第6章-定時(shí)器-計(jì)數(shù)器1總

第6章定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1的電路結(jié)構(gòu)和工作原理基本相同Ti的工作原理簡(jiǎn)要概括：核心部分是一個(gè)由時(shí)鐘信號(hào)觸發(fā)的按遞增規(guī)律工作的循環(huán)計(jì)數(shù)器；從預(yù)先設(shè)定的某一“初始值”開(kāi)始計(jì)起，在累積到超過(guò)最大值時(shí)產(chǎn)生溢出，并同時(shí)會(huì)建立一個(gè)相應(yīng)的溢出標(biāo)志（即中斷標(biāo)志位）TFi。6.1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1的特性

定時(shí)器／計(jì)數(shù)器的核心：一個(gè)加1計(jì)數(shù)器，其基本功能是加1計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)功能：若是對(duì)單片機(jī)的T0、T1引腳輸入信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，即是計(jì)數(shù)功能。當(dāng)外部輸入信號(hào)由1至0跳變時(shí)，計(jì)數(shù)器加1。定時(shí)功能：若是對(duì)單片機(jī)內(nèi)部的機(jī)器周期進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而得到定時(shí)，這就是定時(shí)功能。每個(gè)機(jī)器周期（等于12個(gè)晶體振蕩周期）計(jì)數(shù)器加1。定時(shí)功能和計(jì)數(shù)功能的設(shè)定和控制都是通過(guò)軟件來(lái)設(shè)定的。6.1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1的特性

具有以下特性：具有2種功能模式可供選擇具有4種工作方式可供選擇核心是一個(gè)16位寬的循環(huán)累加計(jì)數(shù)寄存器計(jì)數(shù)寄存器在SFR內(nèi)統(tǒng)一編址用軟件方式可以隨時(shí)直接讀出或改寫計(jì)數(shù)寄存器的內(nèi)容用軟件方式可以隨時(shí)控制累加計(jì)數(shù)的開(kāi)啟和停止6.1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1的特性

具有以下特性：也可以用外接引腳信號(hào)控制累加計(jì)數(shù)過(guò)程的開(kāi)啟或停止計(jì)數(shù)寄存器計(jì)滿溢出時(shí)，產(chǎn)生中斷標(biāo)志位T1可用作異步串行接口UART的波特率發(fā)生器通過(guò)巧妙編程，還可用來(lái)實(shí)現(xiàn)輸入捕捉、輸出比較、脈寬調(diào)制等擴(kuò)展功能。5.1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1的特性

5.3定時(shí)器/計(jì)數(shù)器電路結(jié)構(gòu)T0、T1的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖5.1定時(shí)器的結(jié)構(gòu)及工作原理定時(shí)/計(jì)數(shù)器對(duì)輸入信號(hào)的要求外部計(jì)數(shù)脈沖的最高頻率為系統(tǒng)振蕩器頻率的1/24，例如選用12MHz頻率的晶體，則可輸入500KHz的外部脈沖。輸入信號(hào)的高、低電平至少要分別保持一個(gè)機(jī)器周期。 如圖所示，圖中Tcy為機(jī)器周期。與T0和T1模塊有關(guān)的SFR共有8個(gè)定時(shí)器控制寄存器TCON定時(shí)器方式寄存器TMOD中斷允許寄存器IE中斷優(yōu)先權(quán)管理寄存器IP累加計(jì)數(shù)器存器TH0+TL0、TH1+TL15.2T0和T1相關(guān)的寄存器

方式寄存器TMOD

GATE=1，T0、T1的啟動(dòng)由INTi引腳和TRi位共同控制。只有INTi為高電平時(shí)，TRi置“1”才能啟動(dòng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。GATE=0，T0、T1由軟件設(shè)置TRi來(lái)控制啟動(dòng)。TRi=1，啟動(dòng)；TRi=0，停止。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式

TMOD用于控制T0和T1工作方式，低4位用于控制T0，高4位用于控制T1。M1M0：工作方式控制位，對(duì)應(yīng)4種工作方式。C/T：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器功能方式選擇位。控制寄存器TCON

