單片機(jī)原理及接口技術(shù)-第六章-定時(shí)器及應(yīng)用課件

第六章

定時(shí)器及應(yīng)用主講：武桐第六章定時(shí)器及應(yīng)用在測(cè)控系統(tǒng)中，常常需要有實(shí)時(shí)時(shí)鐘和計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)控制以及對(duì)外界事件進(jìn)行計(jì)數(shù)。MCS-51內(nèi)部的兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器就具有這兩種功能，可用于定時(shí)控制、延時(shí)、對(duì)外部事件計(jì)數(shù)和檢測(cè)等場(chǎng)合。定時(shí)器概述定時(shí)器的控制定時(shí)器的四種模式及應(yīng)用定時(shí)器的結(jié)構(gòu)和功能工作寄存器和控制寄存器模式1、2、3及應(yīng)用

1、定時(shí)器的結(jié)構(gòu)這些寄存器之間是通過(guò)內(nèi)部總線(xiàn)和控制邏輯電路連接起來(lái)的?！?.1

定時(shí)器概述§6.1

定時(shí)器概述89C51定時(shí)器的結(jié)構(gòu)如圖6-1

所示。◆

有兩個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，即T0和T1，它們實(shí)際上都是16位加1計(jì)數(shù)器。◆

T0由兩個(gè)8位特殊功能寄存器TH0和TL0構(gòu)成；T1由TH1和TL1構(gòu)成。這些寄存器用于存放定時(shí)和計(jì)數(shù)初值。0000H~FFFFH0~65535§6.1

定時(shí)器概述◆每個(gè)定時(shí)器都可由軟件設(shè)置為定時(shí)工作方式或計(jì)數(shù)工作方式及其他靈活多樣的可控功能方式。這些功能由特殊功能寄存器TMOD和TCON所控制?！?/p>

TMOD主要用于選定定時(shí)器的工作方式；TCON主要用于控制定時(shí)器的啟動(dòng)與停止?！?.1

定時(shí)器概述

2、定時(shí)器的功能16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的實(shí)質(zhì)上是一個(gè)加1的計(jì)數(shù)器，其控制電路受軟件控制、切換。計(jì)數(shù)的次數(shù)和時(shí)間之間是相關(guān)的。只要計(jì)數(shù)脈沖的間隔相等，計(jì)數(shù)值就代表時(shí)間的流逝§6.1

定時(shí)器概述※定時(shí)工作方式當(dāng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器為定時(shí)工作方式時(shí)，加1信號(hào)由振蕩器的12分頻產(chǎn)生，即每過(guò)一個(gè)機(jī)器周期，計(jì)數(shù)值增1，直至計(jì)滿(mǎn)溢出為止。顯然，定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間與系統(tǒng)的振蕩頻率有關(guān)。由于一個(gè)機(jī)器周期等于12個(gè)振蕩周期，所以計(jì)數(shù)頻率fcount=1/12fosc§6.1

定時(shí)器概述※定時(shí)工作方式例：晶振為12MHz，則計(jì)數(shù)周期為

T=1/(12*106)Hz*1/12=1微秒最短的定時(shí)周期當(dāng)8051采用12MHz晶振時(shí)，一個(gè)機(jī)器周期為1μs，計(jì)數(shù)頻率為1MHz。§6.1

定時(shí)器概述※計(jì)數(shù)工作方式當(dāng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器為計(jì)數(shù)工作方式時(shí)，通過(guò)引腳T0和T1對(duì)外部信號(hào)計(jì)數(shù)，外部脈沖的下降沿觸發(fā)計(jì)數(shù)。在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2期間采樣引腳。采樣過(guò)程：當(dāng)輸入脈沖信號(hào)產(chǎn)生由1至0的下降沿時(shí)定時(shí)器的值加1。>Tcy>Tcy§6.1

定時(shí)器概述※計(jì)數(shù)工作方式由于CPU檢測(cè)一個(gè)由1到0的跳變需要兩個(gè)機(jī)器周期，所以計(jì)數(shù)的最高頻率為振蕩頻率的1/24。為了確保給定電平在變化前至少被采樣一次，外部計(jì)數(shù)脈沖的高低電平均需保持一個(gè)機(jī)器周期以上?！?.1

定時(shí)器概述

2、定時(shí)器的功能

經(jīng)過(guò)分析，我們知道單片機(jī)中的定時(shí)器和計(jì)數(shù)器是一個(gè)東西，只不過(guò)計(jì)數(shù)器用來(lái)記錄外界發(fā)生的事情，而定時(shí)器則是由單片機(jī)提供一個(gè)非常穩(wěn)定的計(jì)數(shù)源。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器是一種可編程部件，在其開(kāi)始工作前，CPU必須將一些命令（控制字）寫(xiě)入定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的初始化?！?.1

