《單片機(jī)應(yīng)用實(shí)例開(kāi)發(fā)》課件第4章

4.1簡(jiǎn)易秒表的設(shè)計(jì)

4.2簡(jiǎn)易計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)

4.3簡(jiǎn)易交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

4.4習(xí)題實(shí)例四定時(shí)器/計(jì)數(shù)器學(xué)習(xí)目標(biāo)

◆理解簡(jiǎn)易交通燈控制系統(tǒng)的電路構(gòu)成、工作原理和電路中各元器件的作用。

◆理解51單片機(jī)的計(jì)數(shù)器和定時(shí)中斷，并正確使用。

◆正確使用MedWin軟件和Proteus仿真軟件。

◆正確理解RETI、RET，掌握中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì)的基本方法。

工作任務(wù)

◆設(shè)計(jì)與制作簡(jiǎn)易秒表。

◆設(shè)計(jì)與制作簡(jiǎn)易計(jì)數(shù)器。

◆設(shè)計(jì)與制作簡(jiǎn)易交通燈控制系統(tǒng)。4.1簡(jiǎn)易秒表的設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)目標(biāo)◆理解定時(shí)器的工作原理和內(nèi)部結(jié)構(gòu)中各元件的作用?！粽_計(jì)算定時(shí)時(shí)間、定時(shí)初始值、計(jì)數(shù)次數(shù)等參數(shù)?！粽_使用MedWin軟件和Proteus仿真軟件。

工作任務(wù)◆設(shè)計(jì)與制作簡(jiǎn)易秒表。

經(jīng)過(guò)前面知識(shí)的學(xué)習(xí)，我們掌握了單片機(jī)的一些基本應(yīng)用。設(shè)計(jì)中所需的延時(shí)都是用軟件延時(shí)的方法實(shí)現(xiàn)的，占用了CPU大量的時(shí)間，使CPU的效率低下，如果將來(lái)設(shè)計(jì)要求需要單片機(jī)系統(tǒng)能“同時(shí)”完成很多任務(wù)，這時(shí)還讓CPU花費(fèi)大量時(shí)間來(lái)做一些無(wú)謂的延時(shí)就不現(xiàn)實(shí)了，所以我們希望有一種機(jī)構(gòu)能代替CPU來(lái)實(shí)現(xiàn)延時(shí)的控制。MCS-51單片機(jī)內(nèi)設(shè)置了兩個(gè)16位的可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，它可以在CPU給出具體要求后獨(dú)立完成延時(shí)工作，而且它還具有計(jì)數(shù)的功能，可以用作計(jì)數(shù)器，這樣就可以很方便地解決很多問(wèn)題，大大提高CPU的工作效率。生活中我們經(jīng)常會(huì)遇到需定時(shí)或計(jì)數(shù)的場(chǎng)合。例如，午休時(shí)間不太長(zhǎng)，為了防止睡過(guò)頭我們會(huì)設(shè)置好鬧鐘再睡；啤酒廠打包生產(chǎn)線上要求每10瓶啤酒裝箱，這就要數(shù)出來(lái)，靠人工來(lái)操作既耗勞力又費(fèi)工時(shí)。這樣的例子生活中還有很多，這些問(wèn)題都可以通過(guò)MCS-51單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器輕松解決?，F(xiàn)在，我們先來(lái)學(xué)習(xí)MCS-51單片機(jī)內(nèi)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器是如何工作的。

1．定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的認(rèn)識(shí)

1)計(jì)數(shù)概念的引入

很早以前，我們的祖先就開(kāi)始用計(jì)繩結(jié)的方法來(lái)計(jì)數(shù)。生活中我們經(jīng)常要計(jì)量一些物件，用什么方法計(jì)數(shù)更方便呢？用什么工具更省力呢？人們根據(jù)不斷的試驗(yàn)總結(jié)出很多實(shí)用的計(jì)數(shù)方法，例如一般對(duì)選票的統(tǒng)計(jì)我們會(huì)通過(guò)畫(huà)“正”字來(lái)計(jì)數(shù)，倉(cāng)庫(kù)點(diǎn)貨通常會(huì)使用貼標(biāo)簽的方法。計(jì)數(shù)用的工具也不斷發(fā)展，從最初用繩結(jié)、貝殼、石塊進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)數(shù)到使用可快速運(yùn)算的算盤，再到運(yùn)算能力很強(qiáng)的計(jì)算器，再到處理能力極強(qiáng)的計(jì)算機(jī)，計(jì)數(shù)工具的飛速發(fā)展給人們帶來(lái)了不可估量的價(jià)值。MCS-51單片機(jī)內(nèi)的計(jì)數(shù)器是一種能自動(dòng)記錄數(shù)目的儀器，也是一種計(jì)數(shù)工具，而且這個(gè)計(jì)數(shù)工具是可編程的。也就是說(shuō)，我們可以通過(guò)不同的指令控制它實(shí)現(xiàn)各種計(jì)數(shù)功能。

