第五章-定時(shí)器計(jì)數(shù)器

第5章

定時(shí)計(jì)數(shù)技術(shù)單片機(jī)控制系統(tǒng)中常常用到的定時(shí)與計(jì)數(shù)問(wèn)題。定時(shí)計(jì)數(shù)概述

MCS-51單片機(jī)的定時(shí)計(jì)數(shù)器

定時(shí)/計(jì)數(shù)器概述

1、定時(shí)的定義：定時(shí)是對(duì)周期固定、已知的脈沖計(jì)數(shù)。2、計(jì)數(shù)的定義：計(jì)數(shù)是對(duì)外界產(chǎn)生的周期不固定的未知脈沖計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)方式可以是加1計(jì)數(shù)，也可以是減1計(jì)數(shù)。3、定時(shí)/計(jì)數(shù)的實(shí)現(xiàn)方法：定時(shí)/計(jì)數(shù)的實(shí)現(xiàn)方法有3種（比較）：⑴硬件數(shù)字電路：用555構(gòu)成的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等（不能編程）。⑵軟件編程:

缺點(diǎn)：占用CPU資源⑶可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器

優(yōu)點(diǎn)：靈活且不占CPU資源軟件編程例：編制一個(gè)延時(shí)2mS左右的子程序。

D2MS：MOVR7，#2；1個(gè)機(jī)器周期

D2MS0：MOVR6，#250；1個(gè)機(jī)器周期

DJNZR6，$；2個(gè)機(jī)器周期

DJNZR7，D2MS0；2個(gè)機(jī)器周期

RET；2個(gè)機(jī)器周期例：統(tǒng)計(jì)開(kāi)關(guān)按動(dòng)次數(shù)，并存于30H單元。

MOV30H，#0UP:JBP1.0,$JNBP1.0,$INC30HSJMPUP可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器

有的控制系統(tǒng)是按時(shí)間間隔來(lái)進(jìn)行控制的，如定時(shí)的溫度檢測(cè)等。雖然可以利用延遲程序來(lái)取得定時(shí)的效果，但這會(huì)降低CPU的工作效率。如果能用一個(gè)可編程的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或延時(shí)控制，則CPU不必通過(guò)等待來(lái)實(shí)現(xiàn)延時(shí)，就可以提高CPU的效率。另外也有些控制是按計(jì)數(shù)的結(jié)果來(lái)進(jìn)行的，因此在微機(jī)控制系統(tǒng)中常使用可編程的硬件定時(shí)／計(jì)數(shù)器?，F(xiàn)在有很多專(zhuān)門(mén)用作定時(shí)／計(jì)數(shù)器的接口芯片。單片機(jī)內(nèi)帶有硬件定時(shí)／計(jì)數(shù)器可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器不論是獨(dú)立的定時(shí)器芯片(8253)還是單片機(jī)內(nèi)的定時(shí)器，都有以下特點(diǎn)：1．定時(shí)／計(jì)數(shù)器可以有多種工作方式，可以是計(jì)數(shù)方式也可以是定時(shí)方式等等。2．計(jì)數(shù)器模值是可變的，當(dāng)然計(jì)數(shù)的最大值是有一定限制的，這取決于計(jì)數(shù)器的位數(shù)。計(jì)數(shù)的最大值也就限制了定時(shí)的最大值。3．可以按照規(guī)定的定時(shí)或計(jì)數(shù)值，當(dāng)定時(shí)的時(shí)間到或者計(jì)數(shù)終止時(shí)，可發(fā)出中斷申請(qǐng)，以便實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)控制。除了上述共同特點(diǎn)外，各種定時(shí)器還會(huì)有各自的特點(diǎn)，各自的工作方式和控制方式。MCS51單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)/計(jì)數(shù)器

定時(shí)/計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作方式定時(shí)/計(jì)數(shù)器應(yīng)用1.定時(shí)/計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)

MCS51單片機(jī)內(nèi)有2個(gè)獨(dú)立的16位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0和T1。它們的結(jié)構(gòu)相似。T0的結(jié)構(gòu)如圖所示：振蕩器÷12C/T=0C/T=1＆+加1計(jì)數(shù)器TF0合/斷T0TR0GATE0INT0TCONTMODTH0TL0TH1TL1

