第五章定時計數器

第五章定時計數器第一頁，共三十九頁，2022年，8月28日單片機的51子系列有兩個16位的定時/計數器：定時器0和定時器1。均可用作定時器或事件計數器，為單片機系統(tǒng)提供計數和定時功能。以實現控制系統(tǒng)中所要求的定時或延時控制、外部事件計數。52子系列單片機(8032/8052)除了有上述2個定時/計數器外，還有一個定時計數器2，后者的功能比前兩者強。5.1定時/計數器的結構及工作原理第二頁，共三十九頁，2022年，8月28日定時/計數器的核心部件是一個加1計數器，其脈沖有兩個來源：外部脈沖源、系統(tǒng)的時鐘振蕩器。計數器對兩個脈沖源之一進行輸入計數，每輸入一個脈沖，計數值加1。當計數到計數值為全1時，再輸入一個脈沖就使計數值回零，同時從最高位溢出一個脈沖使特殊功能寄存器TCON(定時器控制寄存器)的某一位TFx置1，作為計數器的溢出中斷標志。定時/計數器的結構框圖振蕩器÷12加1計數器TFx中斷TX端C/T=0C/T=1控制信號TRx第三頁，共三十九頁，2022年，8月28日若工作于定時狀態(tài)，則表示定時時間到；若工作于計數狀態(tài)，則表示計數回零。所以，加1計數器的基本功能是對輸入脈沖進行計數。用作定時器時,在每個機器周期計數器加1,所以可以把它看作累加機器周期,1個機器周期包括12個振蕩周期,則計數頻率為振蕩頻率的十二分之一。工作于何種方式，取決于脈沖源，當脈沖源為時鐘振蕩器(等間隔脈沖序列)時，由于計數脈沖為一時間基準，脈沖數乘以脈沖間隔就是定時時間，表現為定時功能；當脈沖源為間隔不等的外部脈沖發(fā)生器時，就是外部事件的計數器，表現為計數功能。第四頁，共三十九頁，2022年，8月28日用作計數器時，計數脈沖來自外部輸入引腳T0或T1，當輸入信號發(fā)生一個由1到0的跳變時，計數器加1。在每個機器周期的S5P2期間采樣外部輸入信號，當一個周期的采樣值為高電平、下一個周期的采樣值為低電平時，計數器加1。新的計數值在緊接著檢測到一個跳變后的下一個周期的S3P1期間在寄存器中出現。即在第一個機器周期的S5P2檢測到高電平，在第二個機器周期的S5P2檢測到低電平，在第三個機器周期的S3P1改變計數值。由于識別一個從1到0的跳變要用兩個機器周期，所以最快的計數頻率是振蕩器頻率的二十四分之一。對外部輸入信號的占空比沒有限制，為確保某一給定的電平在變化之前至少被采樣一次，該信號至少保持一個完整的機器周期。第五頁，共三十九頁，2022年，8月28日圖中的兩個模擬開關，前者決定定時/計數器工作狀態(tài)：計數還是定時；后者受控制信號的控制，決定脈沖源是否加到計數器輸入端，即決定了加1計數器的開啟與運行。對輸入信號的基本要求>Tp>TpTp為機器周期在實際線路中，這兩個模擬開關由TMOD與TCON的相應位控制。用戶可通過對TMOD和TCON的各位進行寫入或更改操作，從而選擇不同的工作狀態(tài)或啟動工作，并可設置相應的控制條件，即定時/計數器是可編程的。第六頁，共三十九頁，2022年，8月28日16位的加1計數器由兩個8位的特殊功能寄存器THx和TLx組成(x=0或1)。由特殊功能寄存器TMOD控制，可被程控為不同的組合狀態(tài)，從而形成定時/計數器的四種工作方式。TMOD、TCON與T0、T1結構框圖微處理器μPTH1TL1TH0TL0TCONTMOD工作方式工作方式第七頁，共三十九頁，2022年，8月28日5.2定時/計數器方式和控制寄存器由結構框圖可以看到，特殊功能寄存器TMOD和TCON用來確定定時/計數器的工作方式，并控制其功能。每當執(zhí)行一條改變TMOD和TCON內容的指令時，所改變的值在下一條指令的第一個機器周期的S1P1期間進入特殊功能寄存器，并立即產生效果。TMOD控制定時/計數器的工作方式；TCON控制定時器T0、T1的啟動和停止計數，并包含了定時器的狀態(tài)。5.2.1定時器工作方式控制寄存器TMOD的格式位76543210GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0定時器1定時器0第八頁，共三十九頁，2022年，8月28日GATE:選通控制。