基于C語(yǔ)言的MCS-51單片機(jī)教程 課件 2任務(wù)4：定時(shí)計(jì)數(shù)器的使用

任務(wù)4：定時(shí)計(jì)數(shù)器的使用軟件延時(shí)法：利用指令（延時(shí)子程序）運(yùn)行所消耗的時(shí)間實(shí)現(xiàn)所需的定時(shí)時(shí)間。特點(diǎn)：由CPU控制，占用CPU的資源；硬件法：利用一個(gè)硬件電路實(shí)現(xiàn)所需的時(shí)間定時(shí)，一旦時(shí)間到便產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)志信號(hào)通知CPU。特點(diǎn)：由CPU控制定時(shí)的啟動(dòng)，但定時(shí)過(guò)程由專(zhuān)用模塊實(shí)現(xiàn)，CPU不參與其過(guò)程。所以提高了CPU的工作效率。定時(shí)器就是專(zhuān)用于產(chǎn)生延時(shí)和計(jì)數(shù)的外圍模塊，是單片機(jī)內(nèi)部重要的組成部分。一、定時(shí)的兩種方式

定時(shí):用于產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間間隔。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)。而定時(shí)/計(jì)數(shù)器是對(duì)89C51晶振信號(hào)12分頻后的脈沖計(jì)數(shù)，即每個(gè)機(jī)器周期使定時(shí)器（T0或T1）的數(shù)值加1直至溢出。當(dāng)89C51單片機(jī)晶振頻率為12MHz時(shí)，一個(gè)機(jī)器周期為1uS，計(jì)數(shù)頻率為1MHz，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)1次所用時(shí)間為1uS，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)N個(gè)，則所用時(shí)間為N*1uS。

20mS40mSMCS-51Px.y

輸出波形

計(jì)數(shù)：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)器加1計(jì)數(shù)。

外部脈沖外部設(shè)備說(shuō)明：不管是定時(shí)還是計(jì)數(shù)方式，定時(shí)/計(jì)數(shù)器實(shí)質(zhì)都是對(duì)脈沖計(jì)數(shù)，當(dāng)對(duì)外部信號(hào)計(jì)數(shù)就是計(jì)數(shù)功能，對(duì)內(nèi)部晶振信號(hào)12分頻計(jì)數(shù)就是定時(shí)功能。每個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器都不占用CPU時(shí)間，除非計(jì)數(shù)器溢出，才可以中斷CPU當(dāng)前操作。

二、定時(shí)器的相關(guān)寄存器GATE門(mén)控位:GATE=0時(shí),只要軟件設(shè)置TR=1,就可以啟動(dòng)計(jì)數(shù)器工作；

GATE=1時(shí),只有外部中斷引腳INT=TR=“1”時(shí),才能啟動(dòng)計(jì)數(shù)器工作C/T計(jì)數(shù)/定時(shí)方式選擇位:C/T=1時(shí),計(jì)數(shù)模式。

C/T=0時(shí):定時(shí)模式。M1、M0工作方式設(shè)置位。GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0定時(shí)器1定時(shí)器01.工作方式寄存器TMOD（SFR的地址:89H）M1M0工作方式說(shuō)明00013位定時(shí)/計(jì)數(shù)器01116位定時(shí)/計(jì)數(shù)器1028位自動(dòng)重裝定時(shí)/計(jì)數(shù)器113T0分成兩個(gè)獨(dú)立的8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；T1停止計(jì)數(shù)注意!不可以位尋址TF0:T0的溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志:硬件自動(dòng)置1或清0

計(jì)數(shù)器溢出時(shí)硬件自動(dòng)置位，即TF0=1。進(jìn)入中斷后再由硬件自動(dòng)清除（TF0=0）；TR0:T0的運(yùn)行控制位:軟件置1或清0

