單片機的定時器 計數(shù)器 的用法

第6章單片機的定時器/計數(shù)器定時/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)與工作原理6.1定時器的控制6.2定時/計數(shù)器的工作方式6.3定時/計數(shù)器的編程和應(yīng)用6.4純軟件定時/計數(shù)方法：定時——空循環(huán)預(yù)定周次，等待預(yù)定時間計數(shù)——讀取I/O口電平，統(tǒng)計變化次數(shù)基本思路：由CPU統(tǒng)計狀態(tài)變化次數(shù)，待預(yù)定結(jié)果出現(xiàn)后結(jié)束統(tǒng)計。delay(unsigned

inttime){unsignedintj=0;

for(;time>0;time--)

for(j=0;j<125;j++);}存在問題：占用過多CPU機時2023/2/136.1定時/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)和工作原理

定時/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)基本型：T0，定時、計數(shù)。T1，定時、計數(shù)、串口波特率發(fā)生器。增強型：增加了T2。TH1、TL1TH0、TL0TCONTMOD定時/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)2個16位計數(shù)器T0(TH0、TL0)和T1(TH1、TL1)——加1計數(shù)器2個控制寄存器TCON和TMOD——管理計數(shù)器的運行2個外部引腳T0(P3.4)和T1(P3.5)——接入外部脈沖2023/2/15定時/計數(shù)器的工作原理實質(zhì)是16位加1計數(shù)器定時器模式時，是對內(nèi)部機器周期計數(shù)。計數(shù)值乘以機器周期就是定時時間計數(shù)器模式時，是對外部事件計數(shù)。脈沖由T0（P3.4）或T1(P3.5)引腳輸入。

注意:(若計數(shù)值為N,計數(shù)初值為X)溢出信號使TF0或TF1置1，并發(fā)出中斷請求，16位時有：

N=65536-X，或X=65536-N12MHz晶振時，計數(shù)頻率低于0.5MHz

單片機軟硬件聯(lián)合定時/計數(shù)方法：等待CPU響應(yīng)系統(tǒng)時鐘脈沖加1計數(shù)器溢出標志溢出定時器外來信號脈沖加1計數(shù)器溢出標志溢出等待CPU響應(yīng)計數(shù)器外來信號脈沖加1計數(shù)器溢出標志溢出等待CPU響應(yīng)系統(tǒng)時鐘脈沖K定時/計數(shù)器定時器的本質(zhì)是計數(shù)器(對時鐘脈沖計數(shù))，計數(shù)器則是對外來脈沖計數(shù).計數(shù)器的溢出空間可隨計數(shù)初值改變→定時時間tt=(計數(shù)器最大空間-計數(shù)初值)×機器周期

=(2n-a)×12/fosc(s)基本工作原理：t與n、a、fosc三個因素有關(guān)

TFx（X=0、1）Tx端(每個機器周期產(chǎn)生一個計數(shù)脈沖)邏輯開關(guān)功能：=0→定時器方式，=1計數(shù)器方式

TFx（X=0、1）Tx端計數(shù)值N=(計數(shù)器滿計數(shù)值-計數(shù)初值)=(2n–a)N與n、a兩個因素有關(guān)定時/計數(shù)器的控制關(guān)系（以T1為例）門控位GATE=0-允許TR1啟動計數(shù)器GATE=1-允許INT1啟動計數(shù)器啟動控制位TR1=1-啟動計數(shù)器TR1=0-停止計數(shù)器外部中斷1參與定時器的啟停管理中斷請求標志位TF1=1-請求TR1=0-復(fù)位

T1模式選擇位=0-定時=1-計數(shù)6.2定時/計數(shù)器的控制2023/2/110工作方式寄存器TMOD

76543210TMODGATEC/TM1M0GATEC/TM1M0字節(jié)地址：89HGATE：門控位。GATE＝0時，只要TRx為1，就可啟動計數(shù)器工作；GATA＝1時，定時器的啟動還要加上INTx引腳為高電平這一條件。