當GATE=1時，同時INTx為高電平，且TRx置位時，選通定時器x。當GATE=0時，每當TRx置位時，就選通定時器x。C/T:選擇定時器功能還是計數器功能。該位置位時選擇計數器功能(計數出現在T0或T1引腳上的負跳變)；該位清零時選擇定時器功能(計機器周期)。M1M0:這兩位指定定時/計數器的工作方式,可形成四種編碼，對應四種工作方式：M1M0方式說明000TLx低5位與THx中8位構成13位計數器011TLx與THx構成16位計數器102可自動再裝入的8位計數器,當TLx計數溢出時,THx內容自動裝入TLx。113對定時器0,分成兩個8位的計數器；對定時器1,停止計數。第九頁，共三十九頁，2022年，8月28日5.2.2定時器控制寄存器TCON的格式位76543210TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0TF1：定時器1溢出標志位。當定時/計數器1溢出時，由內部硬件置位，申請中斷。當單片機轉向中斷服務程序后，由內部硬件自動清除。TR1：定時器1的運行控制位。由軟件置位/清除來控制定時/計數器1的開啟/關閉。TF0：定時器0溢出標志位。當定時/計數器0溢出時，由內部硬件置位，申請中斷。當單片機進入中斷服務程序后，由內部硬件自動清除。TR0：定時器0的運行控制位。由軟件置位/清除來控制定時/計數器0的開啟/關閉。第十頁，共三十九頁，2022年，8月28日IE1：外部中斷1邊沿觸發(fā)請求標志位。當IT1=0時，每個機器周期的S5P2采樣INT1，若INT1為低電平，將直接觸發(fā)外部中斷。當IT1=1時，當第一個機器周期采樣到INT1為高電平、第二個機器周期采樣到INT1為低電平時，由硬件置位中斷標志IE1，并以此向CPU請求中斷，當CPU響應中斷、轉向中斷服務程序后由硬件清除。IT1：外部中斷1類型控制位?？刂仆獠恐袛?是選擇邊沿觸發(fā)還是電平觸發(fā)方式。當IT1=0時，選擇為電平觸發(fā)方式，INT1低電平有效；當IT1=1時，選擇為邊沿觸發(fā)方式，當INT1輸入腳上出現電平由高到低的負跳變時有效。IT1由軟件置位或清除。IE0：外部中斷1邊沿觸發(fā)請求標志位。當IT0=0時，每個機器周期的S5P2采樣INT0，若INT0為低電平，將直接觸發(fā)外部中斷。當IT0=1時，當第一個機器周期采樣到INT0為高電平、第二個機器周期采樣到INT0為低電平時，由硬件置位中斷標志IE0，并以此向CPU請求中斷，當CPU響應中斷、轉向中斷服務程序后由硬件清除。第十一頁，共三十九頁，2022年，8月28日IT0：外部中斷0類型控制位。控制外部中斷0是選擇邊沿觸發(fā)還是電平觸發(fā)方式。當IT0=0時，選擇為電平觸發(fā)方式，INT0低電平有效；當IT0=1時，選擇為邊沿觸發(fā)方式，當INT0輸入腳上出現電平由高到低的負跳變時有效。IT0由軟件置位或清除。由于定時/計數器T0、T1是可編程的，所有在任何一個定時/計數器開始工作之前，必須對其寫入相應的控制字。5.3定時/計數器的工作方式寄存器TMOD中的M1、M0兩位的四種不同取值，導致了THx、TLx的四種不同組合，從而形成定時/計數器的四種不同工作方式。其中前三種工作方式對兩者都是一樣的，方式3對兩者是不同的?？梢哉f，只有定時/計數器0有方式3。第十二頁，共三十九頁，2022年，8月28日5.3.1方式0振蕩器÷12TFx中斷Tx端C/T=0C/T=1GATEINTx端TRxTLx(低5位)THx(8位)控制&≥ll當M1M0=00時，定時/計數器被選擇為工作方式0。在此工作方式下，定時/計數器構成一個13位寄存器，由THx的8位與TLx的低5位組成，TLx的高3位未用。第十三頁，共三十九頁，2022年，8月28日當單片機進入中斷服務程序后，再由內部硬件自動清除該標志TFx。在一般情況下，GATE=0，定時/計數器運行控制僅由TRx位的狀態(tài)確定(TRx=1啟動，TRx=0停止)。