定時(shí)器概述

2、定時(shí)器的功能

當(dāng)CPU用軟件給定時(shí)器設(shè)置了某種工作方式之后，定時(shí)器就會(huì)按設(shè)定的工作方式獨(dú)立運(yùn)行，不再占用CPU的操作時(shí)間，除非定時(shí)器計(jì)數(shù)溢出，才可能中斷CPU當(dāng)前操作。每個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器還有4種工作模式。其中模式0-2對(duì)T0和T1是一樣的，模式3對(duì)兩者不同?！?.2

定時(shí)器的控制

1、工作模式寄存器TMOD

2、控制寄存器TCON定時(shí)器共有兩個(gè)控制字，由軟件寫(xiě)入TMOD和TCON兩個(gè)8位寄存器，用來(lái)設(shè)置T0或T1的操作模式和控制功能。當(dāng)89C51系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，兩個(gè)寄存器所有位都被清零?！?.2

定時(shí)器的控制

1、工作模式寄存器TMODTMOD用于控制T0和T1的工作模式。TMOD不能位尋址，只能用字節(jié)設(shè)置定時(shí)器的工作模式，低半字節(jié)設(shè)置T0，高半字節(jié)設(shè)置T1。89C51系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，TMOD的所有位被清0。89H圖6-3工作模式寄存器TMOD的位定義§6.2

定時(shí)器的控制

1、工作模式寄存器TMODGATEC/TM1M0GATEM1C/TM0定時(shí)器T1定時(shí)器T0TMOD（89H）

bit7

bit6

bit5

bit4

bit3

bit2

bit1

bit0TMOD各位的功能①

M1和M0—操作模式控制位。

兩位可形成四種編碼，對(duì)應(yīng)于四種模式。見(jiàn)表6-1。TMOD各位的功能：§6.2

定時(shí)器的控制

1、工作模式寄存器TMODGATEC/TM1M0GATEM1C/TM0定時(shí)器T1定時(shí)器T0

bit7

bit6

bit5

bit4

bit3

bit2

bit1

bit0表6-1M1，M0控制的四種工作模式§6.2

定時(shí)器的控制TMOD各位的功能②

C/T—計(jì)數(shù)器/定時(shí)器方式選擇位?！?.2

定時(shí)器的控制

1、工作模式寄存器TMODGATEC/TM1M0GATEM1C/TM0◆

C/T=0，設(shè)置為定時(shí)方式。定時(shí)器計(jì)數(shù)89C51片內(nèi)脈沖，即對(duì)機(jī)器周期計(jì)數(shù)。◆

C/T=1，設(shè)置為計(jì)數(shù)方式。計(jì)數(shù)器的輸入來(lái)自T0（P3.4）或T1（P3.5）端的外部脈沖。

bit7

bit6

bit5

bit4

bit3

bit2

bit1

bit0TMOD各位的功能③

GATE—門(mén)控位?！?.2

定時(shí)器的控制

1、工作模式寄存器TMODGATEC/TM1M0GATEM1C/TM0◆

GATE=0，只要用軟件使TR0（或TR1）置1就可啟動(dòng)定時(shí)器，而不管INT0（或INT1）的電平的高低；◆

GATE=1，只有INT0（或INT1）引腳為高電平且由軟件使TR0（或TR1）置1時(shí)，才能啟動(dòng)定時(shí)器工作。

bit7

bit6

bit5

bit4

bit3

bit2

bit1

bit0§6.2

定時(shí)器的控制§6.2

定時(shí)器的控制

2、控制寄存器TCONTCON除可字節(jié)尋址外，各位還可位尋址。89C51系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，TCON的所有位被清0。

TCON各位的定義格式如圖所示：TF1TR1TF0TR0IE1IE0IT1IT0TCON（88H）

8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88HTCON各位的功能。88HTMOD各位的功能§6.2

定時(shí)器的控制TF1TR1TF0TR0IE1IE0IT1IT0TCON（88H）

8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88H①

TF1（TCON.7)—T1溢出標(biāo)志位?！?/p>

當(dāng)T1溢出時(shí)，由硬件自動(dòng)使中斷觸發(fā)器TF1置1，并CPU申請(qǐng)中斷?！舢?dāng)CPU響應(yīng)中斷進(jìn)入中斷服務(wù)程序后，TF1由被硬件自動(dòng)清0。TF1也可以用軟件清0。②TF0（TCON.5)—T0溢出標(biāo)志位。

