《單片機(jī)原理》第四章

第4章MCS-51單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器原理及應(yīng)用4.1MCS-51的定時(shí)/計(jì)數(shù)器概述4.2定時(shí)/計(jì)數(shù)器的四種工作模式4.3MCS-51對(duì)定時(shí)/計(jì)數(shù)器的控制4.4定時(shí)計(jì)數(shù)器的初始化4.5定時(shí)器應(yīng)用舉例（方式1）4.6定時(shí)器門控位GATE的應(yīng)用編輯ppt8031/8051內(nèi)部帶有兩個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器

8032/8052內(nèi)部帶有三個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器（1）是一個(gè)二進(jìn)制的加法計(jì)數(shù)器，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)滿回零時(shí)刻自動(dòng)產(chǎn)生溢出中斷請(qǐng)求；（2）既可以用作定時(shí)器，也可用作計(jì)數(shù)器；（3）有四種工作模式：模式0、模式1、模式2和模式3；（4）定時(shí)時(shí)間和計(jì)數(shù)值均可通過(guò)程序設(shè)定，最大值與工作模式和單片機(jī)的時(shí)鐘頻率有關(guān)；（5）它是硬件延時(shí)邏輯電路，與軟件延時(shí)相比，可以提高CPU的工作效率。4.1MCS-51的定時(shí)/計(jì)數(shù)器概述4.1.1定時(shí)/計(jì)數(shù)器的特點(diǎn)編輯ppt 1、定時(shí)——產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間間隔例如單片機(jī)使用這種方式可以產(chǎn)生一個(gè)符合某一要求的脈沖方波（如下圖）。50mS100mSMCS-51Px.y輸出波形4.1.2定時(shí)/計(jì)數(shù)器的應(yīng)用4.1MCS-51的定時(shí)/計(jì)數(shù)器概述編輯ppt

2、計(jì)數(shù)——對(duì)外部的事件（脈沖）進(jìn)行統(tǒng)計(jì) 外部事件的發(fā)生是隨機(jī)的,單片機(jī)不可能預(yù)知外部事件何時(shí)發(fā)生，但可以進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（計(jì)數(shù)）。當(dāng)達(dá)到所要求的計(jì)數(shù)值時(shí)，單片機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的操作。MCS-51T0(T1)端口外部脈沖外部設(shè)備4.1MCS-51的定時(shí)/計(jì)數(shù)器概述編輯ppt單片機(jī)檢測(cè)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4.1MCS-51的定時(shí)/計(jì)數(shù)器概述編輯ppt4.2定時(shí)/計(jì)數(shù)器的四種工作模式4.2.1模式0——13位計(jì)數(shù)器模式在某一個(gè)初值的基礎(chǔ)上加1計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)滿為全“1”,再來(lái)一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖時(shí)，就產(chǎn)生一個(gè)“溢出中斷信號(hào)”TFi=1。高三位棄用圖1T1方式0控制邏輯問(wèn)題：（1）如何控制是定時(shí)還是計(jì)數(shù)？（2）如何控制定時(shí)/計(jì)數(shù)的長(zhǎng)短？（3）如何啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作？P3口第2功能振蕩器1/12(低5位)TF1中斷啟動(dòng)控制T1引腳TR1GATEINT1引腳C/T=0C/T=113位加1計(jì)數(shù)器TH1(高8位)溢出中斷信號(hào)TL1編輯ppt（1）C/T：計(jì)數(shù)器輸入脈沖選擇開關(guān)（2）寄存器初值：該參數(shù)決定著定時(shí)或計(jì)數(shù)的周期。（3）TR、GATE、INT1控制定時(shí)/計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)：

GATE=0時(shí),

TR1=1開始工作；TR1=0：計(jì)數(shù)器T1停止計(jì)數(shù)；

GATE=1時(shí)(門控方式)，TR=1且/INT1=1時(shí)開始工作。此種方式主要用于測(cè)量加在INT1腳上一個(gè)正脈沖的脈寬。（4）TF=1：計(jì)數(shù)或定時(shí)時(shí)間到，可采用查詢或中斷方式處理4.2定時(shí)/計(jì)數(shù)器的四種工作模式振蕩器1/12(低5位)TF1中斷啟動(dòng)控制T1引腳TR1GATEINT1引腳C/T=0C/T=113位加1計(jì)數(shù)器TH1(高8位)溢出中斷信號(hào)TL1編輯ppt計(jì)數(shù)值C=213-初值定時(shí)時(shí)間T=（213-初值）×Tosc×124.2定時(shí)/計(jì)數(shù)器的四種工作模式振蕩器1/12(低5位)TF1中斷啟動(dòng)控制T1引腳TR1GATEINT1引腳C/T=0C/T=113位加1計(jì)數(shù)器TH1(高8位)溢出中斷信號(hào)TL1【注】