C/T：模式選擇位。清0為定時模式，置1為計數(shù)方式。M1M0：工作方式設(shè)置位?？稍O(shè)置四種工作方式(見下頁）。2023/2/111M1M0工作方式說明00方式013位定時/計數(shù)器01方式116位定時/計數(shù)器10方式28位自動重裝定時/計數(shù)器11方式3T0分成兩個獨立的8位定時/計數(shù)器；T1此方式停止計數(shù)注意：TMOD不能進行位尋址

GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0D7D5D4D3D2D1D0TMODD6（89H）T1T0

T1方式選擇位00-方式001-方式110-方式2T1工作狀態(tài)

T1

T0

TF0

TR0

T0腳INT0T0方式選擇位00-方式001-方式110-方式211-方式3T0工作狀態(tài)GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0D7D5D4D3D2D1D0TMODD6（89H）T1T0

注意：TMOD只能以字節(jié)方式進行初始化例如，設(shè)置T0為定時器方式1，允許TR0啟動；T1為計數(shù)器方式0，允許INT1啟動。則TMOD=11000001B=0xc1又如，系統(tǒng)上電默認值為TMOD=0，則默認狀態(tài)應(yīng)為：T0和TI均為定時器方式0，允許TR0、TR1啟動。2023/2/114控制寄存器TCON

76543210TCONTF1TR1TF0TR0字節(jié)地址：88HTFx：Tx溢出標志位。響應(yīng)中斷后TFx有硬件自動清0。用軟件設(shè)置TFx可產(chǎn)生同硬件置1或清0同樣的效果。TRx：Tx運行控制位。置1時開始工作；清0時停止工作。TRx要由軟件置1或清0（即啟動與停止要由軟件控制）。TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT08FH8DH8CH8BH8AH89H88HTCON8EH(88H)定時器控制位外部中斷控制位

T1

T0

TF0

TR0

T0腳INT0注意，系統(tǒng)上電默認值為TCON=0，則默認狀態(tài)應(yīng)為：TR0和TR1均為關(guān)閉狀態(tài)、電平中斷觸發(fā)方式、沒有外部中斷請求M1M0工作方式功能說明00110101012313位定時/計數(shù)器16位定時/計數(shù)器8位自動重裝定時/計數(shù)器3種定時/計數(shù)器關(guān)系T0工作方式注意：T0有4種工作方式，每種工作方式都有定時和計數(shù)2種方式。T1只有3種工作方式（T0的方式3中占用了T1的部分資源）。M1M0工作方式功能說明00101001213位定時/計數(shù)器16位定時/計數(shù)器8位自動重裝定時/計數(shù)器T1工作方式學(xué)習(xí)順序：方式1→方式2→方式06.3定時/計數(shù)器的工作方式2023/2/117方式1：16位方式

X=216-N=65536-N計數(shù)范圍：1～65536

計數(shù)初值要分成2個字節(jié)分別送入TH0、TL0方式1定時時間：t=(216-a)×12/fosc(s)——使用16位定時/計數(shù)器（THx+TLx）（M0M1為01組合時）定時范圍為1～65,536μs（≈65ms）。最大定時時間（a=0，fosc=12MHz）：t=216(s)=65536(s)定時方式最大計數(shù)值：N=65536(脈沖)計數(shù)值：N=(216–a)由于檢測一個負跳變需要2個機器周期，即24個振蕩周期，故最高計數(shù)頻率=。計數(shù)方式故，對于12MHz晶振，最大外部脈沖的頻率為0.5MHz。實例1

設(shè)單片機的fosc=12MHz，采用T0定時方式1在P1.0腳上輸出周期為2ms的方波。虛擬示波器分析：周期為2ms的方波由2個半周期為1ms的正負脈沖組成方波輸出原理：定時1ms后將端口輸出電平取反。2ms1msTH0

=

0xfc

TL0

=

0x181ms定時的計數(shù)初值應(yīng)為：a=216–t*fos/12=216–1000*12/12=64536=0xfc18注意：需要不斷重裝計數(shù)初值。（1）查詢方式#include<reg51.h>sbitP1_0

=

P1^0;main(){

TMOD

=

0x01;

//設(shè)置T0定時方式1(00000001B)TR0=1;//啟動T0

for(;;){

TH0

=

0xfc;

//裝載計數(shù)初值

TL0

=

0x18;

do{

}while(!TF0);//等待TF0溢出P1_0

=!P1_0;