2)計(jì)數(shù)器的容量

任何計(jì)數(shù)器都有一定的容量限制。例如我們用容量為250mL的杯子來(lái)盛水，那么這個(gè)杯子就只能盛250mL的水。MCS-51單片機(jī)中的計(jì)數(shù)器也有容量，其容量有多大呢？MCS-51單片機(jī)中的計(jì)數(shù)器是16位的，因此最大計(jì)數(shù)容量為216(65536)。

3)溢出

我們用杯子接水時(shí)，最后總會(huì)有一滴水使杯中的水裝滿到極限，這時(shí)如果再有一滴水落下，水就會(huì)滿出來(lái)，用術(shù)語(yǔ)來(lái)講就是“溢出”。MCS-51單片機(jī)中的計(jì)數(shù)器也會(huì)產(chǎn)生溢出現(xiàn)象。MCS-51單片機(jī)中的計(jì)數(shù)器是加1計(jì)數(shù)器，當(dāng)其累加到最大計(jì)數(shù)容量時(shí)，再加1一次就會(huì)溢出，同時(shí)產(chǎn)生溢出標(biāo)志(TF0或TF1變?yōu)椤?”)。

4)定時(shí)概念的引入

MCS-51單片機(jī)中的計(jì)數(shù)器除了可以用于計(jì)數(shù)外，還可以用于定時(shí)，為什么呢？下面我們來(lái)仔細(xì)看看日常用的時(shí)鐘(指針式)的工作原理。時(shí)鐘的秒針每走動(dòng)一次的時(shí)間定為1秒，走動(dòng)60次則為1分鐘，走動(dòng)3600次則為1小時(shí)。反過(guò)來(lái)，我們預(yù)先規(guī)定秒針走動(dòng)的次數(shù)，例如3600次，當(dāng)秒針走完了規(guī)定的次數(shù)我們就知道時(shí)間過(guò)了1小時(shí)，這就是時(shí)鐘的定時(shí)原理。MCS-51單片機(jī)的計(jì)數(shù)器的最大計(jì)數(shù)容量為65?536，如果每1微秒(1秒=106微秒)計(jì)數(shù)一次，則當(dāng)計(jì)數(shù)器從“0”計(jì)數(shù)到“65535”時(shí)，總共計(jì)數(shù)了65536次，需要65536微秒，所以可以用于實(shí)現(xiàn)65536微秒的定時(shí)。所以，MCS-51單片機(jī)將定時(shí)器和計(jì)數(shù)器合二為一，計(jì)數(shù)器記錄的是外界發(fā)生的事情，而定時(shí)器則由單片機(jī)提供一個(gè)非常穩(wěn)定的時(shí)鐘源。

要點(diǎn)：書(shū)看到這里，讀者可能會(huì)問(wèn)，前面不是已經(jīng)介紹了用軟件延時(shí)的方法嗎？現(xiàn)在又用定時(shí)器來(lái)定時(shí)，它們有什么區(qū)別呢？它們最大的區(qū)別就在于：首先，采用軟件延時(shí)占用CPU的時(shí)間，而采用定時(shí)器定時(shí)可以不占用CPU的時(shí)間；其次采用定時(shí)器定時(shí)比采用軟件延時(shí)精度高，修改更方便。

2．定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)

我們剛剛認(rèn)識(shí)了MCS-51單片機(jī)中的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的用途，那么怎樣才能讓它們?yōu)槲覀児ぷ髂?？為了解決這個(gè)問(wèn)題，下面先來(lái)看看MCS-51單片機(jī)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)。MCS-51單片機(jī)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)框圖如圖4-1所示。圖4-1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)框圖

MCS-51單片機(jī)內(nèi)部設(shè)置了兩個(gè)16位可編程的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1，它們具有定時(shí)和計(jì)數(shù)兩種工作模式以及0～3四種工作方式，用戶可通過(guò)軟件對(duì)相應(yīng)的控制寄存器TCON和TMOD編程來(lái)選擇合適的工作模式和工作方式。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0由TL0、TH0構(gòu)成，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1由TL1、TH1構(gòu)成。TCON和TMOD都是特殊功能寄存器，系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，寄存器的所有位都被清零。

