51單片機(jī)定時(shí)器(考_小題_大題).ppt

1、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器及其應(yīng)用,2,定時(shí)器/計(jì)數(shù)器及其應(yīng)用,定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的應(yīng)用場(chǎng)合: 定時(shí)或延時(shí)控制、對(duì)外部事件的檢測(cè)、計(jì)數(shù)等； MCS-51系列8031、8051單片機(jī)有兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（即T0和T1）； 8032、8052單片機(jī)有3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（即T0、 T1和T2）；,3,定時(shí)器/計(jì)數(shù)器及其應(yīng)用,所謂計(jì)數(shù)器就是對(duì)外部輸入脈沖的計(jì)數(shù)； 所謂定時(shí)器也是對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)完成的，計(jì)數(shù)的是51單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)脈沖，通過(guò)計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)實(shí)現(xiàn)定時(shí)。 所以，定時(shí)器和計(jì)數(shù)器本質(zhì)上是一致的，在以后的敘述中將定時(shí)器/計(jì)數(shù)器籠統(tǒng)稱為定時(shí)器。,4,定時(shí)器/計(jì)數(shù)器及其應(yīng)用,5,定時(shí)器的結(jié)構(gòu)及工作原理,6,

2、定時(shí)器的結(jié)構(gòu)及工作原理,組成：兩個(gè)16位的定時(shí)器T0和T1，以及他們的工作方式寄存器TMOD和控制寄存器TCON等組成。內(nèi)部通過(guò)總線與CPU相連。 定時(shí)器T0和T1各由兩個(gè)8位特殊功能寄存器TH0、TL0、TH1、TL1構(gòu)成。 工作方式寄存器TMOD：用于設(shè)置定時(shí)器的工作模式和工作方式； 控制寄存器TCON：用于啟動(dòng)和停止定時(shí)器的計(jì)數(shù)，并控制定時(shí)器的狀態(tài)； 單片機(jī)復(fù)位時(shí)，兩個(gè)寄存器的所有位都被清0。,8051定時(shí)器 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖,7,定時(shí)器的結(jié)構(gòu)及工作原理,兩個(gè)可編程的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1、T0。 每個(gè)定時(shí)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)實(shí)際上就是一個(gè)可編程的加法計(jì)數(shù)器，由編程來(lái)設(shè)置它工作在定時(shí)狀態(tài)還是計(jì)數(shù)狀態(tài)。 兩

3、種工作模式: (1) 計(jì)數(shù)器工作模式 就是對(duì)外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)脈沖來(lái)自相應(yīng)的外部輸入引腳T0（P3.4)或T1(P3.5)。當(dāng)輸入信號(hào)發(fā)生由1至0的負(fù)跳變(下降沿)時(shí)，計(jì)數(shù)器（TH0，TL0或TH1，TL1）的值增1。 (2) 定時(shí)器工作模式 也是通過(guò)計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)的。計(jì)數(shù)脈沖來(lái)自內(nèi)部時(shí)鐘脈沖，每個(gè)機(jī)器周期計(jì)數(shù)值增1，每個(gè)機(jī)器周期=12個(gè)振蕩周期，因此計(jì)數(shù)頻率為振蕩頻率的1/12。所以定時(shí)時(shí)間=計(jì)數(shù)值機(jī)器周期。,8,定時(shí)器的結(jié)構(gòu)及工作原理,當(dāng)控制信號(hào) 定時(shí)器工作在定時(shí)方式；加1計(jì)數(shù)器對(duì)脈沖f進(jìn)行計(jì)數(shù)，每來(lái)一個(gè)脈沖，計(jì)數(shù)器加1，直到計(jì)時(shí)器計(jì)滿溢出； 因?yàn)?，即一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖的周期就是一個(gè)機(jī)器周期；計(jì)

