第6章 MCS-51單片機(jī)的定時(shí)

第六章MCS-51單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器

6.1定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)和工作原理6.2定時(shí)/計(jì)數(shù)器的控制寄存器6.3定時(shí)/計(jì)數(shù)器的方式6.4定時(shí)/計(jì)數(shù)器的應(yīng)用6.1定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)和工作原理

圖6-1單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)框圖

MCS-51單片機(jī)的兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器都屬于增1計(jì)數(shù)器，具有定時(shí)和計(jì)數(shù)功能。1．計(jì)數(shù)功能。定時(shí)/計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)是指對外部事件計(jì)數(shù)。外部事件以脈沖信號的形式來表示，計(jì)數(shù)的實(shí)質(zhì)是對脈沖信號進(jìn)行計(jì)數(shù)。外部事件脈沖信號通過引腳T0（P3.4）或T1(P3.5)輸入給單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，負(fù)跳變有效。在收到有效的負(fù)跳變信號后，定時(shí)/計(jì)數(shù)器在初值基礎(chǔ)上進(jìn)行加1操作。單片機(jī)復(fù)位后計(jì)數(shù)器的初值為0，可通過指令給計(jì)數(shù)器裝入一個(gè)新的初值。2．定時(shí)功能。定時(shí)/計(jì)數(shù)器的定時(shí)功能也是通過計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作在定時(shí)方式下時(shí)，將對單片機(jī)內(nèi)部的時(shí)鐘振蕩器信號經(jīng)片內(nèi)12分頻后的內(nèi)部脈沖信號計(jì)數(shù)。由于一個(gè)機(jī)器周期等于12個(gè)振蕩周期，因此，在定時(shí)方式下，定時(shí)/計(jì)數(shù)器對內(nèi)部機(jī)機(jī)器周期脈沖計(jì)數(shù)，由于時(shí)鐘頻率是定值，，所以可根據(jù)計(jì)數(shù)值計(jì)算出定時(shí)時(shí)間。6.2定時(shí)/計(jì)數(shù)器的控制寄存器

1．方式控制寄存器TMODTMOD是一個(gè)8位的特殊功能寄存器，字節(jié)地址為89H，不可位尋址，其低4位用于定時(shí)/計(jì)數(shù)器0，高4位用于定時(shí)/計(jì)數(shù)器1，其格式如圖6-2所示，各位定義如下：D7D6D5D4D3D2D1D0TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT02．定時(shí)/計(jì)數(shù)器控制寄存器TCONTCON也是一個(gè)8位的特殊功能寄存器，字節(jié)地址為88H，可位尋址，其格式如圖6-3所示。在第5章中介紹了與外部中斷有關(guān)的低4位，在此只介紹與定時(shí)/計(jì)數(shù)器有關(guān)的高4位。6.3定時(shí)/計(jì)數(shù)器的方式6.3.1方式0

當(dāng)M1M0為00時(shí)，定時(shí)器計(jì)數(shù)器被設(shè)置為方式0，是一個(gè)13位的計(jì)數(shù)器，16位的寄存器（TH0、TL0、TH1、TL1）只用了TH0（TH1）8位和TL0（TL1）的低5位，TL0（TL1）的高3位不用。當(dāng)TL0（TL1）計(jì)數(shù)溢出時(shí)則向TH0（TH1）溢出，TH0（TH1）計(jì)數(shù)溢出則把TCON中的溢出標(biāo)志位TF0（TF1）置1。在方式0下，定時(shí)/計(jì)數(shù)器0和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1的邏輯結(jié)構(gòu)和操作是完全相同的，下面以定時(shí)/計(jì)數(shù)器1為例說明其操作方法，其邏輯結(jié)構(gòu)如圖6-4所示。圖6-4定時(shí)/計(jì)數(shù)器方式0邏輯結(jié)構(gòu)圖對一次溢出而言，其定時(shí)時(shí)間為：（213－定時(shí)/計(jì)數(shù)器初值）×機(jī)器周期或（213－定時(shí)/計(jì)數(shù)器初值）×12/fosc最小定時(shí)時(shí)間為：[213－（213－1）]×12/fosc最長定時(shí)時(shí)間為：（213－0）×12/fosc當(dāng)=1時(shí)，多路開關(guān)打在下面，連接T1引腳，此時(shí)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器1工作在計(jì)數(shù)模數(shù)，對外部輸入脈動沖計(jì)數(shù)。對一次溢出而言，其計(jì)數(shù)值范圍為：1～213（8192）。6.3.2方式1

