第6章AT89C51的定時器計數(shù)器

第6章AT89C51的定時器/計數(shù)器

6.1定時器/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)兩個可編程的定時器/計數(shù)器T1、T0。結(jié)構(gòu)如圖6-1所示

2種工作模式：（1）計數(shù)器工作模式（2）定時器工作模式4種工作方式(方式0-方式3)。TMOD：選擇定時器/計數(shù)器T0、T1的工作模式和工作方式。TCON：控制T0、T1的啟動和停止計數(shù)，同時包含了

T0、T1的狀態(tài)。單片機復(fù)位時，兩個寄存器都清0。6.1.1工作方式控制寄存器TMOD

圖6-1AT89C51單片機的定時器/計數(shù)器結(jié)構(gòu)框圖圖6-2TMOD格式8位分為兩組，高4位控制T1，低4位控制T0。（1）GATE——門控位

0：僅以TRX（X=0,1）來啟動定時器/計數(shù)器運行。

1：用引腳INT0*(或INT1*)上的高電平和TRX兩個條件來控制定時器/計數(shù)器的運行。（2）M1、M0——工作方式選擇位

表6-1M1、M0工作方式選擇

M1M0工作方式

00 方式0，13位定時器/計數(shù)器。01 方式1，16位定時器/計數(shù)器。10 方式2，8位常數(shù)自動重新裝載11 方式3，僅適用于T0，T0分成兩個8 位計數(shù)器，T1停止計數(shù)。

(3)C/T*——計數(shù)器模式和定時器模式選擇位

0：定時器模式。 1：計數(shù)器模式。6.1.2定時器/計數(shù)器控制寄存器TCON字節(jié)地址為88H，可位尋址，位地址為88H～8FH。TCON的格式如圖6-3所示。

圖6-3TCON格式低4位與外部中斷有關(guān)，已介紹。高4位的功能如下：

(1)TF1、TF0——計數(shù)溢出標(biāo)志位(2)TR1、TR0——計數(shù)運行控制位 1：啟動定時器/計數(shù)器工作的必要條件。

0：停止定時器/計數(shù)器工作該位可由軟件置“1”或清“0”。6.2定時器/計數(shù)器的4種工作方式

6.2.1方式0

M1、M0為00，定時器/計數(shù)器的框圖：

圖6-4定時器/計數(shù)器方式0邏輯結(jié)構(gòu)框圖定時器計數(shù)器GATE為0，A點是否計數(shù)僅取決于TRX。GATE為1，B點電位由INTX*和TRX共同決定。定時器/計數(shù)器工作在方式0時，為13位的計數(shù)器，C/T*

位決定工作模式：

0：開關(guān)打在上面，為定時器工作模式； 1：開關(guān)打在下面，為計數(shù)器工作模式，計數(shù)脈沖為P3.4、P3.5引腳上的外部輸入脈沖，當(dāng)引腳上發(fā)生負(fù)跳變時，計數(shù)器加1。GATE位：決定定時器/計數(shù)器的運行取決于TRx一個條件還是TRx和INTx*引腳兩個條件。（1）0：A點（見圖6-2）是否計數(shù),僅取決于TRx的狀態(tài)。（2）1：B點電位由INTX*的輸入電平和TRX的狀態(tài)這兩個條件來確定。是否計數(shù)是由TRx和INTx*二個條件來控制的。定時和計數(shù)應(yīng)用方式0下，計數(shù)工作方式時，計數(shù)范圍是1～8192。定時工作方式時，定時時間的計算公式為：（213-計數(shù)初值）×機器周期晶振頻率為6MHZ

最小定時時間為：[213-（213-1）×2×10-6=2us最大定時時間為：（213-0）×2×10-6=16384×10-6（S)=16384us例：單片機晶振頻率為6MHZ，使用定時器1方式0產(chǎn)生周期為500us的等寬正方波脈沖，并由P1.0輸出，以查詢完成。①計算初值（213-X）×2×10-6=256×10-6X=8067=1F83H=0001111110000011BX=1111110000011B

TH1=FCHTL1=03H(低5位）②TMOD初始化M1M0=00C/T*=0（定時）GATE=0,定/計為0不用，TMOD00H③TCONTR1TR1=1啟動TR0=0停止④程序設(shè)計：MOVTMOD,#00H;設(shè)置T1工作方式0MOVTH1,#0FCH;設(shè)置計數(shù)初值MOVTL1,#03H;MOVIE,#00H;禁止中斷SETBTR1;啟動定時LOOP:JBCTF1,LOOP1;查詢計數(shù)溢出，為1轉(zhuǎn)移并清0AJMPLOOPLOOP1:MOVTH1,#0FCH;重新設(shè)置計數(shù)初值MOVTL1,#03HCLRTF1;計數(shù)溢出標(biāo)志位清0CPLP1.0；輸出取反AJMPLOOP