4、數(shù)器計(jì)數(shù)的是機(jī)器周期脈沖個(gè)數(shù)。從而實(shí)現(xiàn)定時(shí)。 當(dāng)控制信號(hào) 定時(shí)器工作在計(jì)數(shù)方式；加1計(jì)數(shù)器對(duì)來(lái)自輸入引腳T0(P3.4)和T1(P3.5)的外信號(hào)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，每來(lái)一個(gè)脈沖，計(jì)數(shù)器加1，直到計(jì)時(shí)器計(jì)滿溢出；,9,控制信號(hào)K可以控制計(jì)數(shù)器的“啟動(dòng)”和“停止”，,10,振蕩周期、時(shí)鐘周期、機(jī)器周期和指令周期,11,定時(shí)器的結(jié)構(gòu)及工作原理,在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2期間采樣檢測(cè)引腳輸入電平。 若前一個(gè)機(jī)器周期采樣值為“1”，后一個(gè)機(jī)器周期采樣值為“0”，則計(jì)數(shù)器加1。 新的計(jì)數(shù)值在檢測(cè)到輸入引腳電平發(fā)生“1”到“0”的負(fù)跳變（下降沿）后，于下一個(gè)機(jī)器周期的S3P1期間裝入計(jì)數(shù)器中。 由于CPU需要兩個(gè)

5、機(jī)器周期來(lái)識(shí)別一個(gè)“1”到“0”的跳變信號(hào)，所以最高的計(jì)數(shù)頻率為振蕩周期的1/24。,12,定時(shí)器的結(jié)構(gòu)及工作原理,定時(shí)/計(jì)數(shù)器對(duì)輸入信號(hào)的要求 外部計(jì)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(hào)的高、低電平至少要分別保持一個(gè)機(jī)器周期。 如圖所示，圖中Tcy為機(jī)器周期。,13,可編程定時(shí)器的工作方式、啟動(dòng)、停止、溢出標(biāo)志、計(jì)數(shù)器等都是可編程的通過(guò)設(shè)置寄存器TMOD,TCON,TH0,TL0,TH1和TL1 實(shí)現(xiàn)。 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)定好的工作方式獨(dú)立工作，不再占用CPU，只有在計(jì)數(shù)器

6、計(jì)滿溢出時(shí)才向CPU申請(qǐng)中斷，占用CPU。 由此可見(jiàn)，定時(shí)器是單片機(jī)中工作效率高且應(yīng)用靈活的部件。,定時(shí)器的結(jié)構(gòu)及工作原理,14,定時(shí)器/計(jì)數(shù)器及其應(yīng)用,定時(shí)器的TMOD和TCON寄存器,15,定時(shí)器的TMOD和TCON寄存器,8051單片機(jī)定時(shí)器主要有幾個(gè)特殊功能寄存器組成：TMOD,TCON,TH0,TL0,TH1,TL1。 TMOD：設(shè)置定時(shí)器的工作方式； TCON：控制定時(shí)器的啟動(dòng)和停止； TH0和TL0 ：存放定時(shí)器T0的初值或計(jì)數(shù)結(jié)果； TH0存放高8位，TL0 存放低8位； TH1和TL1 ：存放定時(shí)器T1的初值或計(jì)數(shù)結(jié)果； TH1存放高8位，TL1 存放低8位；,16,工作方式

7、控制寄存器TMOD,8位分為兩組，高4位控制T1，低4位控制T0。 (1) GATE 門(mén)控位 0: 以TRX (X=0,1) 來(lái)啟動(dòng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器運(yùn)行。 1: 用外中斷引腳 (INT0*或INT1*) 上的高電平和TRX來(lái)啟動(dòng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器運(yùn)行。,(2) M1、M0 工作方式選擇位 M1 M0 工 作 方 式 0 0 方式0，13位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。 0 1方式1，16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。 1 0 方式2，8位常數(shù)自動(dòng)重新裝載 1 1 方式3，僅適用于T0， T0分成兩個(gè)8位計(jì)數(shù)器，T1停止計(jì)數(shù)。,(3) C/T* 計(jì)數(shù)器模式和定時(shí)器模式選擇位 0: 定時(shí)器模式。 1: 計(jì)數(shù)器模式。,(4) TM