只有在啟動計數要由外部輸入INTx控制時，才使GATE=1，由框圖可知，GATE=1，TRx=1時，只有INTx引腳輸入高電平，Tx才被允許計數。利用GATE的這一功能，可以很方便的測量脈沖寬度。當TLx的低5位計數溢出時，則向THx進位，THx溢出時，則把其對應的定時/計數器的溢出標志位TFx置位，并以此作為定時/計數器溢出中斷標志。第十四頁，共三十九頁，2022年，8月28日5.3.2方式1振蕩器÷12TFx中斷Tx端C/T=0C/T=1GATEINTx端TRxTLx(8位)THx(8位)控制l&≥l方式1與方式0的差別僅在于計數器的位數不同，方式1為16位的計數器，由THx作為高8位和TLx作為低8位構成。其余和方式0類似。第十五頁，共三十九頁，2022年，8月28日5.3.3方式2振蕩器÷12TFx中斷Tx端C/T=0C/T=1GATEINTx端TRxTLx(8位)THx(8位)控制重新裝入l≥l&定時/計數器構成一個自動再裝入功能的8位計數器。此時由TLx計數，而THx在此方式中作為一個數據緩沖器。當TLx計數溢出時，在置位溢出標志TFx的同時，還自動地將THx中的常數送到TLx，使TLx從剛剛裝入的初值開始重新計數。再裝入后，THx中的內容保持不變。第十六頁，共三十九頁，2022年，8月28日5.3.4方式3T0端C/T=0C/T=1GATEINT0端TR0振蕩器÷12振蕩器÷12TF0中斷TL0(8位)TF1中斷TH0(8位)TR1控制控制l≥l&方式3可使MCS-51單片機增加一個附加的8位定時/計數器，此種方式只適應于定時/計數器0。定時/計數器1處于方式3時，相當于TR1=0，停止計數。第十七頁，共三十九頁，2022年，8月28日定時/計數器0在方式3下，TL0和TH0被作為兩個獨立的計數器。在此方式下，TL0使用了定時器0的所有控制位：C/T、GATE、TR0、INT0和TF0；TH0則被限制為一個定時器，對機器周期計數，同時借用了定時器1的TR1和TF1，即借用了其運行控制位和溢出標志。一般來說，只有當系統(tǒng)需要增加一個額外的8位定時器時，才把定時/計數器0設置為方式3。當定時/計數器0工作于方式3時，由于TH0借用了定時/計數器1的運行控制位和溢出(中斷)標志，此時定時/計數器1雖然可以設置為方式0、方式1和方式2，但是只能用在不需要中斷控制的場合。例如，工作于自動重裝載方式(方式2)，作為串行通訊的波特率發(fā)生器使用。第十八頁，共三十九頁，2022年，8月28日5.4定時/計數器的編程舉例定時/計數器的應用編程應注意：⑴正確寫入控制字，即初始化；⑵時間常數的正確計算。定時計數器操作控制次序：①確定工作方式，寫入TMOD定時/計數器工作方式寄存器；②計算定時/計數初值，裝入THx及TLx；③置位TRx以啟動計數；④置位ETx以允許定時/計數器x中斷(若需要，不需要可略)；⑤置位EA以使CPU開放中斷，即接收中斷信號。第十九頁，共三十九頁，2022年，8月28日由于定時/計數器以加1方式計數，假設計數值為x，則應裝入定時/計數器的初值為：(n為不同方式下計數器的位數)。當工作于定時狀態(tài)時，由于定時/計數器是計數機器周期的，而機器周期頻率恒定，每個機器周期包括12個振蕩周期，若晶振頻率為6MHz，則：一個機器周期:計數個數為：其中：Tp為機器周期則應裝入的計數初值為：第二十頁，共三十九頁，2022年，8月28日例5-1.要求定時為1mS，晶振頻率為12MHz。解：因為:Tc=x×Tp=1mS所以:對方式0,應裝入的初值為:此時，THx=0E0H(11100XXX)，TLx=18H對方式1，應裝入的初值為：此時，THx=0FCH，TLx=18H第二十一頁，共三十九頁，2022年，8月28日例5-2.設定時/計數器T0為定時狀態(tài)，工作于方式1，定時時間為2mS，每當2mS到申請中斷，在中斷服務程序中將A的內容左環(huán)移一次，送P1口顯示。已知晶振頻率為12MHz。