1)計(jì)數(shù)功能

所謂計(jì)數(shù)功能，就是單片機(jī)對(duì)外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)的功能。外部事件的產(chǎn)生是以脈沖的形式輸入單片機(jī)的，因此計(jì)數(shù)功能的實(shí)質(zhì)就是對(duì)外部脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。對(duì)MCS-51單片機(jī)來(lái)說(shuō)，有T0(P3.4)和T1(P3.5)兩個(gè)信號(hào)引腳，分別是兩個(gè)計(jì)數(shù)器的輸入端，外部每輸入1個(gè)脈沖(負(fù)跳變時(shí)有效)，內(nèi)部的計(jì)數(shù)器加1計(jì)數(shù)一次。

2)定時(shí)功能

定時(shí)功能也是通過(guò)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，只不過(guò)這次的計(jì)數(shù)脈沖不是外部的脈沖，而是來(lái)自單片機(jī)內(nèi)部，每個(gè)機(jī)器周期計(jì)數(shù)器加1計(jì)數(shù)一次。因?yàn)橐粋€(gè)機(jī)器周期等于12個(gè)振蕩周期，即計(jì)數(shù)頻率為振蕩頻率的1/12，所以如果單片機(jī)采用12MHz的晶振，則機(jī)器周期為1μs，計(jì)數(shù)頻率為1?MHz，也就是每微秒計(jì)數(shù)器加1計(jì)數(shù)一次。這樣就可以很方便地根據(jù)計(jì)數(shù)次數(shù)計(jì)算出定時(shí)時(shí)間，也可以倒過(guò)來(lái)根據(jù)定時(shí)時(shí)間要求計(jì)算出計(jì)數(shù)器的初始值。

注意：?jiǎn)纹瑱C(jī)系統(tǒng)選用的晶振不同，工作的機(jī)器周期就不同。

3)工作方式寄存器TMOD

在單片機(jī)中有兩個(gè)特殊功能寄存器與定時(shí)/計(jì)數(shù)有關(guān)，即TMOD和TCON。TMOD和TCON是寄存器的名稱，我們?cè)诰幊虝r(shí)既可以直接用這個(gè)名稱來(lái)指定它們，也可以直接用它們的地址89H和88H來(lái)指定它們。下面我們先來(lái)認(rèn)識(shí)一下TMOD。TMOD用于控制T0和T1的工作模式和工作方式，其格式如圖

4-2所示，它的高4位用于控制T1，低4位用于控制T0。圖4-2TMOD寄存器的格式圖4-3所示為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器在工作方式0的邏輯結(jié)構(gòu)框圖，圖中X為0或1。TMOD各位的功能說(shuō)明如下：

(1)?GATE——選通控制位(門控位)。當(dāng)設(shè)置GATE=0時(shí)，只要用軟件對(duì)TR0(或TR1)置“1”就可以啟動(dòng)定時(shí)器；當(dāng)設(shè)置GATE=1時(shí)，只有(或)引腳為“1”，且用軟件對(duì)TR0(或TR1)置“1”才可啟動(dòng)定時(shí)器工作。

(2)

——定時(shí)工作方式/計(jì)數(shù)工作方式選擇位。

當(dāng)設(shè)置時(shí)，設(shè)置為定時(shí)工作方式；當(dāng)設(shè)置

時(shí)，設(shè)置為計(jì)數(shù)工作方式。圖4-3定時(shí)器/計(jì)數(shù)器在工作方式0的邏輯結(jié)構(gòu)框圖

(3)?M1、M0——工作方式控制位。M1、M0用于設(shè)置定時(shí)器的工作方式，具體設(shè)置如表4-1所示。要點(diǎn)：TMOD不能進(jìn)行位尋址，只能用字節(jié)方式設(shè)置工作方式。當(dāng)只需改變某一個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器時(shí)，應(yīng)采用適當(dāng)?shù)姆绞椒乐箤?duì)另一個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作方式的改變。比如，我們只需改變T0的工作方式為用方式1計(jì)數(shù)時(shí)，可以先采用邏輯與屏蔽要改變的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，再采用邏輯或設(shè)置新的工作方式。具體指令為“ANLTMOD,#0F0H”和“ORLTMOD,#05H”。

4)控制寄存器TCON

TCON用于控制定時(shí)器的啟動(dòng)、停止，以及指示定時(shí)器的溢出和中斷情況。其格式如圖4-4所示。圖4-4TCON寄存器的格式從圖4-4中我們可以看出，TCON也被分成兩部分，高4位用作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，低4位則用于中斷。各位的定義如下：

(1)?TF1——定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1的溢出標(biāo)志位。當(dāng)T1被啟動(dòng)計(jì)數(shù)后，T1從初始值開(kāi)始加“1”計(jì)數(shù)，最高位產(chǎn)生溢出時(shí)，置TF1為“1”，并向CPU提出中斷請(qǐng)求。當(dāng)CPU響應(yīng)時(shí)，由硬件清零。TF1也可以由程序查詢或清零。