TMOD：89H只能按字節(jié)操作。振蕩器÷12C/T=0C/T=1＆+加1計(jì)數(shù)器TF0合/斷T0TR0GATE0INT0GATEC／T：用來(lái)確定T0(T1)是工作在計(jì)數(shù)方式還是工作在定時(shí)方式。C／T=0為定時(shí)方式，C／T=1為計(jì)數(shù)方式。即對(duì)外部引腳的外部輸入脈沖計(jì)數(shù)。外部引腳上輸入的每一個(gè)脈沖的負(fù)跳變使計(jì)數(shù)值加1，由于外輸入脈沖的每個(gè)高、低電平持續(xù)時(shí)間各應(yīng)大于一個(gè)機(jī)器周期，因此最小的計(jì)數(shù)周期為兩個(gè)機(jī)器周期。例如，若單片機(jī)晶振頻率為12MHZ，則外部計(jì)數(shù)脈沖的最高頻率只能為500KHz。M1和M2：兩位用來(lái)確定T0(T1)的具體工作模式。M1、M2的四種組合剛好與四種工作模式對(duì)應(yīng)，分別是方式0、方式1、方式2、方式3。GATE：一般稱為門(mén)控標(biāo)志。它對(duì)定時(shí)/數(shù)器的啟動(dòng)起著控制作用。當(dāng)GATE=1時(shí)，定時(shí)計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)除了受TR控制外，還受INT引腳的控制。當(dāng)TR=0且INT引腳上出現(xiàn)高電平時(shí)才能啟動(dòng)定時(shí)計(jì)數(shù)器。TMODC/TM1M0GATEC/TM1M0

TCON：88H可以按字節(jié)操作，也可以按位操作。TCONTF0:

T0溢出中斷標(biāo)志位。當(dāng)T0計(jì)數(shù)溢出時(shí)，TF0=1。在允許中斷的情況下，CPU響應(yīng)T0中斷，轉(zhuǎn)向T0中斷服務(wù)程序，此時(shí)由硬件自動(dòng)將TF0清0。該標(biāo)志位可由軟件查詢，也可用軟件清0或置1。TR0：為T(mén)0啟動(dòng)控制位。當(dāng)TR0=1時(shí)，啟動(dòng)T0；TR0=0時(shí)，關(guān)閉T0。該位由軟件進(jìn)行設(shè)置。TF1:

T0溢出中斷標(biāo)志位。當(dāng)T0計(jì)數(shù)溢出時(shí)，TF0=1。在允許中斷的情況下，CPU響應(yīng)T0中斷，轉(zhuǎn)向T0中斷服務(wù)程序，此時(shí)由硬件自動(dòng)將TF0清0。該標(biāo)志位可由軟件查詢，也可用軟件清0或置1。TR1：為T(mén)0啟動(dòng)控制位。當(dāng)TR0=1時(shí)，啟動(dòng)T0；TR0=0時(shí)，關(guān)閉T0。該位由軟件進(jìn)行設(shè)置。TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0

TCON：88H可以按字節(jié)操作，也可以按位操作。振蕩器÷12C/T=0C/T=1＆+加1計(jì)數(shù)器TF0合/斷T0TR0GATE0INT0TCONTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0

MCS-51單片機(jī)內(nèi)部有兩個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0和T1。每個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器占用兩個(gè)特殊功能寄存器：

T0由TH0和TL0兩個(gè)8位計(jì)數(shù)器組成，字節(jié)地址分別是8CH和8AH。

T1由TH1和TL1兩個(gè)8位計(jì)數(shù)器組成，字節(jié)地址分別是8DH和8BH。用于存放定時(shí)或計(jì)數(shù)的初值。當(dāng)計(jì)數(shù)器工作時(shí)，其值隨計(jì)數(shù)脈沖做加1變化。計(jì)數(shù)寄存器振蕩器÷12C/T=0C/T=1＆+加1計(jì)數(shù)器TF0合/斷T0TR0GATE0INT0TH0TL0振蕩器÷12C/T=0C/T=1＆+加1計(jì)數(shù)器TF0合/斷T0TR0GATE0INT0