8、OD無(wú)位地址，不能位尋址。 (5) 復(fù)位時(shí)，TMOD所有位均為“0”。,17,低4位與外部中斷有關(guān)，高4位的功能如下: (1) TF1、TF0 計(jì)數(shù)溢出標(biāo)志位 定時(shí)器T0或T1計(jì)數(shù)溢出時(shí)，由硬件自動(dòng)將此位置“1”； TFx可以由程序查詢，也是定時(shí)中斷的請(qǐng)求源； (2) TR1、TR0 計(jì)數(shù)運(yùn)行控制位 TRx=1: 啟動(dòng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作 TRx=0: 停止定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作,控制寄存器TCON,18,19,定時(shí)/計(jì)數(shù)器的初始化,51單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器是可編程的，但在進(jìn)行定時(shí)或計(jì)數(shù)之前要對(duì)程序進(jìn)行初始化，具體步驟如下： （1）對(duì)TMOD賦值，以確定定時(shí)器的工作模式； （2）置定時(shí)/計(jì)數(shù)器初值

9、，直接將初值寫(xiě)入寄存器的TH0、TL0或TH1、TL1； （3）根據(jù)需要，對(duì)IE置初值，開(kāi)放定時(shí)器中斷； （4）對(duì)TCON寄存器中的TR0或TR1置位，啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器，置位以后，計(jì)數(shù)器即按規(guī)定的工作模式和初值進(jìn)行計(jì)數(shù)或開(kāi)始定時(shí)。,20,定時(shí)/計(jì)數(shù)器的初始化,初值計(jì)算： 設(shè)計(jì)數(shù)器的最大值為M，則置入的初值X為： 計(jì)數(shù)方式：X=M-計(jì)數(shù)值 定時(shí)方式：由(M-X)T=定時(shí)值,得X=M-定時(shí)值/T T為計(jì)數(shù)周期，是單片機(jī)的機(jī)器周期。 （模式0: M為213，模式1: M為216，模式2和3: M為28）,例如：機(jī)器周期為1s 時(shí)， 若工作在模式0，則最大定時(shí)值為:2131s =8.192ms 若工作

10、在模式1,則最大定時(shí)值為: 2161s =65.536ms,21,定時(shí)器/計(jì)數(shù)器及其應(yīng)用,定時(shí)器的工作方式,22,定時(shí)器T0有4種工作方式： 即：方式0，方式1，方式2，方式3。 定時(shí)器T1有3種工作方式： 即：方式0，方式1，方式2。,定時(shí)器的工作方式,23,方式0 M1、M0設(shè)置為00 ，為13位計(jì)數(shù)器，以T1為例，其框圖如下:,定時(shí)器的工作方式方式0,計(jì)數(shù)脈沖輸入,加1計(jì)數(shù)器,24,定時(shí)器的工作方式方式0,在這種方式下，16位寄存器TH1和TL1只用13位，由TH1的8位和TL1的低5位組成。TL1的高3位不定。 當(dāng)TL1的低5位計(jì)數(shù)溢出時(shí)，向TH1進(jìn)位。而TH1計(jì)數(shù)溢出時(shí)，則向中斷標(biāo)志

11、位TF1進(jìn)位（即硬件將TF1置1），并請(qǐng)求中斷。 可通過(guò)查詢TF1是否置“1”或考察中斷是否發(fā)生來(lái)判定定時(shí)器T1的操作完成與否。,25,定時(shí)器的工作方式方式0,當(dāng)C/T=0時(shí)，為定時(shí)工作模式，開(kāi)關(guān)接到振蕩器的12分頻器輸出上，計(jì)數(shù)器對(duì)機(jī)器周期脈沖計(jì)數(shù)。其定時(shí)時(shí)間為： (213-初值)振蕩周期12 例如：若晶振頻率為12MHz，則最長(zhǎng)的定時(shí)時(shí)間為(213-0)(1/12)12us=8.191ms 當(dāng)C/T=1時(shí)，為計(jì)數(shù)工作模式，開(kāi)關(guān)與外部引腳T1(P3.5)接通，計(jì)數(shù)器對(duì)來(lái)自外部引腳的輸入脈沖計(jì)數(shù)。當(dāng)外部信號(hào)發(fā)生負(fù)跳變時(shí)計(jì)數(shù)器加1。,26,定時(shí)器的工作方式方式0,GATE控制定時(shí)器Tx(T1或T