C/T、TR、GATE均可通過(guò)定時(shí)器控制寄存器設(shè)置4.2.1模式0——13位計(jì)數(shù)器模式返回編輯ppt4.2.2模式1——16位計(jì)數(shù)器模式（以T1為例）定時(shí)時(shí)間=（216-初值）×Tosc×124.2定時(shí)/計(jì)數(shù)器的四種工作模式返回振蕩器1/12(低8位)TF1中斷啟動(dòng)控制T1引腳TR1GATEINT1引腳C/T=0C/T=116位加1計(jì)數(shù)器TH1(高8位)溢出中斷信號(hào)TL1編輯ppt由TL1做計(jì)數(shù)器，TH1做初值寄存器，工作前TL1、TH1分別預(yù)置相同的初值。TL1計(jì)數(shù)時(shí)，當(dāng)產(chǎn)生溢出的同時(shí)，將TH1中的初值自動(dòng)重裝TL1。TL1繼續(xù)計(jì)數(shù)……。4.2.3模式2——8位自動(dòng)重裝初值模式定時(shí)時(shí)間=（28-TH1初值）×Tosc×124.2定時(shí)/計(jì)數(shù)器的四種工作模式振蕩器1/12TF1中斷啟動(dòng)控制T1引腳TR1GATEINT1引腳C/T=0C/T=18位加1計(jì)數(shù)器TH1（8位）溢出中斷信號(hào)TL1（8位）用作串行口波特率發(fā)生器編輯ppt在這種模式中，單片機(jī)將T0和T1重新進(jìn)行“拆分、組合”，將T0變?yōu)橛蒚H0和TL0組成的兩個(gè)獨(dú)立的8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。4.2.4模式3——組合擴(kuò)展模式（僅適用于T0）4.2定時(shí)/計(jì)數(shù)器的四種工作模式振蕩器1/12TF0中斷啟動(dòng)控制T0引腳TR0GATEINT0引腳C/T=0C/T=18位加1計(jì)數(shù)器溢出中斷信號(hào)TL0（8位）TR1振蕩器1/12啟動(dòng)控制TF1中斷8位加1計(jì)數(shù)器溢出中斷信號(hào)TH0（8位）模式3時(shí)定時(shí)器T0的結(jié)構(gòu)圖編輯ppt（1）TH0計(jì)數(shù)脈沖來(lái)自內(nèi)部fosc，所以只能處于“定時(shí)”方式；（2）TH0分別借用了定時(shí)器T1的TR1和TF1為自己服務(wù)，使TH0能象TL0那樣用TR1啟動(dòng)定時(shí)，并用TF1來(lái)作為TH0的溢出中斷的標(biāo)志；（3）此時(shí)，T1缺少了啟動(dòng)控制信號(hào)TR1和溢出標(biāo)志TF1，那么在模式3時(shí)，T1是如何啟動(dòng)和工作？①?zèng)]有溢出標(biāo)志TF1，則T1就不去查詢；

②沒有啟動(dòng)控制信號(hào)TR1，可以讓它在模式3之前就啟動(dòng)工作，并將設(shè)定為自動(dòng)重裝模式（模式2），作串行口的波特率發(fā)生器。（4）模式3就是將單片機(jī)原有的T0、T1兩個(gè)計(jì)數(shù)器變成三個(gè)獨(dú)立的計(jì)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(dòng)起來(lái)。結(jié)構(gòu)圖4.2定時(shí)/計(jì)數(shù)器的四種工作模式模式3時(shí)T0（TH1、TH2）及T1的特點(diǎn)編輯ppt定時(shí)/計(jì)數(shù)器4種模式比較模式計(jì)數(shù)模M最大定時(shí)時(shí)間Tmax（fosc=12M）模式013位Tmax=8192*1μs

=8.192ms模式116位Tmax=65536*1μs=65.536ms模式2，38位Tmax=256*1μs=0.256ms模式計(jì)數(shù)模M最大計(jì)數(shù)值模式013位Cmax=8192模式116位Cmax=65536模式2，38位Cmax=256