MCS-51單片機(jī)內(nèi)部有兩個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0和T1。每個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器占用兩個(gè)特殊功能寄存器：

T0由TH0和TL0兩個(gè)8位計(jì)數(shù)器組成，字節(jié)地址分別是8CH和8AH。

T1由TH1和TL1兩個(gè)8位計(jì)數(shù)器組成，字節(jié)地址分別是8DH和8BH。用于存放定時(shí)或計(jì)數(shù)的初值。當(dāng)計(jì)數(shù)器工作時(shí)，其值隨計(jì)數(shù)脈沖做加1變化。計(jì)數(shù)寄存器TH0TL0

由于T0由TL0(低8位)和TH0(高8位)組成；T1由TH和THl組成。所以T0、T1都是16位計(jì)數(shù)器。但是若將它們?cè)O(shè)置成不同的工作方式，其計(jì)數(shù)長(zhǎng)度(最大值)和計(jì)數(shù)方式都可變化。內(nèi)部定時(shí)／計(jì)數(shù)器一共有四種工作方式，由TMOD的相關(guān)位設(shè)置。2.定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式GATE1C/T1M11M10GATE1C/T1M11M10M1和M2：兩位用來(lái)確定T0(T1)的具體工作模式。M1、M2的四種組合剛好與四種工作模式對(duì)應(yīng)。定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作模式如下：M1M0模式說(shuō)明00方式013位定時(shí)/計(jì)數(shù)器（TH高8位加上TL中的低5位）01方式116位定時(shí)/計(jì)數(shù)器10方式2自動(dòng)重裝初值的8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器11方式3模式3只針對(duì)T0，T0分成兩個(gè)獨(dú)立的8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；T1無(wú)模式3

在方式0下，T0構(gòu)成一個(gè)13位的計(jì)數(shù)器，由TH0的8位和TL0的低5位組成，TL0的高3位未用，滿計(jì)數(shù)值為213。

T0啟動(dòng)后立即加1計(jì)數(shù)，當(dāng)TL0的低5位計(jì)數(shù)溢出時(shí)向TH0進(jìn)位，TH0計(jì)數(shù)溢出則對(duì)相應(yīng)的溢出標(biāo)志位TF0置位，以此作為定時(shí)器溢出中斷標(biāo)志。當(dāng)單片機(jī)進(jìn)入中斷服務(wù)程序時(shí)，由內(nèi)部硬件自動(dòng)清除該標(biāo)志。方式0振蕩器÷12C/T=0C/T=1＆+TF0合/斷T0TR0GATE0INT0TH0D5×××D4D3D2D1D0TL0計(jì)數(shù)器方式0①GATE=0時(shí)，計(jì)數(shù)器啟動(dòng)控制開(kāi)關(guān)只取決于TR0。（軟控制）②GATE=1時(shí)，計(jì)數(shù)器啟動(dòng)控制開(kāi)關(guān)不僅要由TR0來(lái)控制，而且還要受到引腳(INT0引腳)高電平控制。（軟＋硬控制）振蕩器÷12C/T=0C/T=1＆+TF0合/斷T0TR0GATE0INT0TH0D5×××D4D3D2D1D0TL0計(jì)數(shù)器

在方式1下，定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0和T1的方式1都是相同的。以下僅以T0為例。T0構(gòu)成一個(gè)16位的計(jì)數(shù)器，由TH0的8位和TL0的8位組成，滿計(jì)數(shù)值為216。方式1振蕩器÷12C/T=0C/T=1＆+TF0合/斷T0TR0GATE0INT0TH0TL0計(jì)數(shù)器