控制寄存器TCON

TCON用于控制定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的啟、停、溢出標(biāo)志和外部中斷信號(hào)觸發(fā)方式。TFi：T0、T1溢出位。當(dāng)計(jì)數(shù)溢出時(shí)，由硬件自動(dòng)使TFi置1，并向CPU申請(qǐng)中斷。進(jìn)入中斷服務(wù)程序后，TFi又被硬件自動(dòng)清0。TFi也可作為程序查詢的標(biāo)志位，在查詢方式下由軟件清0。TRi：T0、T1運(yùn)行控制位。TRi=1啟動(dòng)計(jì)數(shù),TRi=0，停止工作。5.4定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式及應(yīng)用每一種工作方式對(duì)應(yīng)最大計(jì)數(shù)值:

方式0 13位計(jì)數(shù)器213=8192

方式1 16位計(jì)數(shù)器 216=65536

方式2 8位計(jì)數(shù)器 28=256

方式3 8位計(jì)數(shù)器 28=256T0優(yōu)于T1的方面：多一種工作方式T1優(yōu)于T0的方面：可以作為串口的波特率發(fā)生器MCS-51的定時(shí)器T0有4種工作方式： 即：方式0，方式1，方式2，方式3。MCS-51的定時(shí)器T1有3種工作方式： 即：方式0，方式1，方式2。5.3定時(shí)器的工作方式5.3.2方式1

M1、M0=01，為16位的計(jì)數(shù)器，除位數(shù)外，其他與方式0相同。其定時(shí)時(shí)間為：

(216-初值)×振蕩周期×12

例如：若晶振頻率為12MHz，則最長(zhǎng)的定時(shí)時(shí)間為

(216-0)×(1/12)×12us=65.536ms5.3定時(shí)器的工作方式——方式15.3.3方式2

M1、M0=10，為自動(dòng)恢復(fù)初值的8位計(jì)數(shù)器，等效框圖如下:TLx作為8位計(jì)數(shù)器，THx作為重置初值的緩沖器。5.3定時(shí)器的工作方式——方式2

THx作為常數(shù)緩沖器，當(dāng)TLx計(jì)數(shù)溢出時(shí)，在置“1”溢出標(biāo)志TFx的同時(shí)，還自動(dòng)的將THx中的初值送至TLx，使TLx從初值開(kāi)始重新計(jì)數(shù)。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的方式2工作過(guò)程如圖(x=0,1)。優(yōu)點(diǎn)：

方式0和方式1用于循環(huán)重復(fù)定時(shí)或計(jì)數(shù)時(shí)，在每次計(jì)數(shù)器擠滿溢出后，計(jì)數(shù)器復(fù)0。若要進(jìn)行新一輪的計(jì)數(shù)，就得重新裝入計(jì)數(shù)初值。這樣一來(lái)不僅造成編程麻煩，而且影響定時(shí)精度。而方式2具有初值自動(dòng)裝入的功能，避免了這個(gè)缺點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)精確的定時(shí)。缺點(diǎn)： 只有8位計(jì)數(shù)器，定時(shí)時(shí)間短、計(jì)數(shù)范圍小。其定時(shí)時(shí)間為：

(28-初值)×振蕩周期×12若晶振頻率為12MHz，則最長(zhǎng)的定時(shí)時(shí)間為(28-0)×(1/12)×12us=0.256ms5.3定時(shí)器的工作方式——方式2方式2工作過(guò)程圖

(x=0,1)。5.3.4方式3

只適用于定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0。T1不能工作在方式3。 如果將T1置為方式3，則相當(dāng)于TR1=0，停止計(jì)數(shù)(此時(shí)T1可用來(lái)作串行口波特率產(chǎn)生器)。1.工作方式3下的T0