T=(M-TC)×Tosc×12

其中，T:定時(shí)時(shí)間，Tosc:時(shí)鐘周期。C=M-TC其中，C:計(jì)數(shù)值，M:計(jì)數(shù)器的模，TC:計(jì)數(shù)初值

4.2定時(shí)/計(jì)數(shù)器的四種工作模式返回編輯pptGATE選通門:

GATE=0時(shí),只要TR=1,計(jì)數(shù)器就開始工作；GATE=1時(shí),只有INT=TR=“1”時(shí),計(jì)數(shù)器工作（用來(lái)測(cè)量INT腳高電平脈沖的寬度）。C/T計(jì)數(shù)、定時(shí)方式選擇位:

C/T=1時(shí),計(jì)數(shù)方式。C/T=0時(shí):定時(shí)方式。M1、M0模式選擇:確定四種工作模式.GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0T1T01、模式控制寄存器TMOD（SFR的地址:89H）結(jié)構(gòu)圖4.3MCS-51對(duì)定時(shí)/計(jì)數(shù)器的控制MCS51通過(guò)控制寄存器TMOD和TCON實(shí)現(xiàn)對(duì)T0、T1的控制返回編輯pptM1M0工作模式00模式0：13位計(jì)數(shù)器模式01模式1：16位計(jì)數(shù)器模式10模式2：8位自動(dòng)重裝模式11模式3：TH0、TL0和T1各自獨(dú)立（3T）模式0、模式1：區(qū)別僅在于長(zhǎng)度為13位和16位；模式2：常用于單片機(jī)串行通訊時(shí)作“波特率”發(fā)生器。模式3：僅T0可以工作于該模式4.3MCS-51對(duì)定時(shí)/計(jì)數(shù)器的控制GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0T1T04.3.1模式控制寄存器TMOD（SFR的地址:89H）編輯pptTF0定時(shí)器T0的溢出標(biāo)志:計(jì)數(shù)器溢出時(shí)硬件自動(dòng)置位，即TF0=1。進(jìn)入中斷后硬件自動(dòng)清除（TF0=0），若是查詢方式則可由軟件清除；TR0計(jì)數(shù)器T0的控制位：由軟件設(shè)定：TR0=1計(jì)數(shù)器開始工作；TR0=0計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。TF1、TR1同上。T0、T1的啟動(dòng)和溢出標(biāo)志

外部中斷標(biāo)志和觸發(fā)方式選擇4.3MCS-51對(duì)定時(shí)/計(jì)數(shù)器的控制返回TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT04.3.2控制寄存器TCON

（SFR地址：88H）編輯ppt4.4定時(shí)/計(jì)數(shù)器的初始化（1）根據(jù)需要，設(shè)定工作方式（C/T位）計(jì)數(shù)或定時(shí)以及工作模式（M1、M0）；（2）確定初值TC；（3）若用中斷方式，則要設(shè)置相應(yīng)的中斷參數(shù)、優(yōu)先級(jí)別；（4）送命令字，啟動(dòng)計(jì)數(shù)器。 TC為計(jì)數(shù)初值M為計(jì)數(shù)器的模C為計(jì)數(shù)值其中 4.4.1定時(shí)器初始化的步驟4.4.2計(jì)數(shù)、定時(shí)初值的計(jì)算（1）計(jì)數(shù)初值計(jì)算公式：TC=M-C編輯ppt計(jì)數(shù)器初值計(jì)算應(yīng)用舉例【例】在模式0或模式1時(shí)，每接收100個(gè)外部事件，要求產(chǎn)生一個(gè)中斷，確定計(jì)數(shù)初值。（1）模式1：TC=65536-100=65436=FF9CH（2）模式0：TC=8192-100=8092=1F9CH（注意TH、TL）1111111110011100FFH9CHTHi=FFHTLi=9CH模式111111100XXX11100計(jì)算結(jié)果：1FH9CH

實(shí)際初值：THi=FCHTLi=1CH模式0THiTLi模式0電路4.4定時(shí)/計(jì)數(shù)器的初始化編輯ppt（2）定時(shí)器初值計(jì)算公式：TC=M–T/T計(jì)數(shù)

其中：M

為計(jì)數(shù)模；

T為定時(shí)時(shí)間；

T計(jì)數(shù)為系統(tǒng)時(shí)鐘周期的12倍，即12Tosc設(shè)系統(tǒng)時(shí)鐘為6MHz，則T計(jì)數(shù)=2μs。定時(shí)器4種模式的最大定時(shí)時(shí)間與M有關(guān)。模式計(jì)數(shù)模M最大定時(shí)時(shí)間Tmax模式013位Tmax=8192×2μs=16.384ms模式116位Tmax=65536×2μs=131.072ms模式2，38位Tmax=256×2μs=0.512ms