T0啟動(dòng)后立即加1計(jì)數(shù)，當(dāng)TL0計(jì)數(shù)溢出時(shí)向TH0進(jìn)位，TH0計(jì)數(shù)溢出則對(duì)相應(yīng)的溢出標(biāo)志位TF0置位，以此作為定時(shí)器溢出中斷標(biāo)志。當(dāng)單片機(jī)進(jìn)入中斷服務(wù)程序時(shí)，由內(nèi)部硬件自動(dòng)清除該標(biāo)志。方式1振蕩器÷12C/T=0C/T=1＆+TF0合/斷T0TR0GATE0INT0TH0TL0計(jì)數(shù)器

在方式2下，定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0和T1的方式2都是相同的。以下僅以T0為例。TH0和TL0被當(dāng)作兩個(gè)8位計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)過(guò)程中，TH0寄存8位初值并保持不變，由TL0進(jìn)行8位計(jì)數(shù)。當(dāng)?shù)?位計(jì)數(shù)溢出時(shí)，除了可產(chǎn)生中斷申請(qǐng)外，還將TH0中保存的內(nèi)容向TL0重新裝人，以便于重新計(jì)數(shù)，而TH0中的初值仍然保留，以便下次再行對(duì)TL0進(jìn)行重裝。方式2振蕩器÷12C/T=0C/T=1＆+TF0合/斷T0TR0GATE0INT0TH0TL0計(jì)數(shù)器

方式2對(duì)于循環(huán)計(jì)數(shù)比較有利。這時(shí)不需要在溢出后用軟件重新裝入計(jì)數(shù)初值，而是可以自動(dòng)裝入，但此時(shí)計(jì)數(shù)的長(zhǎng)度將受到很大的限制，只有28=256次。方式2振蕩器÷12C/T=0C/T=1＆+TF0合/斷T0TR0GATE0INT0TH0TL0計(jì)數(shù)器方式3只適用于定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0。這種工作方式下，定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0被拆成2個(gè)獨(dú)立的定時(shí)/計(jì)數(shù)器來(lái)用。方式3振蕩器÷12C/T=0C/T=1＆+TF0合/斷T0TR0GATE0INT0TL0計(jì)數(shù)器振蕩器÷12TF1TH0計(jì)數(shù)器TR1合/斷方式3在方式3下，T0和T1的工作有很大的不同。⑴若把T1置于方式3，則Tl停止計(jì)數(shù)，定時(shí)器T1保持其內(nèi)容不變。所以，一般不會(huì)把T1置于方式3。⑵若把T0置于方式3，則16位計(jì)數(shù)器拆開(kāi)為兩個(gè)獨(dú)立工作的8位計(jì)數(shù)器TL0和TH0。但這兩個(gè)8位計(jì)數(shù)器的工作是有差別的。首先是工作方式的不同：①對(duì)TL0來(lái)說(shuō)它既可以按計(jì)數(shù)方式工作，也可以按定時(shí)方式工作，②而TH0則只能按定時(shí)方式工作。另外是控制方式的不同。一般情況下，當(dāng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0處于工作方式3時(shí)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1可工作為方式0、1、2，但由于此時(shí)其已沒(méi)有控制通斷和溢出中斷的功能，T1只能作為串行口的波特率發(fā)生器使用，或不需要中斷的場(chǎng)合。

MCS-51的定時(shí)／計(jì)數(shù)器是可編程的，因此，在進(jìn)行定時(shí)或計(jì)數(shù)之前也要用對(duì)其進(jìn)行初始化。初始化一般應(yīng)包括以下幾個(gè)步驟：1、對(duì)TMOD寄存器賦值，以確定定時(shí)器的工作方式。2．置定時(shí)／計(jì)數(shù)器初值，直接將初值寫(xiě)入寄存器的TH0，TL0或TH1，TLl。3．根據(jù)需要，對(duì)寄存器IE置初值，開(kāi)放定時(shí)器中斷。4．對(duì)TCON寄存器中的TRl或TR0置位，啟動(dòng)定時(shí)／計(jì)數(shù)器。啟動(dòng)以后，計(jì)數(shù)器即按規(guī)定的工作方式和初值進(jìn)行計(jì)數(shù)或開(kāi)始定時(shí)。3.定時(shí)/計(jì)數(shù)器的應(yīng)用例1例2定時(shí)／計(jì)數(shù)器初值在初始化過(guò)程中，要置入定時(shí)值或計(jì)數(shù)值的初值，這時(shí)要作一些計(jì)算。方法如下：設(shè)計(jì)數(shù)器的最大值為M(在不同的工作方式中，M可以為213，216或28)，則置入的初值X可這樣來(lái)計(jì)算：

