第06章定時(shí)器計(jì)數(shù)器01課件

第6章 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器

《單片機(jī)原理與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)》

電子工業(yè)出版社，2009.7

歐偉明何靜凌云劉劍等編著

1/6/20241本章主要內(nèi)容定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)與控制定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的4種工作方式定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的應(yīng)用舉例1/6/202426.1.189S51定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)89S51單片機(jī)內(nèi)部有兩個(gè)16-bit的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1和T0，受特殊功能寄存器TMOD和TCON的控制，是16-bit加1計(jì)數(shù)器。結(jié)構(gòu)如圖6.1所示：1/6/20243定時(shí)器工作模式單片機(jī)芯片內(nèi)振蕩器輸出經(jīng)12分頻后的脈沖加計(jì)數(shù)，即每個(gè)機(jī)器周期使定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（T0或T1）的數(shù)值加1直至計(jì)滿溢出。1/6/20244計(jì)數(shù)器工作模式通過(guò)引腳T0（P3.4）和T1（P3.5）對(duì)外部脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)。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/計(jì)數(shù)器的值加1。CPU檢測(cè)一個(gè)1至0的跳變需要兩個(gè)機(jī)器周期，故最高計(jì)數(shù)頻率為振蕩頻率的1/24。為了確保某個(gè)電平在變化之前被采樣一次，要求電平保持時(shí)間至少是一個(gè)完整的機(jī)器周期。輸入信號(hào)波形如下圖所示。1/6/20245對(duì)輸入脈沖寬度的要求1/6/202461/6/202496.1.2定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的控制定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制寄存器TCOM

特殊功能寄存器TMOD的字節(jié)地址為88H，可位尋址。TCON的格式如圖6.3所示。1/6/202410

控制寄存器TCOM各位定義TCON中的低4-bit與外部中斷有關(guān)，已在本書第5章中介紹。TF1、TF0——計(jì)數(shù)溢出標(biāo)志位

當(dāng)計(jì)數(shù)器作加1計(jì)數(shù)而產(chǎn)生溢出時(shí)，該位被單片機(jī)內(nèi)部硬件電路自動(dòng)置“1”。使用查詢方式時(shí)，此位作為狀態(tài)位供CPU查詢，但應(yīng)該注意的是，當(dāng)CPU查詢有效后，應(yīng)采用軟件指令及時(shí)將該位清“0”。使用中斷方式時(shí)，此位作為中斷請(qǐng)求標(biāo)志位，CPU進(jìn)入中斷服務(wù)程序后，該位由單片機(jī)內(nèi)部硬件電路自動(dòng)清“0”1/6/202411

控制寄存器TCOM各位定義TR1、TR0——加1計(jì)數(shù)運(yùn)行控制位

當(dāng)TR1=1時(shí)，啟動(dòng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1進(jìn)行加1計(jì)數(shù)；TR1=0時(shí)，停止定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1的計(jì)數(shù)。TR0=1時(shí)，啟動(dòng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0進(jìn)行加1計(jì)數(shù)；TR0=0時(shí)，停止定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0的計(jì)數(shù)。TR1、TR0可以由軟件置“1”和清“0”。

1/6/2024126.2定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的4種工作方式工作方式1工作方式2工作方式3工作方式01/6/2024136.2.1工作方式1當(dāng)M1、M0為01時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作于工作方式1，等效邏輯結(jié)構(gòu)圖如圖6.4所示（以定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1為例，所以TMOD.5、TMOD.4=01）。1/6/2024146.2.1工作方式11.兩種工作模式的選擇

⑴定時(shí)器工作模式（）

⑵計(jì)數(shù)器工作模式（）2.軟件控制和硬件控制的選擇

⑴軟件控制（當(dāng)GATE=0時(shí)

）

⑵軟件和硬件聯(lián)合控制（當(dāng)GATE=1時(shí)）1/6/2024156.2.2工作方式2當(dāng)M1、M0為10時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作于工作方式2，等效邏輯結(jié)構(gòu)圖如圖6.4所示（以定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1為例，所以TMOD.5、TMOD.4=10）。1/6/2024166.2.2工作方式21.工作方式2時(shí)，16-bit的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1被拆分為兩個(gè)8-bit寄存器TH1和TL1，其中，TL1為加1計(jì)數(shù)器，TH1作為TL1的初值預(yù)置寄存器，并始終保持為初值常數(shù)。當(dāng)TL1加1計(jì)數(shù)溢出時(shí)，溢出標(biāo)志位TF1被硬件電路自動(dòng)置“1”，同時(shí)，自動(dòng)將TH1中的初值送給TL1，使TL1從初值開始重新加計(jì)數(shù)。