解答：定時時間為2mS，即:Tc=x×Tp=2mS所以，計數個數為：采用方式1，應裝入的時間常數為：則：TH0=0F8H，TL0=30H第二十二頁，共三十九頁，2022年，8月28日編程如下：ORG 0000HLJMP MAIN ;轉主程序ORG 000BH ;T0中斷服務程序MOV TL0,#30HMOV TH0,#0F8H ;重新送2mS時間常數初值RL A ;(A)左環(huán)移一次MOV P1,A ;送P1口顯示RETMAIN:MOVTMOD,#01H;送控制方式字MOV TL0,#30H ;T0初始化MOV TH0,#0F8HMOV A,#01H ;累加器A置初值SETB TR0 ;啟動T0計數SETB ET0 ;允許T0中斷SETB EA ;CPU開中斷SJMP $ ;等待中斷發(fā)生(無事可做)第二十三頁，共三十九頁，2022年，8月28日例5-3.設定時/計數器T0工作于方式3，TL0、TH0作為兩個獨立的8位定時/計數器，分別產生250S和500S的定時中斷，使P1.1和P1.2產生500S和1000S的方波。設晶振頻率為6MHz。解答：TL0計數個數:250s/2s=125初值:

28-125=131=83HTH0計數個數:500s/2s=250

初值:

28-250=6=06H第二十四頁，共三十九頁，2022年，8月28日編程如下：ORG 0000HLJMP MAIN ;轉主程序ORG 000BH ;定時器0中斷服務子程序入口LJMP TINT0ORG 001BH ;定時器1中斷服務子程序入口LJMP TINT1MAIN:MOVTMOD,#03H;T0工作方式3MOV TL0,#83H ;TL0送時間常數MOV TH0,#06H ;TH0送時間常數SETB TR0 ;啟動定時SETB TR1;等價于MOVTCON,#50HSETB ET0 ;允許中斷SETB ET1;等價于MOVIE,#8AH

SETB EA ;CPU開中斷SJMP $ ;等待第二十五頁，共三十九頁，2022年，8月28日TINT0: MOV TL0,#83H ;定時器0中斷服務子程序 CPL P1.1 RETITINT1: MOV TH0,#06H ;定時器1中斷服務子程序 CPL P1.2 RETI第二十六頁，共三十九頁，2022年，8月28日例5-4.設定時/計數器0工作于方式2,TL0為8位計數器,產生500s定時中斷,在中斷服務程序中將(A)減1,然后送P1口顯示,設晶振為6MHz。編程如下: ORG 0000H AJMP MAIN ;轉主程序 ORG 000BH DEC A ;T0中斷服務子程序 MOV P1,A RETIMAIN:MOV TMOD,#02H ;初始化 MOV TL0,#06H ;送500S時間常數 MOV TH0,#06H SETB TR0 ;啟動T0計數 SETB ET0 ;允許T0中斷 SETB EA ;CPU開中斷 SJMP $第二十七頁，共三十九頁，2022年，8月28日5.5運行中讀定時/計數器值在MCS-51中，隨時可以讀寫計數寄存器的內容，但是讀取時需要特別加以注意；由于不能在同一時刻讀取THx和TLx的內容。如不注意，讀取的計數器有可能出錯。比如先讀(TLx)，后讀(THx)，由于定時器在不斷運行，讀(THx)前，若恰好產生TLx溢出向THx進位，則讀得的(TLx)完全不對。同樣先讀(THx)再讀(TLx)也可能出錯（同樣問題）。解決錯讀問題的一種方法是:先讀(THx)，后讀(TLx)，再讀(THx)，若2次讀得的(THx)沒有發(fā)生變化，則可確定讀得的內容是正確的，否則再重復上述讀THx、TLx過程，這樣讀得的(THx)，(TLx)就是正確的。第二十八頁，共三十九頁，2022年，8月28日下面程序把讀得的TH0、TL0放在R1、R0中：RDTIME: MOV A,TH0 ;讀(TH0) MOV R0,TL0 ;讀(TL0) CJNE A,TH0,RDTIME ;比較2次讀得的(TH0),不同重讀 MOV R1，A RET5.6定時/計數器2只有52子系列單片機擁有定時/計數器2。定時/計數器2是一個具有16位自動重裝載或捕獲能力的定時/計數器，特殊功能寄存器T2CON是它的控制寄存器。