由軟件設(shè)定:TR0=1

T0開(kāi)始工作；

TR0=0

T0停止計(jì)數(shù)。TF1、TR1同上。TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT02、控制寄存器TCON(SFR地址:88H)可以位尋址定時(shí)/計(jì)數(shù)器相關(guān)位外部中斷相關(guān)位3、初值寄存器TH和TLTH1和TL1：T1的高八位和低八位寄存器。TH0和TL0：T0的高八位和低八位寄存器。在MCS-51單片機(jī)內(nèi)部，具有兩個(gè)完全相同的定時(shí)計(jì)數(shù)器T0、T1。它們都具有兩種工作模式：定時(shí)和計(jì)數(shù)；無(wú)論是定時(shí)或計(jì)數(shù)模式，又都有具備四種工作方式，根據(jù)實(shí)際要求達(dá)到最佳的工作狀態(tài)。定時(shí)計(jì)數(shù)器的工作方式、工作模式是由SFR中的TMOD內(nèi)容來(lái)決定的。因此對(duì)其方式、模式的設(shè)定是靠對(duì)TMOD的初始化編程實(shí)現(xiàn)的。三、51單片機(jī)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的四種工作方式1,方式0:13位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器THTL震蕩器1/12(8位)(低5位)TF中斷啟動(dòng)控制T引腳TRGATEINT高三位棄用C/T=0C/T=113位加1計(jì)數(shù)器在某一個(gè)初值的基礎(chǔ)上加1計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)滿(mǎn)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)”TF=1，向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求。由于低8位計(jì)數(shù)器中的高三位沒(méi)有參與工作，故填裝初值時(shí)應(yīng)“避開(kāi)”此三位。類(lèi)同于模式0。由于兩個(gè)計(jì)數(shù)器為完整的8位，故將計(jì)算好的16位初值可直接填裝到TH、TL中。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(mǎn)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)”TF=1，向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求。TLTH震蕩器1/12(8位)(8位)TF中斷啟動(dòng)控制T引腳TRGATEINTC/T=0C/T=12,方式1:16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器16位加1計(jì)數(shù)器方式0、1的特點(diǎn)13位和16位的計(jì)數(shù)器方式。啟動(dòng)后，從某一個(gè)初值的基礎(chǔ)上進(jìn)行“加1”計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)到“全１”時(shí)再來(lái)一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，計(jì)數(shù)器就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)“溢出中斷信號(hào)”即TF=1，此時(shí)計(jì)數(shù)器本身為“全零”。如果需要重復(fù)性的完成某一值的定時(shí)或計(jì)數(shù)，需要在每一次計(jì)數(shù)前不斷的重新預(yù)裝初值，稱(chēng)之為“軟件重裝初值”。TL做計(jì)數(shù)器，TH做初值寄存器，工作前TL,TH分別預(yù)置相同的初值。TL計(jì)數(shù)產(chǎn)生溢出的同時(shí),將TH中的初值自動(dòng)重裝TL。TL繼續(xù)計(jì)數(shù)。TL(8位)TH(8位)震蕩器1/12TF中斷控制T引腳TRGATEINTC/T=1C/T=03,方式2

:8位自動(dòng)重裝定時(shí)器/計(jì)數(shù)器8位加1計(jì)數(shù)器8位初值寄存器方式2的特點(diǎn)及應(yīng)用8位計(jì)數(shù)器的方式，定時(shí)或計(jì)數(shù)的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于方式0和方式1；具備初值“硬件自動(dòng)重裝”功能，非常適合進(jìn)行重復(fù)性定時(shí)的場(chǎng)合，如產(chǎn)生連續(xù)方波信號(hào)等。編成中省去了軟件重裝初值的麻煩；在MCS-51單片機(jī)中，T1設(shè)定成此模式用于做串行口波特率發(fā)生器。將T0和T1重新進(jìn)行“拆分、組合”。將T0變?yōu)門(mén)H0,TL0組成的兩個(gè)獨(dú)立的8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。TH0+TF1+TR1組成8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；TL0+TF0+TR0組成8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；TL0震蕩器1/12TF0中斷控制T0引腳TR0GATEINT0C/T=0C/T=1TH0TF1中斷控制TR1Fosc/124,方式3

組合擴(kuò)展模式（僅適用于T0）在方式3時(shí)T0,T1的電路結(jié)構(gòu)圖TL0八位定時(shí)/計(jì)數(shù)器TH0八位定時(shí)器TL1TF0TF1將T0分解為兩個(gè)計(jì)數(shù)器TL0：8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；TH0：8位定時(shí)器（借用TR1和TF1）T1（模式2）做波特率發(fā)生器。TH1定時(shí)/計(jì)數(shù)器4種方式比較（計(jì)數(shù)最大值）模式計(jì)數(shù)模M最大計(jì)數(shù)值模式013位Tmax=213=8192模式116位Tmax=216=

65536模式2，38位Tmax=28=256定時(shí)/計(jì)數(shù)器4種方式比較（定時(shí)最大時(shí)間）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*1μ?