2.工作方式2可以省去用戶程序中重裝初值的指令執(zhí)行時(shí)間，可以相當(dāng)精確地定時(shí)。1/6/2024176.2.3工作方式3工作方式3是為了增加1個(gè)附加的8-bit定時(shí)器/計(jì)數(shù)器而設(shè)置的，從而使89S51具有3個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。工作方式3只適用于定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1不能工作在工作方式3

。1/6/202418工作方式3下的T0

當(dāng)TMOD.1、TMOD.0=11時(shí)，T0的工作方式被選為工作方式3，這時(shí)各引腳與T0的邏輯關(guān)系如圖6.7所示。

1/6/202419（a）TL0作為8-bit定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（b）TH0作為8-bit定時(shí)器圖6.7T0工作方式3時(shí)的邏輯結(jié)構(gòu)框圖1/6/202420

T0工作方式3時(shí)T1的各種工作方式1.一般情況下，當(dāng)T1用作串行口波特率發(fā)生器時(shí)，T0才工作于工作方式3。2.T0處于工作方式3時(shí)，T1可設(shè)置為工作方式0、工作方式1、工作方式2，用來(lái)作為串行口的波特率發(fā)生器，以確定串行通信的速率

。

1/6/202421圖6.8T0工作方式3時(shí)T1為工作方式0的工作示意圖1/6/202422圖6.9T0工作方式3時(shí)T1為工作方式1的工作示意圖1/6/202423圖6.10T0工作方式3時(shí)T1為工作方式2的工作示意圖1/6/2024246.2.4工作方式0當(dāng)M1、M0為00時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作于工作方式1，等效邏輯結(jié)構(gòu)圖如圖6.11所示（以定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1為例，所以TMOD.5、TMOD.4=00）。1/6/202425工作方式0工作方式0與工作方式1的差別僅僅在于計(jì)數(shù)器的模不同，工作方式1為16-bit加1計(jì)數(shù)器，而工作方式0為13-bit加1計(jì)數(shù)器，由TL1的低5-bit和TH1的8-bit構(gòu)成，當(dāng)TL1的低5-bit計(jì)數(shù)溢出時(shí)，向TH1進(jìn)位，TH1計(jì)數(shù)溢出時(shí)，將TCON中的溢出標(biāo)志位置“1”。由于工作方式0是為了兼容MCS-48系列的單片機(jī)而設(shè)計(jì)的，并且其計(jì)數(shù)初值的計(jì)算比較復(fù)雜，所以在實(shí)際應(yīng)用中，一般不使用工作方式0，而采用工作方式1。1/6/2024266.3定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的應(yīng)用舉例脈沖信號(hào)的產(chǎn)生脈沖寬度的測(cè)量