6.2.2方式1

M1、M0=01，16位的計數(shù)器。

圖6-5定時器/計數(shù)器方式1邏輯結(jié)構(gòu)框圖方式1與方式0的差別僅在于計數(shù)器的位數(shù)不同，方式1為16位計數(shù)器，作為定時使用時，其定時時間為：

（216-T0初值）×機器周期計數(shù)范圍時1～65536（216）晶振頻率為6MHZ

最小定時時間為：[216-（216-1）]×2×10-6=2us最大定時時間為：（216-0）×2×10-6=131072×10-6（S)=131072us≈131ms例：題目同方式0，但以中斷方式完成。晶振頻率時6MHZ，使用定時器1以工作方式1產(chǎn)生周期為500us等寬正方波脈沖，并在P1.0端輸出。①計算初值（216-X)×2×10-6=250×10-6TH0=FFHTL0=A1H②TMOD寄存器初始化TMOD=10H③程序設(shè)計：MOVTMOD,#10H;定時器1工作方式1MOVTH1,#0FFH;設(shè)置計數(shù)初值MOVTL1,#0A1HSETBEASETBET1LOOP:SETBTR1HERE:SJMP＄;等待中斷AJMPLOOP中斷服務(wù)程序：MOVTH1,#0FFHMOVTL1,#0A1HCPLP1.0；輸出取反RETI

圖6-6定時器/計數(shù)器方式2邏輯結(jié)構(gòu)框圖6.2.3方式2

計數(shù)滿后自動裝入計數(shù)初值。

M1、M0=10，等效框圖如下：

TLX作為常數(shù)緩沖器，當(dāng)TLX計數(shù)溢出時，在置“1”溢出標(biāo)志TFX的同時，還自動的將THX中的初值送至TLX，使TLX從初值開始重新計數(shù)。定時器/計數(shù)器的方式2工作過程如圖6-7(X=0,1)。省去用戶軟件中重裝初值的程序，來精確定時并簡化定時初值的計算方法。。圖6-7方式2工作過程省去用戶軟件中重裝初值的程序，來精確定時并簡化定時初值的計算方法。

在方式2中，16位計數(shù)器被分成兩個部分：TL0用作8位計數(shù)器，TH0作預(yù)置寄存器，保存預(yù)置初值。初始化時由軟件賦予TH0與TL0同樣的值。當(dāng)計數(shù)溢出后，便置位TF0，并將TH0的初值再裝入TL0，從而進(jìn)行新一輪計數(shù)，如此循環(huán)重復(fù)不止。計數(shù)值最大只能到255。TH以硬件方法自動給計數(shù)器TL重新加載。例1：使用定時器0以工作方式2產(chǎn)生100us定時，在P1.0輸出周期為200us的連續(xù)波。fosc=6MHZ①計算初值（28-X）×2×10-6X=206D=11001110B=CEH

把CEH分別裝入TH0和TL0中：TH0=CEH,TL0=CEH②TMOD寄存器初始化M1M0=10,C/T*=0GATE=0定時器/計數(shù)器1不用，有關(guān)設(shè)定位為0；TMOD=02H③程序（查詢方式）

MOVIE,#00H;禁止中斷

MOVTMOD,#02H;設(shè)置定時器0為方式2MOVTH0,#CEH;設(shè)置計數(shù)初值MOVTL0,#CEH;設(shè)置計數(shù)初值SETBTR0;啟動定時LOOP:JBCTF0,LOOP1;查詢計數(shù)溢出AJMPLOOPLOOP1:CPLP1.0;輸出方波AJMPLOOP;重復(fù)循環(huán)由于方式2具有自動裝載功能，計數(shù)初值只能設(shè)置一次。④程序（中斷方式）

主程序：MOVTMOD,#02H;定時器0工作方式2MOVTH0,#CEH;設(shè)置計數(shù)初值MOVTL0,#CEH;保存計數(shù)初值SETBEA;開中斷SETBET0;定時器0允許中斷LOOP:SETBTR0;開始定時HERE:SJMP＄CLRTF0;計數(shù)溢出標(biāo)志位清0AJMPLOOP