計(jì)數(shù)方式時(shí)：X=M—計(jì)數(shù)值

定時(shí)方式時(shí)：(M—X)·T=定時(shí)值，所以X=M—定時(shí)值／T。其中T為計(jì)數(shù)周期，它是單片機(jī)時(shí)鐘周期的12

倍。

定時(shí)／計(jì)數(shù)器初值當(dāng)時(shí)鐘周期為1／12MHZ時(shí)，計(jì)數(shù)周期為1us。在這種情況下，若定時(shí)器工作在方式0，則最大定時(shí)值213·X·1／12MHz(s)=8.192ms；若工作在方式1，則最大定時(shí)值為216·X·1／12MHz(s)=65.536ms例若單片機(jī)的頻率為12MHz，請(qǐng)計(jì)算2ms所需要的定時(shí)器初值。解：計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)為2/0.001=2000若方式0，則計(jì)數(shù)初值為：213-2000=6192=1830HTH0=18H，TL0=30H若方式1，則計(jì)數(shù)初值為：216-2000=63536=F830HTH0=F8H，TL0=30H方法1：用延時(shí)程序?qū)崿F(xiàn)2mS的延時(shí)。

UP：SETBP1.0；拉高P1.0LCALLD1MS；

調(diào)用延時(shí)1ms子程序CLRP1.0；拉低P1.0LCALLD1MS；調(diào)用延時(shí)1ms子程序SJMPUP；繼續(xù)循環(huán)例1使P1.0輸出一個(gè)周期為2mS的方波。方法2：用T0定時(shí)2mS，查詢TF0

①確定工作方式方式0②計(jì)算初值E018H③編程

MOVTMOD，#00H；

定時(shí)器0工作方式0SETBTR0；啟動(dòng)計(jì)數(shù)器LOOP：MOVTH0，#0E0H；初始化計(jì)數(shù)初值

MOVTL0，#18H；初始化計(jì)數(shù)初值

JNBTF0，$；查詢定時(shí)到？

CPLP1.0；P1.0反相

CLRTF0；清除溢出標(biāo)志位

SJMPLOOP；繼續(xù)循環(huán)例1使P1.0輸出一個(gè)周期為2mS的方波。例1使P1.0輸出一個(gè)周期為2mS的方波。方法3：用T0定時(shí)2mS，中斷。

ORG0000H；

復(fù)位中斷向量

LJMPMAIN；

轉(zhuǎn)到主程序

ORG000BH；

定時(shí)器0中斷向量

LJMPAT0；

轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序處

MAIN：MOVTMOD，#00H；采用定時(shí)器T0工作方式0MOVTH0，#0E0H；初始化計(jì)數(shù)初值（高8位）

MOVTL0，#18H；初始化計(jì)數(shù)初值（低5位）

SETBEA；開(kāi)放全局中斷總允許位

SETBET0；開(kāi)放定時(shí)器T0中斷總允許位

SETBTR0；啟動(dòng)定時(shí)器T0SJMP$；原地踏步

AT0：MOVTMOD，#00H；采用定時(shí)器T0工作方式0MOVTH0，#0E0H；初始化計(jì)數(shù)初值（高8位）

MOVTL0，#18H；初始化計(jì)數(shù)初值（低5位）

CPLP1.0；P1.0反相

RETI；中斷返回欲產(chǎn)生周期為2秒的方波，定時(shí)器T0必須能定時(shí)1秒，這個(gè)值已經(jīng)超過(guò)了定時(shí)器的最大定時(shí)時(shí)間。為此，我們只有采用定時(shí)器定時(shí)和軟件計(jì)數(shù)相結(jié)合的方法才能解決問(wèn)題。例2使P1.1輸出一個(gè)周期為2S的方波。

ORG0000HLJMPMAINORG000BHLJMPAT0

MAIN：