1/6/2024276.3.1脈沖信號(hào)的產(chǎn)生例6.1設(shè)單片機(jī)的晶振頻率為=12MHz，要求在P1.0引腳上輸出周期為2ms的方波。分析：不妨設(shè)T1處于定時(shí)器工作模式，工作方式1。周期為2ms的方波要求定時(shí)間隔為1ms，每次定時(shí)1ms時(shí)間到，就將P1.0取反。定時(shí)器的計(jì)數(shù)信號(hào)頻率為/12=1MHz，計(jì)數(shù)周期為12/=1μs，也就是說(shuō)，每個(gè)機(jī)器周期定時(shí)器就計(jì)數(shù)加1，而1ms=1000μs，需計(jì)數(shù)次數(shù)為1000/（12/）=1000。由于加1計(jì)數(shù)器是向上計(jì)數(shù)，為了得到1000個(gè)計(jì)數(shù)之后的定時(shí)器溢出，必須給加1計(jì)數(shù)器賦初值65536－1000=64536=FC18H，在C51語(yǔ)言中相當(dāng)于－1000。1/6/202428⑴匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)（采用中斷方式）ORG 0000H ;復(fù)位入口 AJMP START ORG 001BH ;T1溢出中斷入口 AJMP T1INT ORG 0030HSTART: MOV SP, #60H ;系統(tǒng)初始化 MOV TMOD, #10H ;設(shè)置T1工作于定時(shí)工作方式1 MOV TH1, #0FCH ;設(shè)置加1計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)初值高字節(jié) MOV TL1, #18H ;設(shè)置加1計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)初值低字節(jié) SETB TR1 ;啟動(dòng)T1開始定時(shí) SETB ET1 ;開T1溢出中斷 SETB EA ;開總允許中斷MAIN: AJMP MAIN ;主程序（等待T1溢出中斷）T1INT: CPL P1.0 ;T1溢出中斷服務(wù)程序 MOV TH1, #0FCH ;T1重賦初值 MOV TL1, #18H RETI1/6/2024296.3.2脈沖寬度的測(cè)量例6.2測(cè)量輸入到單片機(jī)P3.3引腳上的周期性脈沖信號(hào)的脈沖寬度。分析：由前面的介紹可知，當(dāng)GATE=1時(shí)，是一種采用軟件和硬件聯(lián)合控制的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器運(yùn)行與否的控制。下面以T1為例，若GATE=1，則只有當(dāng)TR1=1且=1時(shí)，T1計(jì)數(shù)。利用GATE的這一功能，可測(cè)量引腳，也就是P3.3引腳上的周期性脈沖信號(hào)的脈沖寬度，其方法如圖6.12所示。1/6/202430供參考的匯編語(yǔ)言源程序如下:ORG 0000H ;復(fù)位入口 AJMP MAIN ORG 0030HMAIN: MOV SP, #60H ;系統(tǒng)初始化 MOV TMOD, #90H ;設(shè)置T1工作于定時(shí)工作方式1，且GATE=1 MOV TH1, #00H ;T1從0開始作加1計(jì)數(shù) MOV TL1, #00H CLR TR1 JB P3.3, $ ;等待P3.3引腳的第一個(gè)下降沿 JNB P3.3, $ ;等待P3.3引腳的第一個(gè)上升沿 SETB TR1 ;啟動(dòng)T1開始定時(shí) JB P3.3, $ ;P3.3引腳電平為高電平時(shí)，CPU等待 CLRTR1 ;P3.3引腳電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)停止T1的工作 LCALLDisplay ;調(diào)用顯示子程序，顯示測(cè)量結(jié)果即脈沖寬度 ……1/6/202431思考題與習(xí)題定時(shí)器/計(jì)數(shù)器處于定時(shí)器工作模式時(shí)，其計(jì)數(shù)脈沖由誰(shuí)提供？定時(shí)時(shí)間與哪些因素有關(guān)？定時(shí)器/計(jì)數(shù)器處于計(jì)數(shù)器工作模式時(shí)，對(duì)外部計(jì)數(shù)脈沖頻率有何限制？如果采用的晶振頻率為6MHz，在定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式0、工作方式1、工作方式2下，其最大的定時(shí)時(shí)間分別是多少？判斷下列說(shuō)法是否正確。

⑴特殊功能寄存器SCON，與定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的控制無(wú)關(guān)。

⑵特殊功能寄存器TCON，與定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的控制無(wú)關(guān)。

⑶特殊功能寄存器IE，與定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的控制無(wú)關(guān)。

⑷特殊功能寄存器TMOD，與定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的控制無(wú)關(guān)。利用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0對(duì)外部脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，每計(jì)數(shù)100個(gè)脈沖后，T0轉(zhuǎn)為定時(shí)器工作模式。定時(shí)1ms后，又轉(zhuǎn)為計(jì)數(shù)器工作模式，如此循環(huán)不止。假定89S51單片機(jī)的晶振頻率為6MHz，請(qǐng)使用工作方式1實(shí)現(xiàn)，要求編寫相應(yīng)的程序。1/6/202432思考題與習(xí)題定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式2有什么特點(diǎn)？適用于哪些應(yīng)用場(chǎng)合？請(qǐng)編寫程序，要求使用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0，采用工作方式2定時(shí)，在P1.0引腳上輸出周期為400μs，占空比為10︰1的矩形脈沖。一個(gè)定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間有限，如何實(shí)現(xiàn)兩個(gè)定時(shí)器的串行定時(shí)，來(lái)達(dá)到較長(zhǎng)時(shí)間定時(shí)的目