=8.192ms模式116位Tmax=65536*1μ?=65.536ms模式2，38位Tmax=256*1μ?=0.256msM---計(jì)數(shù)器的模 模式0：M=213 =8192

模式1：M=216 =65536

模式2、3：M=28=256T=(M-TC)×t

其中,T:定時(shí)時(shí)間，M:計(jì)數(shù)器的模，TC:計(jì)數(shù)初值，t:計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)脈沖的周期（t=12/fosc)。四、51單片機(jī)初值的計(jì)算TC計(jì)算舉例定時(shí)方式：要求T0產(chǎn)生50mS的定時(shí)?！窘?】選擇模式1。

TC=65536?（50mS*1000）/1μS =65536?50000 =15536=3CB0H【思考題】為什么選擇模式1？【思考題】TC有沒(méi)有更簡(jiǎn)潔的表示方式？

TH=(65536-50000)/256;TL==(65536-50000)%256;TH=(-50000)/256;TL==(-50000)%256;（1）設(shè)置定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式通過(guò)對(duì)方式寄存器TMOD的設(shè)置，確定相應(yīng)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器是定時(shí)功能還是計(jì)數(shù)功能，以及工作方式及啟動(dòng)方法。（2）設(shè)置定時(shí)/計(jì)數(shù)器的初始值，即設(shè)置THx和TLx的值。

定時(shí)/計(jì)數(shù)器允許用戶(hù)編程設(shè)定開(kāi)始計(jì)數(shù)的數(shù)值，稱(chēng)為賦初值。初值不同，則計(jì)數(shù)器產(chǎn)生溢出時(shí)，計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)也不同。五、定時(shí)/計(jì)數(shù)器的應(yīng)用步驟（3）啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器當(dāng)設(shè)置了定時(shí)器的工作方式并啟動(dòng)定時(shí)器工作后，定時(shí)器就按被設(shè)定的工作方式獨(dú)立工作，不再占用CPU的操作時(shí)間，只有在計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)溢出時(shí)才能中斷CPU當(dāng)前的操作。

（4）計(jì)數(shù)溢出計(jì)數(shù)溢出標(biāo)志位在控制寄存器TCON中，用于通知用戶(hù)定時(shí)/計(jì)數(shù)器已經(jīng)計(jì)滿(mǎn)，用戶(hù)可以采用查詢(xún)方式或中斷方式進(jìn)行操作。中斷方式查詢(xún)方式定時(shí)/計(jì)數(shù)器的編程六、51單片機(jī)定時(shí)器編程與控制（1）中斷方式——編程步驟設(shè)置中斷優(yōu)先級(jí)，當(dāng)中斷只有一個(gè)時(shí)不用設(shè)置設(shè)置TMOD初始化設(shè)置定時(shí)/計(jì)數(shù)初值啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器編寫(xiě)定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷的處理服務(wù)程序124563編程步驟開(kāi)中斷（2）查詢(xún)方式——編程步驟設(shè)置TMOD初始化設(shè)置定時(shí)/計(jì)數(shù)初值啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器查詢(xún)溢出標(biāo)志位TF0或TF1置位情況及相關(guān)處理1

2

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5

3

開(kāi)中斷編程步驟任務(wù)：利用單片機(jī)定時(shí)/計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)1位簡(jiǎn)易秒表的設(shè)計(jì)，顯示時(shí)間0到9秒。