T0在方式3時(shí)被拆成兩個(gè)獨(dú)立的8位計(jì)數(shù)器：TH0和TL0。

8位計(jì)數(shù)器TL0使用T0的狀態(tài)控制位C/T*、GATE、TR0、INT0，它既可以工作在定時(shí)方式，也可以工作在計(jì)數(shù)方式。8位定時(shí)器TH0被固定為一個(gè)8位定時(shí)器(不能作外部計(jì)數(shù)模式)，并使用定時(shí)器T1的狀態(tài)控制位TR1，同時(shí)占用定時(shí)器T1的中斷請(qǐng)求源TF1。此時(shí)，定時(shí)器TH0的啟動(dòng)或停止只受TR1控制。

TR1=1時(shí)，啟動(dòng)TH0的計(jì)數(shù)；TR1=0時(shí)，停止TH0的計(jì)數(shù)5.3定時(shí)器的工作方式——方式32.T0工作在方式3下T1的各種工作方式注意：當(dāng)T0處于方式3時(shí)，T1仍可設(shè)置為方式0、方式1和方式2。當(dāng)時(shí)由于TR1、TF1和T1的中斷源都已被定時(shí)器T0(中的TH0)占用，所以定時(shí)器T1僅有控制位C/T來(lái)決定其工作在定時(shí)方式或計(jì)數(shù)方式。當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)滿溢出時(shí)，不能置位“TF1”，而只能將輸出送往串口。所以，此時(shí)定時(shí)器T1一般用作串口的波特率發(fā)生器，或不需要中斷的場(chǎng)合。

(1)T1工作在方式05.3定時(shí)器的工作方式第5章定時(shí)器/計(jì)數(shù)器及其應(yīng)用5.4定時(shí)器的編程和應(yīng)用5.4定時(shí)器的編程和應(yīng)用編程說(shuō)明MCS-51單片機(jī)的定時(shí)器是可編程的，但在進(jìn)行定時(shí)或計(jì)數(shù)之前要對(duì)程序進(jìn)行初始化，具體步驟如下：（1）確定工作方式字：對(duì)TMOD寄存器正確賦值；（2）確定定時(shí)初值：計(jì)算初值，直接將初值寫入寄存器的TH0、TL0或TH1、TL1； 初值計(jì)算：設(shè)計(jì)數(shù)器的最大值為M，則置入的初值X為： 計(jì)數(shù)方式：X=M-計(jì)數(shù)值 定時(shí)方式：由(M-X)T=定時(shí)值,得X=M-定時(shí)值/T T為計(jì)數(shù)周期，是單片機(jī)的機(jī)器周期。 （模式0M為213，模式1M為216，模式2和3M為28）（3）根據(jù)需要，對(duì)IE置初值，開(kāi)放定時(shí)器中斷；（4）啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器，對(duì)TCON寄存器中的TR0或TR1置位，置位以后，計(jì)數(shù)器即按規(guī)定的工作模式和初值進(jìn)行計(jì)數(shù)或開(kāi)始定時(shí)。定時(shí)初值:

對(duì)機(jī)器周期進(jìn)行計(jì)數(shù)。T：定時(shí)時(shí)間，X：初值，N：計(jì)數(shù)器位數(shù)，fosc：系統(tǒng)時(shí)鐘頻率，則：（2N－X）×12/fosc=TX=2N－fosc/12×T計(jì)數(shù)初值:

對(duì)外部脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值根據(jù)要求確定。N：計(jì)數(shù)器位數(shù)，X：初值，則：

X=2N－計(jì)數(shù)值5.4定時(shí)器的編程和應(yīng)用

例5-1

要在P1.0上輸出一個(gè)周期為2ms的方波，假設(shè)系統(tǒng)振蕩頻率采用12MHz。

利用T0方式0產(chǎn)生1ms的定時(shí)

方波的周期用T0來(lái)確定，讓T0每隔1ms計(jì)數(shù)溢出1次，即TF0=1；查詢到TF0=1則CPU對(duì)P1.0取反。即要使P1.0每隔1ms取反一次。5.4定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式及應(yīng)用每一種工作方式對(duì)應(yīng)最大計(jì)數(shù)值:

方式0 13位計(jì)數(shù)器213=8192

方式1 16位計(jì)數(shù)器 216=65536

方式2 8位計(jì)數(shù)器 28=256

方式3 8位計(jì)數(shù)器 28=256T0優(yōu)于T1的方面：多一種工作方式T1優(yōu)于T0的方面：可以作為串口的波特率發(fā)生器5.4定時(shí)器的編程和應(yīng)用第一步：確定工作方式字 方式0(13位)最長(zhǎng)可定時(shí)8.192ms;

方式1(16位)最長(zhǎng)可定時(shí)65.536ms;

方式2(8位)最長(zhǎng)可定時(shí)256s。T0為方式0，M1M0=00定時(shí)工作狀態(tài)，C/T=0GATE=0，不受INT0控制，T1不用全部取“0”值。故TMOD=00H5.4定時(shí)器的編程和應(yīng)用第二步：計(jì)算1ms定時(shí)的初值X

設(shè)初值為X，則有: (213-X)×12×10-6×1/12=1×10-3

可求得：X=8192-1000=7192 X化為16進(jìn)制，即X=1C18H=1,1100,000

1,1000B。 所以，T0的初值為:

TH0=E0HTL0=18HTH011100000TL0×

×

×

11000第三步：程序設(shè)計(jì)

采用查詢TF0的狀態(tài)來(lái)控制P1.0的輸出，同時(shí)要重新裝入初值。5.4定時(shí)器的編程和應(yīng)用

參考程序:

ORG 0100HMAIN: MOV TMOD,#00H ；設(shè)置T0為方式0 MOV TL0, #18H ；送計(jì)數(shù)初值

MOV TH0, #0E0H ；送計(jì)數(shù)初值

SETB TR0 ；啟動(dòng)T0LOOP: JBC TF0， NEXT；查詢定時(shí)時(shí)間到，轉(zhuǎn)NEXT，同時(shí)清TF0

SJMP LOOP ；重復(fù)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

SJMP LOOP ；重復(fù)循環(huán)

END改為中斷方式（程序現(xiàn)編）ORG0000HLJMPmainORG000BHLJMPNEXTORG 0100HMAIN: MOV TMOD,#00H ；設(shè)置T0為方式0 MOV TL0, #18H ；送計(jì)數(shù)初值

MOV TH0, #0E0H ；送計(jì)數(shù)初值

SETBET0SETBEA SETB TR0 ；啟動(dòng)T0SJMP$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

RETI ；重復(fù)循環(huán)

ENDGATE門可使定時(shí)器Tx(T0或T1)的啟動(dòng)計(jì)數(shù)受INTx*的控制，可測(cè)量引腳INTx*(P3.2或P3.3)上正脈沖的寬度(機(jī)器周期數(shù))。以T1為例：門控制位GATE的應(yīng)用—測(cè)量脈沖寬度回顧當(dāng)GATE=1時(shí)，K=TRx·INTxK利用GATE測(cè)試外部輸入脈沖寬度

GATE＝0時(shí)，定時(shí)器的啟動(dòng)只受TRi位控制。GATE＝1時(shí)，定時(shí)器的啟動(dòng)將受TRi位和外部中斷信號(hào)INTi的共同控制。只有當(dāng)INTi=1，同時(shí)TRi=1時(shí)才能啟動(dòng)計(jì)數(shù)；INTi=0時(shí)停止計(jì)數(shù)。換一個(gè)角度看，當(dāng)GATE＝1時(shí)，定時(shí)器實(shí)際記錄的時(shí)間就是相應(yīng)INTi引腳上高電平的持續(xù)時(shí)間。通過(guò)反相器，則可測(cè)得相應(yīng)INTi引腳上低電平的持續(xù)時(shí)間。二個(gè)時(shí)間的和即為INTi引腳上輸入波形的周期，其倒數(shù)即為INTi引腳上輸入波形的頻率。還可算出占空比等參數(shù)。測(cè)試原理：以T0為例

GATE＝1TR0＝1例5-4利用T1門控位GATE測(cè)試INT1*(P3.3)引腳上出現(xiàn)的