中斷服務(wù)程序：CPLP1.0;輸出方波RETI;中斷返回例2：用定時器1以工作方式2計數(shù)，每計100次進(jìn)行累加器加1操作。①計算計數(shù)初值28-100=156D=9CHTH1=9CH,TL1=9CH②TMOD寄存器初始化M1M0=10C/T*=1,GATE=0TMOD=60H③程序設(shè)計

MOVIE,#00H;禁止中斷MOVTMOD,#60H;設(shè)置計數(shù)器1方式2MOVTH1,#9CH;設(shè)置計數(shù)初值MOVTL1,#9CH;設(shè)置計數(shù)初值SETBTR1;啟動計數(shù)DEL:JBCTF1,LOOP；查詢計數(shù)溢出AJMPDELLOOP:INCA;累加器加1AJMPDEL;循環(huán)返回6.2.4方式3

增加一個附加的8位定時器/計數(shù)器，從而具有3個定時器/計數(shù)器。只適用于定時器/計數(shù)器T0。T1不能工作在方式3。T1方式3時相當(dāng)于TR1=0，停止計數(shù)（此時T1可用來作串行口波特率產(chǎn)生器）。1．工作方式3下的T0T0分為兩個獨立的8位計數(shù)器:TL0和TH0。TL0使用T0的狀態(tài)控制位C/T*、GATE、TR0、，而TH0被固定為一個8位定時器（不能作外部計數(shù)模式），并使用定時器T1的狀態(tài)控制位TR1和TF1，同時占用定時器T1的中斷請求源TF1。

各引腳與T0的邏輯關(guān)系如圖6-8所示：

（a）TL0作為8位定時器/計數(shù)器(b)TH0作為8位定時器圖6-8定時器/計數(shù)器T0方式3的邏輯結(jié)構(gòu)框圖2．T0工作在方式3下T1的各種工作方式

當(dāng)T1用作串行口的波特率發(fā)生器時，T0才工作在方式3。T0為方式3時，T1可定為方式0、方式1和方式2，用來作為串行口的波特率發(fā)生器，或不需要中斷的場合。（1）T1工作在方式0

圖6-9T0工作在方式3時T1為方式0的工作示意圖（2）T1工作在方式1

。M1、M0=01時，工作在方式1（3）T1工作在方式2

圖6-10T0工作在方式3時T1為方式1的工作示意圖圖6-11T0工作在方式3時T1為方式2的工作示意圖M1、M0=10時，工作在方式2（4）T1工作在方式3。T1的控制字中M1、M0

=

11時，T1停止計數(shù)。在T0為方式3時，T1運行的控制條件只有兩個，即C/T*和M1、M0。C/T*選擇定時器模式或計數(shù)器模式，M1、M0選擇T1運行的工作方式。6.3計數(shù)器模式對輸入信號的要求

外部計數(shù)脈沖的最高頻率為系統(tǒng)振蕩器頻率的1/24，例如選用12MHz頻率的晶體，則可輸入500KHz的外部脈沖。輸入信號的高、低電平至少要保持一個機器周期。如圖6-12所示，圖中Tcy為機器周期。若選用6MHz頻率的晶體，允許輸?shù)拿}沖頻率最高為250KHz。圖6-12對外部輸入信號的基本要求6.4定時器/計數(shù)器的編程和應(yīng)用

4種工作方式中，方式0與方式1基本相同，由于方式0是為兼容MCS-48而設(shè)，初值計算復(fù)雜，在實際應(yīng)用中，一般不用方式0，而采用方式1。6.4.1方式1應(yīng)用

例6-1假設(shè)系統(tǒng)時鐘頻率采用6MHz，要在P1.0上輸出一個周期為2ms的方波，如圖6-13所示。

圖6-13在P1.0引腳上輸出的波形方波的周期用T0來確定，讓T0每隔1ms計數(shù)溢出1次(每1ms產(chǎn)生一次中斷)，CPU響應(yīng)中斷后，在中斷服務(wù)程序中對P1.0取反。(1)計算初值X

設(shè)初值為X，則有: (216-X)×2×10-6=1×10-3216-X=500X=65036X化為16進(jìn)制，即X=FE0CH=1111111000001100B。所以，T0的初值為：

TH0=0FEHTL0=0CH(2)初始化程序設(shè)計

機器周期=2us=2×10-6S對寄存器IP、IE、TCON、TMOD的相應(yīng)位進(jìn)行正確設(shè)置，將計數(shù)初值送入定時器中。(3)程序設(shè)計