(2)?TR1——定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1的運(yùn)行控制位。該位由軟件置位和復(fù)位。當(dāng)設(shè)置GATE?=0?(TMOD的D3位)?時(shí)，TR1為“1”表示啟動(dòng)計(jì)數(shù)，TR1為“0”表示停止計(jì)數(shù)；當(dāng)設(shè)置GATE=1時(shí)，只有當(dāng)TR1為“1”且(P3.3引腳)為高電平時(shí)才可啟動(dòng)計(jì)數(shù)，若TR1為“0”或?yàn)榈碗娖?，則停止計(jì)數(shù)。

(3)?TF0——定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0的溢出標(biāo)志位。TF0的意義和使用方法同TF1類似。

(4)?TR0——定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0的運(yùn)行控制位。該位由軟件置位和復(fù)位。TR0的意義和使用方法同TR1類似。要點(diǎn)：TCON可以進(jìn)行位尋址，其各位對(duì)應(yīng)的位地址為88H～8FH?(D0～D7)，所以對(duì)于定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的運(yùn)行控制位，我們可以用指令SETB來(lái)置位以啟動(dòng)計(jì)數(shù)器/定時(shí)器計(jì)數(shù)，用指令CLR來(lái)停止定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)，一切盡在自己的掌握中。

3．定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的初始值

從前面“定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的認(rèn)識(shí)”部分已經(jīng)看到這樣一種現(xiàn)象，我們有時(shí)需要定時(shí)器/計(jì)數(shù)器從某一個(gè)初始值開(kāi)始計(jì)數(shù)，以實(shí)現(xiàn)最終的定時(shí)時(shí)間或計(jì)數(shù)的需求。那么，怎樣才能設(shè)置好定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的初始值呢？一般采用的方法如下：

(1)定時(shí)模式：初始值?=?最大值－定時(shí)時(shí)間/Tcy(Tcy為機(jī)器周期)。

(2)計(jì)數(shù)模式：初始值?=?最大值－計(jì)數(shù)值。

然后將初始值裝入相應(yīng)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的寄存器中。例如，設(shè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0為8位加1計(jì)數(shù)器，要求每隔100μs時(shí)間，發(fā)一次中斷請(qǐng)求(設(shè)機(jī)器周期為2μs)，選定時(shí)功能，計(jì)數(shù)初值為28-100/2?=?206。

又如，設(shè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0為8位加1計(jì)數(shù)器，要求檢測(cè)到150個(gè)脈沖時(shí)，發(fā)一次中斷請(qǐng)求?(設(shè)機(jī)器周期為1μs)，選計(jì)數(shù)功能，計(jì)數(shù)初值為28-150=106。

4．定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的四種工作方式

如上所述，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式是由TMOD的M1、M0兩位來(lái)控制的，而定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的每種工作方式都各有特點(diǎn)。下面就對(duì)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器四種工作方式的具體工作情況進(jìn)行詳細(xì)介紹。由于T0和T1的結(jié)構(gòu)完全一樣，因此以下的應(yīng)用同樣適合于T0(方式3除外)。

1)工作方式0

(1)基本結(jié)構(gòu)。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1在工作方式0的邏輯結(jié)構(gòu)圖如圖4-5所示，這種工作方式稱為13位定時(shí)/計(jì)數(shù)方式。在該方式下，TL1的低5位和TH1的8位構(gòu)成13位的計(jì)數(shù)器，此時(shí)TL1的高3位未用。當(dāng)TL1的低5位計(jì)滿時(shí)，向TH1進(jìn)位；當(dāng)TH1溢出后，對(duì)中斷標(biāo)志TF1置“1”，同時(shí)向CPU提出中斷請(qǐng)求。T1是否溢出也可以通過(guò)軟件查詢TF1是否為“1”來(lái)判斷。我們通過(guò)圖4-5來(lái)仔細(xì)分析一下T1工作在方式0下的具體情況。