當(dāng)M1M0為01時(shí),定時(shí)/計(jì)數(shù)器被設(shè)置為方式1。在方式1下，定時(shí)/計(jì)數(shù)器0和定時(shí)/計(jì)數(shù)器1的邏輯結(jié)構(gòu)和操作是完全相同。兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器都是16位計(jì)數(shù)器，由TH0（TH1）8位和TL0（TL1）8位構(gòu)成，工作原理和工作過程與方式0時(shí)完全相同，在此不再贅述。

對一次溢出而言，其定時(shí)時(shí)間為：

（216－定時(shí)/計(jì)數(shù)器初值）×機(jī)器周期或（216－定時(shí)/計(jì)數(shù)器初值）×12/fosc則最小定時(shí)時(shí)間為：[216－（216－1）]×12/fosc最長定時(shí)時(shí)間為：（216－0）×12/fosc計(jì)數(shù)值范圍為：1～216（65536）6.3.3方式2

當(dāng)M1M0為10時(shí)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器被設(shè)置為方式2。在方式2下，定時(shí)/計(jì)數(shù)器1和定時(shí)/計(jì)數(shù)器0的邏輯結(jié)構(gòu)和操作完全相同，均為可重置初值的8位計(jì)數(shù)器，以定時(shí)/計(jì)數(shù)器1為例，其邏輯結(jié)構(gòu)如圖6—5所示。圖6-5定時(shí)/計(jì)數(shù)器方式0邏輯結(jié)構(gòu)圖

在方式2下，以TL1（TL0）作為8位計(jì)數(shù)器，以TH1（TH0）作為預(yù)置寄存器，用來保存初值。當(dāng)TL1（TL0）計(jì)數(shù)滿溢出時(shí)，硬件在將溢出標(biāo)志位TF1置1的同時(shí)，還自動將TH1（TH0）保存的初值送入TL1（TL0）中，使定時(shí)/計(jì)數(shù)器又開始新一輪的計(jì)數(shù)。

對一次溢出而言，其定時(shí)時(shí)間為：（28－定時(shí)/計(jì)數(shù)器初值）×機(jī)器周期或（28－定時(shí)/計(jì)數(shù)器初值）×12/fosc則最小定時(shí)時(shí)間為：[28－（28－1）]×12/fosc最長定時(shí)時(shí)間為：（28－0）×12/fosc計(jì)數(shù)值范圍為：1～28（256）6.3.4方式3

在方式3下，定時(shí)/計(jì)數(shù)器1和定時(shí)/計(jì)數(shù)器0的設(shè)置和使用是不同的。方式3只適用于定時(shí)/計(jì)數(shù)器0，定時(shí)/計(jì)數(shù)器1不能工作在方式3下。當(dāng)將定時(shí)/計(jì)數(shù)器1設(shè)置為方式3時(shí)相當(dāng)于使TR1=0，它將停止工作。1．方式3下的定時(shí)/計(jì)數(shù)器0圖6-6定時(shí)/計(jì)數(shù)器0方式3邏輯結(jié)構(gòu)圖2．方式3下的定時(shí)/計(jì)數(shù)器1

當(dāng)將定時(shí)/計(jì)數(shù)器1設(shè)為方式3時(shí)，它將停止工作。在定時(shí)/計(jì)數(shù)器0工作在方式3時(shí)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器1仍可工作在方式0～2，但是由于`TR1、TF1均由定時(shí)/計(jì)數(shù)器0使用，定時(shí)/計(jì)數(shù)器`1一般作為串行口的波特率發(fā)生器使用。在實(shí)際使用中，常把定時(shí)/計(jì)數(shù)器1設(shè)置為方式2作為串行口的波特率發(fā)生器來用。邏輯結(jié)構(gòu)如圖6-7所示。

圖6-7定時(shí)/計(jì)數(shù)器0方式3時(shí)定時(shí)/計(jì)數(shù)器1的工作邏輯結(jié)構(gòu)圖。

圖6-7定時(shí)/計(jì)數(shù)器0方式3時(shí)定時(shí)/計(jì)數(shù)器1的工作邏輯結(jié)構(gòu)圖6.4定時(shí)/計(jì)數(shù)器的應(yīng)用6.4.1方式0的應(yīng)用