中斷服務(wù)程序除產(chǎn)生方波外，還要注意將計數(shù)初值重新裝入定時器中，為下一次中斷作準(zhǔn)備。參考程序：

ORG0000HRESET:AJMPMAIN；轉(zhuǎn)主程序

ORG000BH；T0的中斷入口 AJMPIT0P ；轉(zhuǎn)T0中斷處理程序IT0P

ORG0100HMAIN:MOVSP,#60H；設(shè)堆棧指針

MOVTMOD,#01H ；設(shè)置T0為方式1

ACALLPT0M0 ；調(diào)用子程序PT0M0HERE:AJMPHERE ；自身跳轉(zhuǎn)PT0M0:MOVTL0,#0CH ；T0中斷服務(wù)程序，T0重新置初值

MOVTH0,#0FEHSETBTR0 ；啟動T0SETBET0 ；允許T0中斷

SETBEA；CPU開中斷

RETITOP:MOVTL0,#0CH；T0中斷服務(wù)子程序，T0置初值

MOVTH0,#0FEHCPLP1.0；P1.0的狀態(tài)取反

RETI查詢方式的參考程序:

MOVTMOD,#01H；設(shè)置T0為方式1

SETBTR0；接通T0LOOP:MOVTH0,#0FEH；T0置初值 MOVTL0,#0CHLOOP1：JNBTF0,LOOP1；查詢TF0標(biāo)志,為1說明T0溢出，下執(zhí)

CLRTR0；T0溢出，關(guān)閉T0 CPLP1.0；P1.0的狀態(tài)求反 SJMPLOOP例6-2

假設(shè)系統(tǒng)時鐘為6MHz，編寫定時器T0產(chǎn)生1秒定時的程序。（1）T0工作方式的確定定時時間較長，采用哪一種工作方式？由各種工作方式的特性，可計算出：

方式0最長可定時16.384ms;

方式1最長可定時131.072ms;方式2最長可定時512

s。選方式1，每隔100ms中斷一次，中斷10次為1s。（2）計算計數(shù)初值因為：(216-X)×2×10-6=10-1所以：X=15536=3CB0H因此：TH0=3CH，TL0=B0H（3）10次計數(shù)的實現(xiàn)采用循環(huán)程序法。（4）程序設(shè)計參考程序:

ORG0000HRESET：LJMPMAIN ；上電，轉(zhuǎn)主程序入口MAIN

ORG000BH；T0的中斷入口

LJMPIT0P ；轉(zhuǎn)T0中斷處理程序IT0P

ORG1000HMAIN：MOVSP,#60H ；設(shè)堆棧指針

MOVB,#0AH；設(shè)循環(huán)次數(shù)10次

MOVTMOD,#01H；設(shè)T0工作在方式1

MOVTL0,#0B0H；給T0設(shè)初值

MOVTH0,#3CH SETBTR0 ；啟動T0SETBET0 ；允許T0中斷SETBEA；CPU開放中斷HERE：SJMPHERE；等待中斷

ITOP：MOVTL0,#0B0H；T0中斷子程序，重裝初值

MOVTH0,#3CH； DJNZB，LOOPCLRTR0 ；1s定時時間到，停止T0工作LOOP：RETI6.4.2方式2的應(yīng)用省去程序中重裝初值的指令，并可產(chǎn)生相當(dāng)精確的定時時間。

例6-3

當(dāng)T0（P3.4）引腳上發(fā)生負(fù)跳變時，從P1.0引腳上輸出一個周期為1ms的方波,如圖6-13所示。（假設(shè)時鐘為6MHz）（1）工作方式選擇T0為方式1計數(shù)，初值0FFFFH，即外部計數(shù)輸入端T0（P3.4）發(fā)生一次負(fù)跳變時，T0加1且溢出，溢出標(biāo)志TF0置“1”，發(fā)中斷請求。在進(jìn)入T0中斷程序后，把F0標(biāo)志置“1”，說明T0腳已接收了負(fù)跳變信號。圖6-14T1定義為方式2定時。在T0腳發(fā)生一次負(fù)跳變后，啟動T1每500

s產(chǎn)生一次中斷，在中斷服務(wù)程序中對P1.0求反，使P1.0產(chǎn)生周期1ms的方波。（2）計算T1初值設(shè)T1的初值為X：則(28-X)×2×10-6=5×10-4X=28-250=6=06H（3）程序設(shè)計

ORG0000H