前面說(shuō)過(guò)，是定時(shí)/計(jì)數(shù)工作方式選擇位，當(dāng)為0時(shí)用作定時(shí)器，當(dāng)為1時(shí)用作計(jì)數(shù)器。選擇好工作模式后，定時(shí)/計(jì)數(shù)脈沖是否能到達(dá)計(jì)數(shù)器端，還需通過(guò)控制端這個(gè)開(kāi)關(guān)，顯然這個(gè)開(kāi)關(guān)不合上，計(jì)數(shù)脈沖就沒(méi)法過(guò)去，而要使這個(gè)開(kāi)關(guān)接通，只有如下兩種情況。圖4-5定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1在工作方式0的邏輯結(jié)構(gòu)圖①當(dāng)GATE=0時(shí)，GATE信號(hào)經(jīng)過(guò)非門后是1，與信號(hào)經(jīng)過(guò)或門后在輸出端(A)總是1，此時(shí)A的狀態(tài)與的狀態(tài)無(wú)關(guān)，A再和TR1的信號(hào)進(jìn)行邏輯與。根據(jù)邏輯與的規(guī)則可知，此時(shí)只要TR1=1，與門的輸出端(B)即為1，開(kāi)關(guān)閉合，計(jì)數(shù)脈沖得以暢通無(wú)阻；如果TR1=0，則開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，計(jì)數(shù)脈沖無(wú)法通過(guò)。因此，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器是否工作只取決于TR1。②當(dāng)GATE=1時(shí)，GATE信號(hào)經(jīng)過(guò)非門后是0，與信號(hào)邏輯或，此時(shí)輸出端(A)信號(hào)就取決于，A再和TR1的信號(hào)進(jìn)行邏輯與。根據(jù)邏輯與的規(guī)則可知，此時(shí)只有TR1=1，為高電平時(shí)，與門的輸出端(B)才為1，開(kāi)關(guān)閉合，計(jì)數(shù)脈沖得以暢通無(wú)阻，否則開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，計(jì)數(shù)脈沖無(wú)法通過(guò)。這個(gè)特性可以用來(lái)測(cè)量一個(gè)信號(hào)的高電平的寬度。例如定時(shí)器用于測(cè)量接于引腳輸入的正脈沖寬度，即當(dāng)引腳由低電平變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，啟動(dòng)T1開(kāi)始計(jì)數(shù)，一旦引腳變?yōu)榈碗娖骄完P(guān)閉T1，此時(shí)T1計(jì)數(shù)前后的差值就是引腳輸入的正脈沖的寬度。要點(diǎn)：一個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器同一時(shí)刻要么用作定時(shí)器，要么用作計(jì)數(shù)器，定時(shí)和計(jì)數(shù)是不可能由一個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器在同一時(shí)刻實(shí)現(xiàn)的。

(2)計(jì)算初始值。

最大計(jì)數(shù)值為：213?=?8192。

定時(shí)時(shí)間：T=?(213－?T1的初值)?×?Tcy。

計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)：S?=?213－T1的初值。

(3)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的初始化編程。

①向TMOD寄存器中寫(xiě)入工作方式控制字。

②向定時(shí)器/計(jì)數(shù)器TH0、TL0(或TH1、TL1)裝入初值。

③啟動(dòng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(置位TR0/TR1)。

④如果采用中斷方式，則置位ET0(ET1)、EA、IP等中斷寄存器。

(4)定時(shí)設(shè)計(jì)：已知單片機(jī)晶振頻率為6MHz，利用T1的方式0在P1.0引腳輸出周期為500μs的方波。

設(shè)計(jì)思路：

①實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求之前一定要看清楚要求，這里晶振頻率采用6MHz，機(jī)器周期則為1μs，要輸出周期為500μs的方波，方波波形如圖4-6所示。實(shí)際是250μs高電平、

250μs低電平的周期波形，所以可以利用定時(shí)器T1定時(shí)

250μs，每次定時(shí)時(shí)間到，P1.0輸出信號(hào)反轉(zhuǎn)一次。圖4-6方波波形圖注意：雖然定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1啟動(dòng)后是自動(dòng)計(jì)數(shù)的，但它什么時(shí)候計(jì)數(shù)溢出CPU并不知道，所以要通過(guò)不斷地查詢定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1的溢出標(biāo)志TF1，看其是否為高電平。若為高電平，則說(shuō)明定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1溢出，即定時(shí)時(shí)間到了。②?TMOD初始化：

TMOD=00H，MOV TMOD,#00H

工作方式0的控制字如圖4-7所示。圖4-7工作方式0的控制字③計(jì)數(shù)初值。

工作方式0的初始值如圖4-8所示。圖4-8工作方式0的初始值所以，TH1=0FCH，TL1=03H。④?TCON初始化：

TR1=1，SETB TR1

仿真圖如圖4-9所示。

流程圖如圖4-10所示。圖4-9定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作方式的仿真圖圖4-10工作方式0的流程圖程序設(shè)計(jì)所需指令表如表4-2所示。若在MedWin軟件中單步仿真調(diào)試，則可以在“端口”窗口中觀察到P1.0口隨著程序的單步運(yùn)行每500μs閃爍一次?(這次所使用的調(diào)試方法僅用前面介紹的方法是不夠的)，稍后會(huì)介紹；若在Proteus軟件中運(yùn)行，則可直觀用仿真示波器觀察P1.0輸出的波形。