例6.1選用定時(shí)/計(jì)數(shù)器1方式0產(chǎn)生500μs定時(shí)，在P1.1引腳上輸出周期為1ms的方波，設(shè)晶振頻率fosc=6MHz。（1）計(jì)算定時(shí)/計(jì)數(shù)器的初值

機(jī)器周期=2μs

設(shè)需要裝入T1的初值為X，則有（213－X）×2=500，可得X=7942D=1000000000010B，低五位送入TL1的低五位，高八位送入TH1，即（TL1）=00110B=06H，（TH1）=11111000B=F8H（2）初始化程序設(shè)計(jì)

根據(jù)題意，對TMOD進(jìn)行始化。GATE=0，用TR1控制定時(shí)器的啟動和停止，=0，設(shè)為定時(shí)工作模式，M1M0=00，設(shè)為方式0，定時(shí)/計(jì)數(shù)器0不用，TMOD低四位置零即可，則（TMOD）=00H（3）程序設(shè)計(jì)程序的實(shí)現(xiàn)可以查用查詢方式或中斷方式。采用查詢方式，參考程序如下：ORG0000H

LJMPMAIN

ORG0300HMAIN：MOVTMOD，#00H；對TMOD初始化

MOVTH1，#0F8H；設(shè)置計(jì)數(shù)初值MOVTL1，#06HMOVIE，#00H；禁止中斷SETBTR1；啟動T1LOOP：JBCTF1，ZCZ；查詢計(jì)數(shù)是否溢出

AJMPLOOPZCZ：CLRTR1；停止T1MOVTL1，#06H；重置計(jì)數(shù)初值MOVTH1，#0F8HCLPP1.1；輸出取反SETBTR1；啟動T1AJMPLOOP；重復(fù)循環(huán)若采用中斷方式，參考程序如下：ORG0000H

LJMPMAINORG001BH；定時(shí)/計(jì)數(shù)器1的中斷服務(wù)程序入地址

AJMPZCZ

ORG0300HMAIN：MOVTMOD，#00H；對TMOD初始化

MOVTH1，#0F8H；設(shè)置計(jì)數(shù)初值MOVTL1，#06HSETBET1；允許T1中斷SETBEA；總中斷允許SETBTR1；啟動T1$：SJMP$；等待中斷ZCZ：CLRTR1；T1中斷服務(wù)子程序，停止T1MOVTL1，#06H；重置計(jì)數(shù)初值MOVTH1，#0F8HCLPP1.1；輸出取反SETBTR1；啟動T1RETI；中斷返回6.4.2方式1的應(yīng)用

方式1是16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，初值的計(jì)算較方式0簡單，應(yīng)用較廣。

例6-2假設(shè)系統(tǒng)時(shí)鐘頻率為12MHz，使用定時(shí)/計(jì)數(shù)器0工作在方式1，在P1.0端輸出周期為20ms的方波。（1）計(jì)算定時(shí)/計(jì)數(shù)器的初值

要輸出周期20ms的方波，只需在P1.0引腳每隔10ms交替輸出高、低電平即可，因此定時(shí)時(shí)間為10ms。機(jī)器周期=1μs。設(shè)計(jì)數(shù)初值為X，則有

（216－X）×1=10000，X=55536D=0D8F0H。

低8位送TL0，高八位送TH0，即（TL0）=0F0H，（TH0）=0D8H。

（2）對TMOD初始化

由題意，GATE=0，=0，M1M0=01，定時(shí)/計(jì)數(shù)器1不用，TMOD高4位置0，則（TMOD）=01H。（3）程序設(shè)計(jì)采用中斷方式實(shí)現(xiàn)，參考程序如下：ORG0000H

LJMPMAINORG000BH；定時(shí)/計(jì)數(shù)器0的中斷服務(wù)程序入地址

LJMPZCZ

ORG0300HMAIN：MOVTMOD，#01H；對TMOD初始化

MOVTH0，#0D8H；設(shè)置計(jì)數(shù)初值MOVTL0，#0F0HSETBET0；允許T0中斷SETBEA；總中斷允許SETBTR0；啟動T0HERE：AJMPHERE；等待中斷ZCZ：CLRTR0；T0中斷服務(wù)子程序，停止T0MOVTL0，#0D8H；重置計(jì)數(shù)初值MOVTH0，#0F0HCLPP1.0；輸出取反SETBTR0；啟動T0RETI；中斷返回6.4.3方式2的應(yīng)用