4.4定時(shí)/計(jì)數(shù)器的初始化4.4.2計(jì)數(shù)、定時(shí)初值的計(jì)算編輯ppt

（1）確定模式：選擇模式1，且C/T=0（定時(shí)方式）。（2）計(jì)算定時(shí)初值：

TC=M–T/T計(jì)數(shù)

TC=65536-50ms/2μs

=65536-25000 =40536 =9E58H 即THi=9EH；TLi=58H【思考題】編寫出使用T1時(shí)的初始化并啟動(dòng)定時(shí)的指令。【例】請(qǐng)計(jì)算定時(shí)50ms所需要的定時(shí)初值。（設(shè)fosc=6MHz）定時(shí)器初值計(jì)算應(yīng)用舉例4.4定時(shí)/計(jì)數(shù)器的初始化編輯ppt MOVTMOD,#00010000B；T1為模式1定時(shí)方式 MOVTH1,#9EH MOVTL1,#58H ；送T1的50ms的定時(shí)初值 SETBTR1 ；啟動(dòng)T1定時(shí)器模式寄存器TMOD4.4定時(shí)/計(jì)數(shù)器的初始化GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0T1T0【例】請(qǐng)計(jì)算定時(shí)50ms所需要的定時(shí)初值。（設(shè)fosc=6MHz）定時(shí)器初值計(jì)算應(yīng)用舉例（3）定時(shí)器初始化程序編輯ppt4.5定時(shí)器應(yīng)用舉例（方式1）20ms10ms10ms【例1】利用單片機(jī)的P1.0產(chǎn)生一個(gè)頻率為50Hz的對(duì)稱方波(設(shè)fosc=6MHz)。MCS-51P1.0用單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)方波發(fā)生器示意圖編輯pptGATEC/TM1M0GATEC/TM1M0TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT000000001TCON【解】選擇定時(shí)器并確定工作方式、工作模式和定時(shí)初值。（1）選用T0的定時(shí)方式（C/T=0）；（2）模式1（M2M1=01)，（3）計(jì)算TC:TC=65536-10ms/2μs

=60536=EC78H即TH0=ECH，TL0=78H（4）編程實(shí)現(xiàn)可使用查詢和中斷兩種方法，在此介紹查詢法TMOD4.5定時(shí)器應(yīng)用舉例（方式1）編輯ppt

ORG1000HSTRAT:

MOVTMOD,#01H ;設(shè)定時(shí)器0為定時(shí)，模式1

SETBTR0 ;啟動(dòng)定時(shí)器T0LOOP:

MOVTH0,#0ECH;設(shè)定時(shí)初值

MOVTL0,#78H

JNBTF0,$ ;定時(shí)時(shí)間到？

CLRTF0 ;清T0標(biāo)志

CPLP1.0 ;P1.0取反

SJMP

LOOP ;循環(huán)繼續(xù)

END 程序清單（查詢法）4.5定時(shí)器應(yīng)用舉例（方式1）編輯ppt程序流程圖（查詢法）設(shè)定T0的模式啟動(dòng)T0設(shè)定定時(shí)初值TF0=1清標(biāo)志CPLP1.0NY4.5定時(shí)器應(yīng)用舉例（方式1）編輯ppt【解】（1）選擇T0且設(shè)定為定時(shí)方式、模式1。（2）TC=65536-50ms/2μs=9E58H（3）TMOD控制字為：00000001B=01H（4）T0采用中斷方式：即每50ms產(chǎn)生一次中斷，中斷20次便是1S。2S1S1SP1.0【例2】利用P1.0口線輸出周期為2S的方波。（要求用中斷方式實(shí)現(xiàn)）【分析】如何產(chǎn)生1S的定時(shí)？——1000ms的定時(shí)由50ms累計(jì)20次4.5定時(shí)器應(yīng)用舉例（方式1）編輯ppt軟件重裝初值R0=0？NYCPLP1.020→R0R0-1→R0RETIBRT0中斷服務(wù)程序程序流程圖主程序初始化（T0設(shè)置）（開中斷）（中斷次數(shù)設(shè)置）等待中斷START4.5定時(shí)器應(yīng)用舉例（方式1）編輯ppt