舉例任務(wù)分析任務(wù)的關(guān)鍵是定時(shí)，可以利用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)/計(jì)數(shù)器完成。當(dāng)單片機(jī)晶體振蕩頻率為12MHz，則定時(shí)計(jì)數(shù)器的定時(shí)基準(zhǔn)為計(jì)數(shù)1次時(shí)間為1us，單片機(jī)定時(shí)計(jì)數(shù)器有4種工作模式，可以構(gòu)成8位、13位和16位計(jì)數(shù)器；不同位數(shù)的計(jì)數(shù)器其最大定時(shí)時(shí)間不同，可以采用不同的定時(shí)方案。1）8位計(jì)數(shù)器當(dāng)構(gòu)成8位計(jì)數(shù)器時(shí)，其最大計(jì)數(shù)值為256，即最大定時(shí)時(shí)間為256us；可以利用定時(shí)計(jì)數(shù)器定時(shí)0.250ms，循環(huán)定時(shí)4000次，實(shí)現(xiàn)1S的定時(shí)；2）13位計(jì)數(shù)器當(dāng)構(gòu)成13位計(jì)數(shù)器時(shí)，其最大計(jì)數(shù)值為8192，即最大定時(shí)時(shí)間為8.192ms，可以利用定時(shí)計(jì)數(shù)器1次定時(shí)5ms，循環(huán)定時(shí)200次，實(shí)現(xiàn)1S的定時(shí)；3）16位計(jì)數(shù)器當(dāng)構(gòu)成16位計(jì)數(shù)器時(shí)，其最大計(jì)數(shù)值為65536，即最大定時(shí)時(shí)間為65.536ms，可以利用定時(shí)計(jì)數(shù)器1次定時(shí)50ms，循環(huán)定時(shí)20次，實(shí)現(xiàn)1S的定時(shí)；設(shè)計(jì)方案采用16位計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)定時(shí)50ms，循環(huán)反復(fù)20次，達(dá)到1S定時(shí)。顯示采用1位七段數(shù)碼管。硬件電路仿真圖

軟件程序單片機(jī)定時(shí)計(jì)數(shù)器溢出有中斷和查詢(xún)兩種處理方式；查詢(xún)方式是CPU啟動(dòng)定時(shí)計(jì)數(shù)器工作后，馬上讀取定時(shí)計(jì)數(shù)器溢出標(biāo)志位TF0(TF1)，判斷是否為1，為1表示計(jì)數(shù)器溢出，1次定時(shí)時(shí)間到；如果為0，表示定時(shí)時(shí)間沒(méi)到，CPU繼續(xù)讀取并判斷，重復(fù)這個(gè)過(guò)程。中斷方式是在定時(shí)計(jì)數(shù)器溢出后，利用定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷系統(tǒng)向CPU提請(qǐng)中斷請(qǐng)求，CPU轉(zhuǎn)去處理相應(yīng)的中斷服務(wù)程序，如果定時(shí)計(jì)數(shù)器沒(méi)有溢出，則CPU執(zhí)行主程序。采用查詢(xún)方式，定時(shí)計(jì)數(shù)器在定時(shí)計(jì)數(shù)時(shí)，CPU在查詢(xún)中斷溢出標(biāo)志位，CPU不能處理其他事件，占用了CPU的時(shí)間；而中斷方式，定時(shí)計(jì)數(shù)器在定時(shí)計(jì)數(shù)時(shí)，CPU執(zhí)行主程序，只有計(jì)數(shù)溢出后，CPU才停止其他程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)去處理定時(shí)計(jì)數(shù)器溢出中斷服務(wù)程序，不占用CPU資源。1）查詢(xún)方式程序設(shè)計(jì)參考程序：/*1位秒表，數(shù)碼管顯示，定時(shí)溢出采用查詢(xún)方式*/#include<reg51.h>voiddelay1s(){unsignedchari;TMOD=0x01;//置T0為模式1，16位計(jì)數(shù)器

for(i=0;i<20;i++)//20次循環(huán)定時(shí)，每次循環(huán)定時(shí)時(shí)間為50ms{ TH0=(65536-50000)/256;//定時(shí)器50mSTH0的初始值

TL0=(65536-50000)%256;//定時(shí)器50mSTL0的初始值

TR0=1; //啟動(dòng)T0 while(!TF0);//查詢(xún)計(jì)數(shù)器是否溢出(TF0=1)，即定時(shí)50ms時(shí)間到

TF0=0; //50ms定時(shí)時(shí)間到，將定時(shí)器溢出標(biāo)志位TF0清零

}}參考程序：voidmain(){ unsignedcharS；//定義變量S，暫存秒的數(shù)值

TMOD=0X01;//定時(shí)器初始化

TH0=(65536-50000)/256;計(jì)數(shù)器初始值

TL0=(65536-50000)%256; S=0;//秒數(shù)值初始為0 TR0=1;//啟動(dòng)計(jì)時(shí)

while(1) { P0=S;//顯示秒時(shí)間

delay1s();//調(diào)用1秒延時(shí)函數(shù)

S++;//秒變量加1

if(S==10)S=0;//判斷10S時(shí)間是否到，到了秒變量清零。

}}2）中斷方式程序設(shè)計(jì)參考程序：/*1位秒表，數(shù)碼