MedWin仿真過(guò)程如下：

①在MedWin中編輯好下面這段程序，然后選擇“項(xiàng)目管理”/“編譯匯編”編譯代碼，若沒(méi)有語(yǔ)法錯(cuò)誤，則選擇“調(diào)試”/“開(kāi)始調(diào)試”進(jìn)行調(diào)試。

②為觀察數(shù)據(jù)方便，讀者可以選擇“外圍部件”/“端口”，打開(kāi)“端口”窗口。端口中的數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式為：P0～P3口的數(shù)據(jù)為“1”，則有亮色標(biāo)識(shí)；P0～P3口的數(shù)據(jù)為“0”，則為灰色。③為觀察程序運(yùn)行每一步的結(jié)果，讀者可以選擇“調(diào)試”/“單步”，使程序單步運(yùn)行。若調(diào)試定時(shí)器，則不能只用F8等待它的溢出，因?yàn)楹茈y捕捉到溢出的時(shí)刻。這樣我們就很難觀察，那么我們?cè)趺崔k呢？選擇“外圍部件”/“中斷”，打開(kāi)“中斷”窗口，選擇定時(shí)器T1(Timer1)行，窗口最下端會(huì)顯示一些可編程的標(biāo)志位。這些標(biāo)志位我們以后再理會(huì)，現(xiàn)在先找到TF1，用鼠標(biāo)單擊它旁邊的復(fù)選框，打鉤則“溢出”，不打鉤則“未溢出”。這樣我們就可以很方便地調(diào)試了。

④調(diào)試成功后，可產(chǎn)生代碼，將代碼下載到實(shí)驗(yàn)板LJ_2，觀察效果。要點(diǎn)：方式0在使用時(shí)一般都要重裝初始值，因?yàn)橛?jì)數(shù)器在每次溢出時(shí)回到0重新開(kāi)始計(jì)數(shù)。為了使每次定時(shí)時(shí)間一樣，我們必須在每次計(jì)數(shù)器溢出后重裝初始值。這個(gè)道理和用250mL的杯子取1?L水是一樣的。每次裝滿250mL水時(shí)，我們倒空杯子后再接水，如果只要800mL水，且每次取水的量是一樣的，每次杯子都裝滿，那么可以采用每次取

200mL分4次取的方法，這樣我們就要保證在每次取水前杯子里已經(jīng)有50mL的水。

(5)脈沖寬度測(cè)量設(shè)計(jì)。利用T1的門控位GATE測(cè)量引腳上出現(xiàn)的脈沖寬度。

設(shè)計(jì)思路：利用門控位測(cè)量脈沖寬度的方法在基本結(jié)構(gòu)中已做了詳細(xì)的闡述，這里以實(shí)際的例子來(lái)加以說(shuō)明。上述要求的實(shí)現(xiàn)可以采用T1定時(shí)方式工作，由外部脈沖通過(guò)控制計(jì)數(shù)器控制開(kāi)關(guān)，每次開(kāi)關(guān)通過(guò)計(jì)數(shù)器的脈沖信號(hào)是一定的，計(jì)數(shù)值乘以機(jī)器周期就是脈沖寬度。當(dāng)出現(xiàn)高電平時(shí)開(kāi)始計(jì)數(shù)，當(dāng)為低電平時(shí)停止計(jì)數(shù)，讀出T1的值。要點(diǎn)：由于方式0的最大值為213(8192)，所以可以測(cè)量的脈沖寬度最寬不能超過(guò)它的最大值。

思考：讀者可以自己練習(xí)利用T1的方式0在P1.0輸出周期為1ms的方波。

2)工作方式1

(1)基本結(jié)構(gòu)。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1在工作方式1的邏輯結(jié)構(gòu)圖如圖4-11所示，這種工作方式稱為16位定時(shí)/計(jì)數(shù)方式。在該方式下，TL1的8位和TH1的8位構(gòu)成16位的計(jì)數(shù)器，其他特性與工作方式0相同。圖4-11定時(shí)器/計(jì)數(shù)器在工作方式1的邏輯結(jié)構(gòu)框圖