12、0)的條件： (1) 當(dāng)GATE=0時(shí)，“或門(mén)”輸出恒為1，“與門(mén)”的輸出信號(hào)K由TRx決定(即此時(shí)K=TRx)，定時(shí)器不受INTx輸入電平的影響，由TRx直接控制定時(shí)器的啟動(dòng)和停止。 TRx=1；計(jì)數(shù)啟動(dòng)； TRx=0；計(jì)數(shù)停止； (2) 當(dāng)GATE=1時(shí)， “與門(mén)”的輸出信號(hào)K由INTx輸入電平和TRx位的狀態(tài)一起決定(即此時(shí)K=TRxINTx)， 當(dāng)且僅當(dāng)TRx=1且INTx=1(高電平)時(shí)，計(jì)數(shù)啟動(dòng)； 否則，計(jì)數(shù)停止。,返回,27,方式1 M1、M0=01，為16位的計(jì)數(shù)器，除位數(shù)外，其他與方式0相同。 其定時(shí)時(shí)間為： (216-初值)振蕩周期12 例如：若晶振頻率為12MHz，則最長(zhǎng)

13、的定時(shí)時(shí)間為 (216-0)(1/12)12us=65.536ms,定時(shí)器的工作方式方式1,28,方式2 M1、M0=10 ，為自動(dòng)恢復(fù)初值的8位計(jì)數(shù)器，等效框圖如下: TLx作為8位計(jì)數(shù)器，THx作為重置初值的緩沖器。,定時(shí)器的工作方式方式2,THx作為常數(shù)緩沖器，當(dāng)TLx計(jì)數(shù)溢出時(shí)，在置“1”溢出標(biāo)志TFx的同時(shí)，還自動(dòng)的將THx中的初值送至TLx，使TLx從初值開(kāi)始重新計(jì)數(shù)。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的方式2工作過(guò)程如圖 (x=0, 1) 。,29,優(yōu)點(diǎn)： 方式0和方式1用于循環(huán)重復(fù)定時(shí)或計(jì)數(shù)時(shí)，在每次計(jì)數(shù)器擠滿溢出后，計(jì)數(shù)器復(fù)0。若要進(jìn)行新一輪的計(jì)數(shù)，就得重新裝入計(jì)數(shù)初值。這樣一來(lái)不僅造成編程麻煩

14、，而且影響定時(shí)精度。而方式2具有初值自動(dòng)裝入的功能，避免了這個(gè)缺點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)精確的定時(shí)。 缺點(diǎn)： 只有8位計(jì)數(shù)器，定時(shí)時(shí)間短、計(jì)數(shù)范圍小。其定時(shí)時(shí)間為： (28-初值)振蕩周期12 若晶振頻率為12MHz，則最長(zhǎng)的定時(shí)時(shí)間為 (28-0)(1/12)12us=0.256ms,定時(shí)器的工作方式方式2,方式2工作過(guò)程圖 (x=0, 1) 。,30,定時(shí)器/計(jì)數(shù)器及其應(yīng)用,定時(shí)器的編程和應(yīng)用,31,定時(shí)器的編程和應(yīng)用,編程說(shuō)明 51單片機(jī)的定時(shí)器是可編程的，但在進(jìn)行定時(shí)或計(jì)數(shù)之前要對(duì)程序進(jìn)行初始化，具體步驟如下： （1）確定工作方式字：對(duì)TMOD寄存器正確賦值； （2）確定定時(shí)初值：計(jì)算初值，直接將初