第二十九頁，共三十九頁，2022年，8月28日定時/計數器2具有兩種工作方式：定時/計數器方式和波特率發(fā)生器方式。5.6.1定時/計數器方式RCAP2HRCAP2LTH2TL2CINCINCOUTCOUTCP/RL2T2EXEXEN2EXF2中斷置TF2置EXF2TF2振蕩器÷12T2C/T2TR2&&≥l&≥l&第三十頁，共三十九頁，2022年，8月28日用作定時器時，寄存器TH2和TL2對機器周期計數；用作計數器時，外部計數脈沖由T2(P1.0)輸入，工作情況和時序關系與定時/計數器0和1的完全一樣，對外部計數脈沖的要求也與定時/計數器0和1的完全一樣。在定時器和計數器工作方式下，可以通過對T2CON中的控制位CP/RL2的操作來選擇捕獲能力或重裝載能力，TH2和TL2內容的捕獲或自動重裝載通過一對捕獲/重裝載寄存器RCAP2H和RCAP2L來實現，TH2、TL2和RCAP2H、RCAP2L之間接有雙向緩沖器(三態(tài)門)。當CP/RL2=1時，選擇捕獲功能，數據傳送方向為把TH2和TL2中的內容自動裝入RCAP2H和RCAP2L；當CP/RL2=0時，選擇自動重裝載功能，數據傳送方向為把RCAP2H和RCAP2L的數據自動裝入TH2和TL2。第三十一頁，共三十九頁，2022年，8月28日捕獲或自動重裝載發(fā)生在下述情況下：⑴定時器2的寄存器TH2和TL2溢出時：當寄存器TH2和TL2溢出時，如果CP/RL2=0，則打開重裝載的三態(tài)緩沖器，把RCAP2H和RCAP2L的內容自動裝載到TH2和TL2中，同時溢出標志TF2置位為1，申請中斷。⑵當EXEN2=1且T2EX(P1.1)端的信號有負跳變時：當EXEN2=1且T2EX(P1.1)端的信號有負跳變時，根據CP/RL2是1或0，發(fā)生捕獲操作或自動重裝載操作，同時標志EXF2置位，申請中斷。如果定時/計數器2的中斷是被允許的，不管發(fā)生TF2=1還是EXF2=1，CPU都會響應中斷，中斷的入口地址為002BH。響應中斷后，應當用軟件清除中斷標志，以避免無休止地發(fā)生中斷。TF2、EXF2都是直接可尋址位，可采用CLRTF2和CLREXF2指令實現撤消中斷申請的功能。第三十二頁，共三十九頁，2022年，8月28日5.6.2波特率發(fā)生器方式RCAP2HRCAP2LTH2TL2CINCINCOUTCOUTC/T2TR2OSC2T2÷2定時器1溢出SMOD=0SMOD=1"0""1""0""1"÷16RCLKTCLK÷16TXCLOCKRXCLOCKT2EXEXEN2EXF2&&第三十三頁，共三十九頁，2022年，8月28日波特率發(fā)生器用于控制串行口的數據傳輸速率。在T2CON中的RCLK和TCLK兩位用于選擇定時/計數器1或2作為串行通訊的波特率發(fā)生器。RCLK和TCLK兩位的值用來控制2個電子開關的位置。當這兩位為0時，選用定時/計數器1作為波特率發(fā)生器；當這兩位為1時，選用定時/計數器2作為波特率發(fā)生器。其中RCLK選擇串行通訊接收波特率發(fā)生器，TCLK選擇發(fā)送波特率發(fā)生器。當選用定時/計數器2作波特率發(fā)生器時，其溢出脈沖用作串行口的時鐘，時鐘頻率可由內部時鐘決定，也可由外部時鐘決定。第三十四頁，共三十九頁，2022年，8月28日如果C/T=0，選用外部時鐘，時鐘信號由T2(P1.0)端輸入，每當外部脈沖負跳變時，計數器值加1，外部脈沖頻率不能超過振蕩器頻率的1/24。由于溢出時，RCAP2H和RCAP2L的內容自動裝載到TH2和TL2，所以波特率的值還決定于裝載值。當定時/計數器2用作波特率發(fā)生器時，如果EXEN2置位，則T2EX端的信號發(fā)生負跳變時，EXF2將置位，但不會發(fā)生重裝載或捕獲操作，此時T2EX可以作為一個附加的外部中斷源。在波特率工作方式下，TH2、TL2和RCAP2H、RCAP2L的內容不能讀或被修改。第三十五頁，共三十九頁，2022年，8月28日5.6.3定時/計數器2控制寄存器T2CONTR2EXEN2TCLKRCLKEXF2TF2含義0123456