(2)計(jì)算初始值。

最大計(jì)數(shù)值：216??=65536。

定時(shí)時(shí)間：T?=?(216－?T1的初值)?×?Tcy。

計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)：S?=?216－?T1的初值。

(3)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的初始化編程和工作方式0的一樣。

(4)設(shè)計(jì)要求：已知單片機(jī)晶振頻率為6MHz，利用T1的方式1在P1.0引腳輸出周期為500μs的方波。設(shè)計(jì)思路：

①方波波形和工作方式0中的舉例一樣。

②如圖4-12所示，TMOD初始化：

TMOD=10H，MOV TMOD,#10H圖4-12工作方式1的控制字③計(jì)數(shù)初值：

所以，TH1=0FFH，TL1=83H。

④TCON初始化：

TR1=1，SETB TR1

仿真圖如圖4-9所示，流程圖如圖4-13所示，程序設(shè)計(jì)所需指令表和工作方式0的一樣。圖4-13工作方式1的流程圖

3)工作方式2

(1)基本結(jié)構(gòu)。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1在工作方式2的邏輯結(jié)構(gòu)圖如圖4-14所示。這種工作方式將16位計(jì)數(shù)器拆成兩個(gè)8位計(jì)數(shù)器，TL1用作8位計(jì)數(shù)器，TH1用來(lái)保存初始值。每當(dāng)TL1計(jì)數(shù)溢出時(shí)，TH1會(huì)自動(dòng)將初始值裝入到TL1，繼續(xù)計(jì)數(shù)，如此循環(huán)工作。其他特性與工作方式0的相同。圖4-14定時(shí)器/計(jì)數(shù)器在工作方式2的邏輯結(jié)構(gòu)圖

(2)計(jì)算初始值。

最大計(jì)數(shù)值：28?=?256。

定時(shí)時(shí)間：T?=?(28－T1的初值)?×?Tcy。

計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)：S?=?28－T1的初值。

(3)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的初始化編程和工作方式0的一樣。

(4)設(shè)計(jì)要求：已知單片機(jī)晶振頻率為6MHz，利用T1的方式2在P1.0引腳輸出周期為500μs的方波。設(shè)計(jì)思路：

①方波波形和工作方式0中的舉例一樣。

②如圖4-15所示，TMOD初始化：

TMOD=20H，MOV TMOD,#20H圖4-15工作方式2控制字計(jì)數(shù)初值：

所以，TH1?=?83H，TL1?=?83H。

TCON初始化：

TR1

=

1，SETB TR1

仿真圖如圖4-9所示，流程圖如圖4-16所示，程序設(shè)計(jì)所需指令表與工作方式0的一樣。圖4-16工作方式2的流程圖參考程序代碼如下：

;***********************************

;文件名：EX4_3.asm功能：定時(shí)器在工作方式2實(shí)現(xiàn)周期為500μs的方波

;說(shuō)明：P1.0輸出

;***********************************

MedWin仿真過(guò)程和工作方式0的一樣。

要點(diǎn)：工作方式2與前兩種工作方式的區(qū)別就在于它有自動(dòng)重裝初始值的功能。這其實(shí)有點(diǎn)像生產(chǎn)流水線上，你在組裝線的最后一崗，每次流水線上送來(lái)的都是已經(jīng)組裝好的半成品，加上你這道工序就成成品了，成品送走后，流水線上又會(huì)自動(dòng)送來(lái)新的半成品。你每次工作的基礎(chǔ)都是一樣的，而每次你完成工作后，成品就送走了。當(dāng)然，送到你這里的半成品其實(shí)也是由其他工友完成的。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式2每次重裝的內(nèi)容也是程序員事先設(shè)置好的，所以使用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器前，一定要記得設(shè)置計(jì)數(shù)初始值。

4)工作方式3

定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0在工作方式3的邏輯結(jié)構(gòu)圖如圖4-17所示。在這種工作方式之下，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0被拆成2個(gè)獨(dú)立的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。其中，TL0可以用作8位定時(shí)器或計(jì)數(shù)器，而TH0只能用作定時(shí)器。根據(jù)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0在工作方式3的邏輯結(jié)構(gòu)圖，我們可以很清楚地看到TL0還是用原來(lái)的T0的各標(biāo)志位，而TH0則借用T1的各標(biāo)志位。因此，T1在T0工作在方式3時(shí)無(wú)法正常用作定時(shí)器或計(jì)數(shù)器，一般以工作方式2運(yùn)行，并且不占用TR1、TF1等標(biāo)志位。通常這種工作方式用于波特率發(fā)生器，此時(shí)定時(shí)器T1用來(lái)提供一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)，計(jì)數(shù)溢出后只是重新裝入初始值，再開(kāi)始計(jì)數(shù)，所以一般使用工作方式2。圖4-17定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0在工作方式3的邏輯結(jié)構(gòu)圖(a)TL0用作8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；(b)TH0用作8位定時(shí)器；(c)T0工作在方式3，T1工作在方式2的工作示意圖設(shè)計(jì)實(shí)例這里不再重復(fù)敘述了，讀者可以從前面介紹的3種工作方式總結(jié)出來(lái)。