方式2是可重裝初值的8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，這種方式可以免去用戶在計(jì)數(shù)溢出后用指令重裝初值的麻煩。

例6-3使用定時(shí)/計(jì)數(shù)器1工作在方式2下，對外部信號計(jì)數(shù)，要求每計(jì)滿100個(gè)數(shù)，進(jìn)行累加器加1操作。（1）計(jì)算定時(shí)/計(jì)數(shù)器的初值

設(shè)計(jì)數(shù)初值為X，則（28－X）=100，X=156=9CH。所以，（TL1）=9CH，（TH1）=9CH。（2）對TMOD初始化

由題意，外部信號由T1（P3.5）引腳輸入，每發(fā)生一次負(fù)跳變計(jì)數(shù)器加1，每100個(gè)脈沖，T1溢出產(chǎn)生中斷，在中斷服務(wù)器程序中進(jìn)行累加器加1操作。因此，有：GATE=0，由TR1控制定時(shí)/計(jì)數(shù)器1的運(yùn)行；=1，工作在計(jì)數(shù)模式；M1M0=10，設(shè)為方式2；定時(shí)/計(jì)數(shù)器0不用，低四位任意，但不能使T0工作在方式3，這里低4位全置0，因此（TMOD）=60H。（3）程序設(shè)計(jì)采用中斷方式實(shí)現(xiàn)，參考程序如下：ORG0000H

LJMPMAINORG001BH;定時(shí)/計(jì)數(shù)器1的中斷服務(wù)程序入口地址

INCA

RETI

ORG0300HMAIN：MOVTMOD，#60H；對TMOD初始化

MOVTH0，#9CH；設(shè)置計(jì)數(shù)初值MOVTL0，#9CHSETBET1；允許T1中斷SETBEA；總中斷允許SETBTR1；啟動T1HERE：AJMPHERE；等待中斷END6.4.4方式3的應(yīng)用

例6-4假設(shè)系統(tǒng)晶振頻率為12MHz，定時(shí)/計(jì)數(shù)器1工作在方式2下，已作為波特率發(fā)生器使用?，F(xiàn)要求利用定時(shí)/計(jì)數(shù)器0（P3.4）增加一個(gè)外部中斷源，并控制從P1.0引腳輸出周期為200μs的方波。

分析：由于定時(shí)/計(jì)數(shù)器1用作波特率發(fā)生器，因此，T0應(yīng)工作在方式3。在方式3下，TL0初值設(shè)為0FFH，工作于計(jì)數(shù)模式，當(dāng)T0引腳收到負(fù)跳變信號時(shí)，即產(chǎn)生中斷，TH0控制從P1.0引腳輸出周期200μs方波，即完成100μs定時(shí)。

（1）計(jì)數(shù)初值（TL0）=0FFH，機(jī)器周期=1μs，設(shè)TH0的初值為X，則（28－X）×1=100，X=156D=9CH，（TH0）=9CH。（2）TMOD初始化

定時(shí)/計(jì)數(shù)器1設(shè)為方式2，定時(shí)/計(jì)數(shù)器0設(shè)為方式3，TL0工作于計(jì)數(shù)模式，則（TMOD）=00100111B=27H（3）程序設(shè)計(jì)采用中斷方式實(shí)現(xiàn)，參考程序如下：ORG0000HLJMPMAINORG000BH；TL0的中斷服務(wù)程序入口地址LJMPTL0INTORG001BH；TH0的中斷服務(wù)程序入口地址LJMPTH0INT

ORG0300HMAIN：MOVTMOD，#27H；對TMOD初始化

MOVTH0，#9CH；設(shè)置初值MOVTL0，#0FFHSETBET0；允許TL0中斷SETBET1；允許TH0中斷SETBEA；總中斷允許SETBTR0；啟動TL0HERE：AJMPHERE；等待中斷TH0INT：MOVTL0，#0FFH；重置TH0初值SETBTR1；啟動TH0RETI；中斷返回TH0INT：MOVTH0，#9CH；重置TH0初值CLPP1.0；輸出取反RETI