//定時時間到P1.0反相

TF0

=

0;

//TF0標志清0

}}T0圖6.14實例1仿真波形圖（2）中斷方式#include<reg51.h>sbitP1_0=P1^0;timer0()interrupt1{//T0中斷函數(shù)P1_0=!P1_0; //P1.0取反

TH0=0xfc; //裝載計數(shù)初值

TL0=0x18;}main(){

TMOD=0x01; //T0定時方式1

TH0=0xfc; //裝載計數(shù)初值

TL0=0x18;EA=1; //開總中斷

ET0=1; //開T0中斷

TR0=1; //啟動T0 while(1);}注意：中斷響應(yīng)后系統(tǒng)可自動將TFx標志位清0小結(jié)：使用定時/計數(shù)器的步驟強調(diào)：TMOD的設(shè)置只能以字節(jié)形式給出T0

（1）設(shè)置TMOD——確定定時/計數(shù)器的工作狀態(tài)

（2）計算計數(shù)初值——產(chǎn)生期望的定時間隔計數(shù)初值a=216-t×fosc/12（t≤65536s）THx=a/256TLx=

a/

%256

裝載計數(shù)初值:3）確定采用何種方式處理溢出結(jié)果若是查詢方式——采用條件判斷語句若是中斷方式→中斷初始化設(shè)置和中斷服務(wù)程序：do{}while(!TFx);

//x=0或1……ETx=1；//開定時x中斷，x=0或1EA=1； //開總中斷tx_srv()interruptn

{//n=1或3……}4）啟動定時器：

TR0=1

或TR1=1

5）進行定時或計數(shù)結(jié)束后的其它工作6）為下次定時/計數(shù)做準備（清TFx標志+重裝載計數(shù)初值）若是中斷方式，則無需軟件清TFx標志位；若是查詢方式，需要軟件清除TFx標志位。2023/2/129方式2：8位自動重裝方式

X=28-N=256-N計數(shù)范圍：1～256

特別適合于脈沖信號發(fā)生器采用8位計數(shù)器，延時時間t=(28-a)×12/fosc(微秒)→12MHz時的最大定時量為256s；可自動重裝載計數(shù)初值（TLx溢出后,THx數(shù)值可自動裝入TLx）；因沒有裝載計數(shù)初值造成的定時延誤，方式2定時精度相對較高。方式2（1）查詢方式#include<reg51.h>sbitP1_0

=

P1^0;main(){TMOD

=

0x02;

TH0=

TL0=0x06;

TR0=1;

for(;;){

do{}while(!TF0);

P1_0

=!P1_0;

TF0

=

0; }}（2）中斷方式#include<reg51.h>sbitP1_0=P1^0;timer0()interrupt1{P1_0=!P1_0; }main(){TMOD=0x02;

TH0=TL0=0x06;EA=ET0=1; TR0=1;

while(1);}實例2采用T0定時方式2在P1.0口輸出周期為0.5ms的方波(設(shè)fosc=12MHz)。分析：計數(shù)初值TL0=((256-250)*12/12)%256=0x06，TMOD=0x02周期為0.5ms方波實例3

將第4章實例5“計數(shù)顯示器”中的軟件查詢法進行按鍵檢測改用T0計數(shù)器方式2，并以中斷方式編程。【解】原圖中按鍵是由I/O口P3.7引腳接入的，本實例需要將其改由T0（P3.4）引腳接入。分析：將T0設(shè)置為計數(shù)器方式2，設(shè)法使其在1個外部脈沖到來時就能溢出（即計數(shù)溢出周次為1）產(chǎn)生中斷請求。計數(shù)初值為：a=28–1=255=0xff初始化TMOD=00000110B=0x06實例3參考程序運行效果2023/2/137方式0：13位方式

工作方式0使用13位的定時/計數(shù)器（THi7-0+TLi4-0）定時時間t=(213-a)×12/fosc(μs)計數(shù)初值a=213-t×fosc/1212MHz時的最大定時量t=213μs=8.192ms解：計數(shù)初值a=213-5000×12/12=3192=110001111000BTH0TL0011000110