其功能和操作情況同TF1。TMOD各位的功能§6.2

定時(shí)器的控制TF1TR1TF0TR0IE1IE0IT1IT0TCON（88H）

8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88H③TR1（TCON.6)—T1運(yùn)行控制位?！?/p>

可通過(guò)軟件置1（TR1=1）或清0（TR1=0）來(lái)啟動(dòng)或關(guān)閉

T1。◆

在程序中用指令“SETBTR1”使TR1位置1，定時(shí)器T1便開(kāi)始計(jì)數(shù)。④TR0（TCON.4)—T0運(yùn)行控制位。

其功能和操作情況同TR1。TMOD各位的功能§6.2

定時(shí)器的控制TF1TR1TF0TR0IE1IE0IT1IT0TCON（88H）

8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88H⑤IE1，IT1，IE0，IT0(TCON.3～TCON.0)◆

外部中斷INT1，INT0請(qǐng)求及請(qǐng)求方式控制位。前一章已經(jīng)講過(guò)?！?.2

定時(shí)器的控制§6.3

定時(shí)器的4種模式及應(yīng)用由上節(jié)可知，通過(guò)對(duì)TMOD中的M1、M0的設(shè)置，可以選擇四種工作方式。也就是每個(gè)定時(shí)器可構(gòu)成4種電路結(jié)構(gòu)模式。在模式0、1和2，T0和T1的工作方式相同，在模式3，兩個(gè)定時(shí)器的方式不同。下面以T0為例，分述各種工作方式的特點(diǎn)和用法。

1、模式0§6.3

定時(shí)器的4種模式及應(yīng)用模式0為T(mén)L0（5位）、TH0（8位）方式，模式1為T(mén)L1（8位）、TH1（8位）方式，其余完全相同。13位計(jì)數(shù)

2、模式1及應(yīng)用§6.3

定時(shí)器的4種模式及應(yīng)用（1）模式1

的邏輯電路結(jié)構(gòu)圖6-7T0（或T1）模式1結(jié)構(gòu)－16位計(jì)數(shù)器

2、模式1及應(yīng)用§6.3

定時(shí)器的4種模式及應(yīng)用（1）模式1

的邏輯電路結(jié)構(gòu)該模式對(duì)應(yīng)的是一個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。用于定時(shí)工作方式時(shí)，定時(shí)時(shí)間為：

t=(216－T0初值)×振蕩周期×12用于計(jì)數(shù)工作方式時(shí)，計(jì)數(shù)長(zhǎng)度最大為：

216=65536（個(gè)外部脈沖）例6-1：用定時(shí)器T1產(chǎn)生一個(gè)50Hz的方波，由P1.1

輸出。使用程序查詢(xún)方式，fosc=12MHz?！?.3

定時(shí)器的4種模式及應(yīng)用（2）模式1

應(yīng)用舉例（例6-1）∵方波周期T=1/50=0.02s=20ms

∴用T1定時(shí)10ms

計(jì)數(shù)初值X為：

X=216－

=65536－10000=55536=D8F0H解：10ms1212MHz源程序清單：

MOVTMOD,#10H；設(shè)置T1為模式1

SETB

TR1

；啟動(dòng)定時(shí)LOOP：MOVTH1,#0D8H

；送初值

MOVTL1,#0F0H

JNBTF1，$；查詢(xún)定時(shí)時(shí)間到否

CLR

TF1

；產(chǎn)生溢出，清標(biāo)志位

CPL

P1.1

；P1.1取反輸出

SJMPLOOP

；重復(fù)循環(huán)§6.3

定時(shí)器的4種模式及應(yīng)用（2）模式1

應(yīng)用舉例（例6-4）

3、模式2及應(yīng)用§6.3

定時(shí)器的4種模式及應(yīng)用（1）模式2

的邏輯電路結(jié)構(gòu)圖6-7T0（或T1）模式2結(jié)構(gòu)－8位計(jì)數(shù)器

3、模式2及應(yīng)用§6.3

定時(shí)器的4種模式及應(yīng)用（1）模式2的邏輯電路結(jié)構(gòu)TL0計(jì)數(shù)溢出時(shí)，不僅使溢出中斷標(biāo)志位TF0置1，而且還自動(dòng)把TH0中的內(nèi)容重新裝載到TL0中。用TL0用作8位計(jì)數(shù)器，TH0用以保存初值。

3、模式2及應(yīng)用§6.3

定時(shí)器的4種模式及應(yīng)用（2）模式2的工作特點(diǎn)該模式把TL0(TL1)配置成一個(gè)可以自動(dòng)重裝載的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；在程序初始化時(shí)，TL0和TH0由軟件賦予相同的初值;用于定時(shí)工作方式時(shí)，定時(shí)時(shí)間為：t=(28－TH0初值)×振蕩周期×12