要點(diǎn)：細(xì)心的讀者可能會(huì)發(fā)現(xiàn)，采用定時(shí)器來(lái)延時(shí)對(duì)時(shí)間的控制仍然不夠精確，這是什么原因呢？不是說(shuō)定時(shí)器可以不占用CPU的時(shí)間就能很精確地控制時(shí)間嗎？是的，但是必須利用中斷系統(tǒng)，現(xiàn)在采用的仍然是查詢方式，CPU通過(guò)不斷查詢是否有溢出標(biāo)志來(lái)判斷定時(shí)或計(jì)數(shù)是否符合要求，CPU仍然沒(méi)有徹底解放出來(lái)，所以要真正地提高CPU的效率還要學(xué)會(huì)后面講的MCS-51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)。

【練習(xí)】

項(xiàng)目：簡(jiǎn)易秒表的設(shè)計(jì)。

項(xiàng)目編號(hào)：EX4_4。

任務(wù)要求：在Proteus中設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易秒表電路，編程實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易秒表，時(shí)間在0～9秒循環(huán)顯示，用定時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)1?s延時(shí)。在MedWin集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中編輯/編譯控制程序，并產(chǎn)生代碼，在Porteus平臺(tái)里仿真系統(tǒng)，撰寫(xiě)練習(xí)報(bào)告(格式要求見(jiàn)附錄A)。

1．設(shè)計(jì)思路

電路的設(shè)計(jì)和3.4.2節(jié)中的設(shè)計(jì)一樣，編程實(shí)現(xiàn)效果的思路也和3.4.2節(jié)的差不多，只不過(guò)這次延時(shí)1?s子程序采用定時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，仿真過(guò)程中選用的晶振為12MHz，那么機(jī)器周期就為1?μs。由前面定時(shí)器/計(jì)數(shù)器4種工作方式的介紹可知，采用工作方式1定時(shí)時(shí)間最長(zhǎng)，但也只有216(66536)μs，而1s?=?106μs，怎么辦？我們?cè)傧胂霑r(shí)鐘的設(shè)計(jì)原理，如果我們也讓定時(shí)器像時(shí)鐘指針一樣一圈一圈周而復(fù)始地工作，那么是不是就能實(shí)現(xiàn)呢？所以，我們采用讓定時(shí)器以50?ms定時(shí)溢出一次，當(dāng)定時(shí)器溢出20次時(shí)就表示1s到了。

2．設(shè)計(jì)步驟

(1)設(shè)計(jì)仿真圖如圖4-18所示，流程圖如圖4-19所示。圖4-18簡(jiǎn)易秒表仿真圖圖4-19簡(jiǎn)易秒表的流程圖(a)單個(gè)數(shù)碼管顯示；(b)1s延時(shí)子程序

(2)程序設(shè)計(jì)所需指令表如表4-3所示。

(3參考程序代碼如下：

;***********************************

;文件名：EX4_4.asm功能：定時(shí)器工作方式1實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易秒表

;說(shuō)明：數(shù)碼管接在P2口

;***********************************

ORG 0000H

LJMP MAIN

ORG 0030H

MAIN: MOV SP,#5FH ;置堆棧棧頂

MOV R0,#20

;設(shè)置定時(shí)器的循環(huán)計(jì)數(shù)器的初值

MOV TMOD,#01H

;設(shè)置定時(shí)器T0為定時(shí)模式，工作方式1

MOV TH0,#3CH

;設(shè)置定時(shí)器T0的定時(shí)初值

MOV TL0,#0B0H

CLR A

;累加器清零

MOV30H,A

;表格偏移量清零

MOVDPTR,#TAB

;置表格首地址給DPTR注意：這里定時(shí)器T0用查詢方式進(jìn)行延時(shí)，而通過(guò)學(xué)習(xí)后面的內(nèi)容會(huì)發(fā)現(xiàn)用中斷方式進(jìn)行延時(shí)就不存在調(diào)用子程序，這是為什么呢？

思考：若需要數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)顯示，則應(yīng)怎樣修改程序呢？4.2簡(jiǎn)易計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)

【練習(xí)】項(xiàng)目：簡(jiǎn)易計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)。項(xiàng)目編號(hào)：EX4_5。任務(wù)要求：在Proteus中設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易計(jì)數(shù)器電路，編程實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器T0每輸入一次，數(shù)碼管顯示值在當(dāng)前的基礎(chǔ)上加1一次，數(shù)值以0～9循環(huán)顯示。在MedWin集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中編輯/編譯控制程序，并產(chǎn)生代碼，在Porteus平臺(tái)里仿真系統(tǒng)，撰寫(xiě)練習(xí)報(bào)告(格式要求見(jiàn)附錄A)。

1．設(shè)計(jì)思路

利用T0的計(jì)數(shù)器功能將一個(gè)按鍵連接在T0引腳上，按鍵每按一次，就要使數(shù)碼管顯示值加1一次。如果利用T0作為普通的I/O，則可以利