fosc=12M）模式013位Tmax=8192*1μ?

=8.192ms模式116位Tmax=65536*1μ?=65.536ms模式2，38位Tmax=256*1μ?=0.256msT=(M-TC)×t其中,T:定時時間，M:計數(shù)器的模，TC:計數(shù)初值，t:計數(shù)器計數(shù)脈沖的周期（t=fosc/12)。第23頁/共43頁255.4定時/計數(shù)器的控制和狀態(tài)寄存器GATE選通門:GATE=0時,只要TR=1,計數(shù)器就開始工作；

GATE=1時,只有INT=TR=“1”時,計數(shù)器工作（用來測量INT腳高電平脈沖的寬度）。C/T計數(shù)、定時方式選擇位:C/T=1時,計數(shù)方式。

C/T=0時:定時方式。M1、M0模式選擇:確定四種工作模式.GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0定時/計數(shù)器1定時/計數(shù)器01.模式控制寄存器TMOD（SFR的地址:89H）第24頁/共43頁26TF0定時器T0的溢出標(biāo)志:

計數(shù)器溢出時硬件自動置位，即TF0=1。進(jìn)入中斷后再由硬件自動清除（TF0=0）；TR0計數(shù)器T0的控制位:

由軟件設(shè)定:TR0=1計數(shù)器開始工作；

TR0=0計數(shù)器停止計數(shù)。TF1、TR1同上。TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT02.控制寄存器TCON(SFR地址:88H)第25頁/共43頁27IE1,IE0外部中斷*INT1,*INT0的請求標(biāo)志:

當(dāng)單片機檢測到INT引腳上有下降沿(或低電平)時,IE=1申請中斷.進(jìn)入中斷服務(wù)程序時,硬件自動清除IE標(biāo)志.IT1,IT0外中斷觸發(fā)類型控制:IT=1時,外中斷信號的下降沿觸發(fā)IE標(biāo)志；

IT=0時,外中斷信號的低電平觸發(fā)IE標(biāo)志。TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0控制寄存器TCON(SFR地址:88H)第26頁/共43頁285.5定時/計數(shù)器的初值計算計數(shù)器TH、TL中的初值TC決定著計數(shù)器溢出的時間。根據(jù)具體的實際應(yīng)用的需要，計算出對應(yīng)的TC值是對定時/計數(shù)器初始化的重要步驟；初值TC的大小與系統(tǒng)的工作頻率fosc和定時計數(shù)器的工作模式有關(guān)。第27頁/共43頁29（一）計數(shù)器工作方式下的TC計算TC=M-C其中：M---計數(shù)器的模模式0：M=213=8192

模式1：M=216=65536

模式2,3：M=28=256

C---要求的計數(shù)值第28頁/共43頁30（二）定時工作方式下的TC計算TC=M-T/T計數(shù)

其中：M---計數(shù)器的模 模式0：M=213 =8192

模式1：M=216 =65536

模式2,3：M=28 =256

T計數(shù)

---計數(shù)周期(即機器周期)=(1/fosc)×12

T---要求的定時時間值第29頁/共43頁31TC計算舉例（一）計數(shù)方式：要求每計100個脈沖定時器產(chǎn)生一次溢出?！窘?】選擇模式2。TC=256-100=156=9CH

MOV TH0，#9CH MOV TL0，#9CH【解2】選擇模式1。TC=65536-100=65436=FF9CH

MOV TH0，#0FFH MOV TL0，#9CH【思考題】若選用模式0，TC=？，如何編寫指令？第30頁/共43頁32TC計算舉例（二）定時方式：要求T0產(chǎn)生50mS的定式?！窘?】選擇模式1。TC=M-T/T計數(shù)

TC=65536?（50mS*1000）/1μS =65536?50000 =15536=3CB0H

MOV TH0，#3CH MOV TL0，#0B0H【思考題】為什么選擇模式1？第31頁/共43頁335.6定時/計數(shù)器的應(yīng)用學(xué)習(xí)定時/計數(shù)器的編程方法： 首先，根據(jù)實際應(yīng)用，確定：工作方式的選擇（定時或計數(shù)？）；工作模式的確定（取決于定時或計數(shù)的范圍）；計算初值并裝載TH、TL寄存器中；啟動定時器開始工作。