3、模式2及應(yīng)用§6.3

定時(shí)器的4種模式及應(yīng)用（2）模式2的工作特點(diǎn)用于計(jì)數(shù)工作方式時(shí)，計(jì)數(shù)長(zhǎng)度最大為：28=256（個(gè)外部脈沖）；該模式可省去軟件中重裝常數(shù)的語(yǔ)句，并可產(chǎn)生相當(dāng)精確的定時(shí)時(shí)間，適合于作串行口波特率發(fā)生器。例6-2：利用定時(shí)器T1的模式2對(duì)外部信號(hào)計(jì)數(shù)。要求設(shè)計(jì)滿(mǎn)100次，將P1.0端取反?！?.3

定時(shí)器的4種模式及應(yīng)用解：（1）選擇模式外部信號(hào)由T1（P3.5）引腳輸入，每發(fā)生一次負(fù)跳變計(jì)數(shù)器加1，每輸入100個(gè)脈沖，計(jì)數(shù)器發(fā)生溢出中斷，中斷服務(wù)程序?qū)1.0取反一次。§6.3

定時(shí)器的4種模式及應(yīng)用（1）選擇模式T1計(jì)數(shù)工作方式模式2的模式字為（TMOD）=60H。

T0不用時(shí)，TMOD的低4位可任取，但不能進(jìn)入模式3，一般取0。（2）計(jì)算T1的計(jì)數(shù)初值X=28

－100=156D=9CH

因此：TL1的初值為9CH，重裝初值寄存器TH1=9CH。（3）程序清單MAIN：MOVTMOD,#60H；設(shè)置T1為模式2,外部計(jì)數(shù)方式

MOVTL1,#9CH

；T1計(jì)數(shù)器初值

MOVTH1,#9CH

MOVIE，#88H

;

定時(shí)器開(kāi)中斷

SETBTR1

；啟動(dòng)T1計(jì)數(shù)HERE：SJMPHERE

；等待中斷

ORG001BH

；中斷服務(wù)程序入口

CPLP1.0

RETI§6.3

定時(shí)器的4種模式及應(yīng)用例6-3：已知89C51單片機(jī)的fOSC=6MHz，請(qǐng)利用T0和P1.0輸出矩形波。矩形波高電平寬為50μs，低電平為300μs。解：（1）輸出及模式的確定§6.3

定時(shí)器的4種模式及應(yīng)用50μs300μsP1.0T0采用定時(shí)工作方式模式2，模式字為(TMOD)=02H（2）設(shè)置定時(shí)器初值X§6.3

定時(shí)器的4種模式及應(yīng)用T0采用模式2作50μs定時(shí)的初值：

(28－X)×12/(6×106)=50×10-6s

X=256－50×10-6×6×106/12=231=E7H作300μs定時(shí)的初值：

(28－X)×12/(6×106)=300×10-6s

X=256－300×10-6×6×106/12=106=6AH（3）主程序清單

MOV

TMOD,#02H；上電，轉(zhuǎn)向主程序L2:

CLRP1.0

；P1.0輸出低電平 CLRTR0；關(guān)閉T0

MOVTH0,#6AH

；置入定時(shí)300μs初值

MOVTL0,#6AH

SETBTR0;啟動(dòng)T0§6.3

定時(shí)器的4種模式及應(yīng)用LOOP1:

JBCTF0,L1

;查詢(xún)300μs時(shí)間到？到轉(zhuǎn)L1SJMPLOOP1

;時(shí)間未到，轉(zhuǎn)LOOP1,繼續(xù)查詢(xún)

L1:

SETBP1.0

；P1.0輸出高電平

CLRTR0

；關(guān)閉T0

MOVTH0,#0E7H；置入定時(shí)50μs初值MOVTL0,#0E7H

SETBTR0;啟動(dòng)T0§6.3

定時(shí)器的4種模式及應(yīng)用LOOP2:

JBCTF0,L2

;查詢(xún)50μs時(shí)間到？到轉(zhuǎn)L2SJMPLOOP2

;時(shí)間未到，轉(zhuǎn)LOOP2,繼續(xù)查詢(xún)

例6-4：已知89C51單片機(jī)的fOSC=12MHz，采用T1定時(shí)模式2。編寫(xiě)由P1.0和P1.1引腳分別輸出周期為2ms和500μs的方波。解：（1）輸出及模式的確定§6.3

定時(shí)器的4種模式及應(yīng)用500μs2msP1.1T1采用定時(shí)工作方式模式2，模