ORG0000H

LJMPSTART ORG000BH

LJMPBRT0

ORG1000HSTART:MOVTMOD,#01H ；設(shè)T0為定時(shí)方式，模式1 MOVTH0,#9EH ；50mS定時(shí)初值 MOVTL0,#58H MOVIE,#82H ；開中斷（T0） SETBTR0 ；啟動(dòng)定時(shí)器T0開始定時(shí) MOVR0,#14H ；計(jì)數(shù)器R0賦初值20SJMP$

；等待T0中斷（TF0=1時(shí)引發(fā)中斷）

ORG0080HBRT0: DJNZR0,

NEXT ；T0中斷服務(wù)程序 CPLP1.0 ；P1.0輸出取反 MOVR0,#14H ；計(jì)數(shù)器R0重賦初值20NEXT:

MOVTH0,#9EH

；軟件重裝初值

MOVTL0,#58H

RETI

；中斷返回

ENDIE寄存器程序清單軟件重裝初值R0=0？NYCPLP1.020→R0R0-1→R0RETIBRT04.5定時(shí)器應(yīng)用舉例（方式1）編輯ppt4.6定時(shí)器門控位GATE的應(yīng)用如果GATE=1，TR=1時(shí)電路是否計(jì)數(shù)取決于/INT0：

/INT0=1時(shí)開始計(jì)數(shù)；/INT0=0時(shí)電路停止計(jì)數(shù)。利用這一特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量外部脈沖的寬度。MCS-51INT0振蕩器1/12TF0中斷啟動(dòng)控制T0引腳TR0GATEINT0引腳C/T=0C/T=1溢出中斷信號(hào)計(jì)數(shù)器）編輯ppt（1）將外部脈沖接到P3.2（/INT0）上，使用T0且C/T=0，且令GATE=1；（2）計(jì)數(shù)器TH0、TL0原始初值為00H，且設(shè)為模式1；（3）在/INT0=0時(shí)設(shè)定TR0=1（T0準(zhǔn)備計(jì)數(shù)）；（4）當(dāng)/INT0=1時(shí)，定時(shí)器T0自動(dòng)開始計(jì)數(shù)；（5）當(dāng)/INT0=0時(shí)計(jì)數(shù)自動(dòng)停止計(jì)數(shù)，此時(shí)TH0、TL0中的計(jì)數(shù)值就是與脈沖寬度相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。

SETBTR0（TR0=1）準(zhǔn)備階段

MCS-51INT0外部脈沖脈寬測(cè)量的實(shí)現(xiàn)（以T0為例）4.6定時(shí)器門控位GATE的應(yīng)用T0開始計(jì)數(shù)（/INT0=1）計(jì)數(shù)階段計(jì)數(shù)停止（/INT0=0）完成計(jì)數(shù)編輯ppt程序流程圖設(shè)定T0模式模式1，GATE=1TH0、TL0原始清零數(shù)據(jù)指針R0賦初值INT0=0?SETBTR0INT0=0?INT0=1?CLRTR0取TH、TL值NNN等待低電平Y(jié)準(zhǔn)備計(jì)數(shù)等待高電平（高電平時(shí)自動(dòng)計(jì)數(shù)）等待低電平（低電平時(shí)完成計(jì)數(shù)）YY保存計(jì)數(shù)值4.6定時(shí)器門控位GATE的應(yīng)用編輯pptINT0EQUP3.2

MOVTMOD,#09H;設(shè)定T0為模式1且GATE0=1

MOVTH0,#00H

MOVTL0,#00H;計(jì)數(shù)器原始清零

MOVR0,#20H;設(shè)置數(shù)據(jù)區(qū)指針并原始賦初值

JBINT0,$ ;等待P3.2引腳上的脈沖變低,尋找準(zhǔn)備階段

SETBTR0 ;INT0變低后，TR0置1（但不計(jì)數(shù)）

JNBINT0,$;若INT0低電平則等待，（準(zhǔn)備階段）

JBINT0,$ ;若INT0高電平則等待（計(jì)數(shù)階段）

CLRTR0 ;INT0變低后，關(guān)閉T0（完成計(jì)數(shù)）

MOV@R0,TL0 INCR0 MOV@R0,TH0 ;保存計(jì)數(shù)器T0的計(jì)數(shù)值4.6定時(shí)器門控位GATE的應(yīng)用準(zhǔn)備階段計(jì)數(shù)階段

完成計(jì)數(shù)

MCS-51INT0外部脈沖【說(shuō)明】若系統(tǒng)時(shí)鐘為12MHz，則T=（THL、TL0）×1