0

011000

6 3 1 8H實例4

計算T0方式0定時5ms的計數(shù)初值a（設(shè)fosc=12MHz）由于方式0的TL0高3位未用（一般填0），因此

a=0110001100011000=6318H即，TH0=0x63;TL0=0x18;除計數(shù)器位數(shù)不同外，方式0與方式1的邏輯結(jié)構(gòu)并無差異。方式0采用13位計數(shù)器是為了與早期產(chǎn)品MCS-48單片機兼容。方式0的初值計算比較麻煩，一般采用方式1替代。方式0方式1應(yīng)用：定時器——用于定時控制，或作為分頻器發(fā)生各種不同頻率的方波；計數(shù)器——用于外部脈沖統(tǒng)計或外部中斷源擴充；復(fù)雜應(yīng)用—需要將定時與計數(shù)結(jié)合起來。6.4定時/計數(shù)器的應(yīng)用實例5由P3.4口輸入一個外部低頻窄脈沖信號。當(dāng)該信號出現(xiàn)負跳變時，由P3.0口輸出寬度為500μs的同步脈沖，如此往復(fù)。要求據(jù)此設(shè)計一個波形展寬程序（fosc=6MHz）。1）將T0設(shè)置為1次計數(shù)方式2，初值設(shè)為0xff。這樣P3.4一旦發(fā)生負跳變T0就會產(chǎn)生溢出；2）查詢TF0標志位。當(dāng)TF0=1時將T0設(shè)置為500s定時方式2，初值a為0x06(=256-500×6/12），同時使P3.0輸出低電平；3）查詢TF0標志位。待T0再次溢出后使P3.0輸出高電平，然后將T0設(shè)置為1次計數(shù)方式2，如此往復(fù)進行。分析：可以采取如下做法：T0實例5參考程序?qū)嵗?仿真運行效果P3.0P3.4實例6

采用10MHz晶振，在P1.0腳上輸出周期為2.5s，高電平占空比為20%的脈沖信號。分析：10兆晶振，方式1最大定時為54.613ms；可以采用定時中斷與軟件計數(shù)聯(lián)合法：利用定時中斷進行中斷次數(shù)統(tǒng)計；若取10ms產(chǎn)生定時，則2.5s=250次中斷之和；則500ms（20%占空比）相當(dāng)于50次中斷之和。a=216-10000×12/10=0xd1202.5s0.5s實例6參考程序?qū)嵗?仿真運行效果實例7采用定時中斷控制流水燈，實現(xiàn)每秒1位，自上而下循環(huán)功能（fosc=12MHz）。分析：可以利用20次50ms的定時中斷方案，計數(shù)初值為：

a=65536-50000×12/12=0x3cb0中斷函數(shù)的任務(wù)過多，不利于實時控制。如何減少中斷函數(shù)任務(wù)？新方案：中斷函數(shù)中僅做中斷次數(shù)統(tǒng)計和計數(shù)初值重入，控制操作改在主函數(shù)中進行。實例6的問題：實例7參考程序?qū)嵗?運行效果實例8測量從P3.2（INT0）輸入的正脈沖的寬度,測量結(jié)果以BCD碼形式存放在片內(nèi)RAM40H開始的單元處（設(shè)40H地址存放個位,系統(tǒng)時鐘為12MHz，被測脈沖信號周期不超過100ms)

。0分析：GATE=TR0=1時允許INT0的脈沖控制定時器的啟停，則根據(jù)T0先啟動、再關(guān)閉后的計數(shù)值可算出被測脈沖寬度。INT0端信號T0中的脈沖數(shù)實例8參考程序INT0端信號T0中的脈沖數(shù)0實例8電路脈沖設(shè)置(100ms)在Proteus軟件中實現(xiàn)C51源碼級調(diào)試的方法：形成OMF(absoluteobjectmoduleformatfiles，絕對目標文件)格式文件。omf文件設(shè)置omf文件加載啟動調(diào)試omf文件窗口片內(nèi)RAM窗口實例8的運行結(jié)果結(jié)果：計數(shù)值為50000脈沖→脈寬值為50ms。運行到光標實例8小結(jié)1、測量未知脈沖寬度的方法——利用INTx引腳接入待測脈沖