15、值寫(xiě)入寄存器的TH0、TL0或TH1、TL1； 初值計(jì)算： 設(shè)計(jì)數(shù)器的最大值為M，則置入的初值X為： 計(jì)數(shù)方式：X=M-計(jì)數(shù)值 定時(shí)方式：由(M-X)T=定時(shí)值,得X=M-定時(shí)值/T T為計(jì)數(shù)周期，是單片機(jī)的機(jī)器周期。 （模式0 M為213，模式1 M為216，模式2和3 M為28） （3）根據(jù)需要，對(duì)IE置初值，開(kāi)放定時(shí)器中斷； （4）啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器，對(duì)TCON寄存器中的TR0或TR1置位，置位以后，計(jì)數(shù)器即按規(guī)定的工作模式和初值進(jìn)行計(jì)數(shù)或開(kāi)始定時(shí)。,32,定時(shí)器的編程和應(yīng)用,例1 要在P1.0上輸出一個(gè)周期為2ms的方波，假設(shè)系統(tǒng)振蕩頻率采用12MHz。 利用T0方式0產(chǎn)生1ms的定時(shí)

16、方波的周期用T0來(lái)確定，讓T0每隔1ms計(jì)數(shù)溢出1次，即TF0=1；查詢到TF0=1 則CPU對(duì)P1.0取反。,即要使P1.0每隔1ms取反一次。,33,定時(shí)器的編程和應(yīng)用,第一步： 確定工作方式字 方式0 (13位)最長(zhǎng)可定時(shí) 8.192ms; 方式1 (16位)最長(zhǎng)可定時(shí) 65.536ms; 方式2 (8位)最長(zhǎng)可定時(shí) 256s。 T0為方式0， M1M0=00 定時(shí)工作狀態(tài)， C/T=0 GATE=0，不受INT0控制， T1不用全部取“0”值。 故TMOD=00H,34,定時(shí)器的編程和應(yīng)用,第二步： 計(jì)算1ms定時(shí)的初值X 設(shè)初值為X，則有: (213-X) 1210-6 1/12=1

17、10-3 可求得：X=8192-1000=7192 X化為16進(jìn)制， 即X=1C18H=1,1100,000 1,1000B。 所以，T0的初值為: TH0=E0H TL0=18H,35,例2 將例1中的輸出方波周期改為1秒。 分析： 周期為1s的方波要求500ms的定時(shí)。 (1) T0工作方式的確定 因定時(shí)時(shí)間較長(zhǎng)，采用哪一種工作方式？由各種工作方式的特性，可計(jì)算出: 方式0 (13位)最長(zhǎng)可定時(shí) 8.192ms; 方式1 (16位)最長(zhǎng)可定時(shí) 65.536ms; 方式2 (8位)最長(zhǎng)可定時(shí) 256s。 所以采用定時(shí)器定時(shí)加軟件計(jì)數(shù)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)延長(zhǎng)定時(shí)。 選方式1，定時(shí)50ms，軟件計(jì)數(shù)10

18、次。 50ms 10=500ms。 所以，TMOD=01H,定時(shí)器的編程和應(yīng)用,以上各方式 都不滿足要求,36,(2) 計(jì)算計(jì)數(shù)初值 因?yàn)? (216-X)1210-6 1/12=5010-3 所以: X=15536=3CB0H 因此: TH0=3CH，TL0=B0H (3) 10次計(jì)數(shù)的實(shí)現(xiàn) 設(shè)計(jì)一個(gè)軟件計(jì)數(shù)器，初始值設(shè)為10。每隔50ms定時(shí)時(shí)間到，產(chǎn)生溢出標(biāo)志TF0，程序查詢到TF0=1，則軟件計(jì)數(shù)器減1。這樣減到0時(shí)就獲得了500ms的定時(shí)。,定時(shí)器的編程和應(yīng)用,37,以上的定時(shí)程序中，程序都要重置計(jì)時(shí)器初值，這樣從定時(shí)器溢出發(fā)出溢出標(biāo)志，到重裝完定時(shí)器初值，在開(kāi)始計(jì)數(shù)，之間總會(huì)有一段時(shí)間間隔，使定時(shí)時(shí)間增加了若干微秒，造成定時(shí)不夠精確。 為了減小這種定時(shí)誤差，單片機(jī)中設(shè)置了工作方式2(自動(dòng)重裝初值)，則可避免上述因素，省去程序中重裝初值的指令，實(shí)現(xiàn)精確定時(shí)。 但是工作方式2