上述操作主要體現(xiàn)在對TMOD、TCON的初始化。第32頁/共43頁34（一）定時器方式1應(yīng)用舉例利用單片機的P1.0產(chǎn)生一個頻率為100HZ的對稱方波?！窘狻浚菏褂肨0。確定工作方式、工作模式和定時初值。1.選擇定時方式（C/T=0）；2.選擇模式1（M1、M0=

01)，3.計算初值TC

。TC=65536-5ms/1us=60536=EC78H

即TH=0ECH，TL=78H。

4.試編程。10ms5ms5ms第33頁/共43頁35用單片機設(shè)計一個方波發(fā)生器示意圖MCS-51P1.0GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0TMOD0000

0001TCON第34頁/共43頁36

ORG0030HSTRAT: MOVTMOD,#01H ;設(shè)定時器為定時，模式1

SETBTR0 ;啟動定時器T0LOOP: MOVTH0,#0ECH ;設(shè)定時初值

MOVTL0,#78H

JNBTF0,$ ;定時時間到？

CLRTF0 ;清T0標(biāo)志

CPLP1.0 ;P1.0取反

SJMPLOOP ;循環(huán)繼續(xù)

END

程序清單（查詢法）第35頁/共43頁37程序流程圖（查詢法）設(shè)定T0的模式啟動T0設(shè)定定時初值TF0=0清標(biāo)志CPLP1.0YN第36頁/共43頁38思考題：若采用模式0如何編程？

模式0時（13位模式）：

TC=8192-5ms/1us=3193=0C78H =0000110001111000B =0110001111000B高8位TH0低5位TL0MOV TH0，#63HMOV TL0，#18H【注意】低8位中的高三位用0來填充，即00011000第37頁/共43頁39（二）定時器方式1應(yīng)用舉例利用P1.0口線輸出周期為2S的方波。【解】如何產(chǎn)生1S（1000ms）的定時？

1000ms的定時由50ms累計20次。1,選擇T0且設(shè)定為定時方式，模式1。2,TC=65535-50ms/1us=3CB0H3,TMOD控制字為：00000001B=01H4,T0采用中斷方式,既每50ms產(chǎn)生一次中斷，中斷20次便是1S。軟件重裝初值R0=0？NYCPLP1.02S1S1SP1.020→R0R0-1→R0RETIBRT0中斷服務(wù)程序第38頁/共43頁40 ORG0000H LJMPSTART ORG0030HSTART: MOVTMOD,#01H ；設(shè)T0為定時方式，模式1

MOVTH0,#3CH

；50mS定時初值

MOVTL0,#0B0H

SETBTR0 ；啟動定時器T0 MOVR0,#14H ；計數(shù)器R0賦初值20LOOP: JNBTF0,$

；等待50mS定時BRT0: DJNZR0,NEXT

；定時到計數(shù)器R0減一，R0≠0，轉(zhuǎn)NEXT

CPLP1.0 ；P1.0輸出取反

MOVR0,#14H

；計數(shù)器R0重賦初值20NEXT: MOVTH0,#3CH

；軟件重裝初值

MOVTL0,#0B0H SJMP LOOP ;返回LOOP繼續(xù)

END查詢方式編程第39頁/共43頁41（三）定時器門控位GATE的應(yīng)用如果GATE=1,TR=1時電路是否計數(shù)取決于/INT0：

/INT0=1

時開始計數(shù)；/INT0=0,電路停止計數(shù)。利用這一特點，可以實現(xiàn)測量外部脈沖的寬度。計數(shù)器震蕩器1/12TF0中斷計數(shù)控制T0引腳TR0GATEINT0C/*T=0C/*T=1MCS-51INT0第40頁/共43頁42解題步驟：將外部脈