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3.3 MCS-51 单片机的定时器 / 计数器（一）

3.3 MCS-51 单片机的定时器 / 计数器（一）. 一、 MCS-51 单片机定时器／计数器组成： 定时器 / 计数器 0(T0) ： 16 位的加计数器 定时器 / 计数器 1(T1) ： 16 位的加计数器 二、定时器 / 计数器的功能 对外部输入信号的计数功能。定时器 / 计数器 0(T0 ）的外来脉冲输入端为 P3.4 ；定时器 / 计数器 1(T1 ）的外来脉冲输入端为 P3.5 。 定时功能。定时器 / 计数器的定时功能也是通过计数实现的，它的计数脉冲是由单片机的片内振荡器输出经 12 分频后产生的信号，即为对机器周期计数。.

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3.3 MCS-51 单片机的定时器 / 计数器（一）

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  1. 3.3 MCS-51单片机的定时器/计数器（一） • 一、MCS-51单片机定时器／计数器组成： • 定时器/计数器0(T0)：16位的加计数器 • 定时器/计数器1(T1)：16位的加计数器 • 二、定时器/计数器的功能 • 对外部输入信号的计数功能。定时器/计数器0(T0）的外来脉冲输入端为P3.4；定时器/计数器1(T1）的外来脉冲输入端为P3.5。 • 定时功能。定时器/计数器的定时功能也是通过计数实现的，它的计数脉冲是由单片机的片内振荡器输出经12分频后产生的信号，即为对机器周期计数。

  2. T1由TH1、TL1构成，字节地址为8DH、8BH T0由TH0、TL0构成，字节地址为8CH、8AH 特殊功能寄存器TMOD控制定时计数器的工作方式 TCON则用于控制定时计数器T0和T1的启动和停止计数，同时管理定时器T0和T1的溢出标志等。 MCS-51单片机定时器/计数器逻辑结构图

  3. 定时器/计数器的控制 • 定时器/计数器的控制主要是通过以下几个寄存器实现的： • TCON---定时器/计数器控制寄存器 • TMOD---定时器/计数器工作方式控制寄存器 • IE ---中断允许控制寄存器

  4. GATE —— 门控位。 GATE = 0 启动不受 /INT0或 /INT1的控制； GATE = 1 启动受/INT0 或/INT1 的控制。 C/T —— 外部计数器 / 定时器方式选择位 C//T = 0 定时方式； C //T = 1 计数方式。 M1M0—— 工作模式选择位（编程可决定四种工作模式）。 TMOD 89H

  5. T N个方波 = 0 ——定时； = 1 —— 对外计数。 定时：fosc / 12 = 1 /（12/fosc）= 1 / T 波形等间隔，次数已定，时间确定 即对机器周期进行计数。 左图定时时间为 N*T 计数：脉冲不等间隔。 每个下降沿计数一次 确认一次负跳变需两个机器周期， 所以，计数频率最高为fosc / 24。

  6. TR0 —— 定时 / 计数器0运行控制位。 软件置位，软件复位。 TR1 —— 定时 / 计数器1运行控制位。（用法与TR0类似） TCON 88H TF0、TF1 分别是定时、计数器T0、T1的溢出标志位。

  7. （1）定时/计数器的工作方式 • M1M0—— 工作模式选择位（编程可决定四种工作模式） • 0 0 13位定时/计数器 模式0 • 0 1 16位定时/计数器 模式1 • 0 8 位定时/计数器（自动重装初值） 模式2 • 1 1 T0 8位定时/计数 模式3 • 1 1 T1 停止工作 模式3

  8. 1）工作方式0 T0的等效逻辑结构

  9. 在计数工作方式下，计数器的计数值范围是： 1～8192（2的13方） 当为定时工作方式时，定时时间的计算公式为：          （ 8192 -计数初值）×晶振周期×12 或    （ 8192 -计数初值）×机器周期 其时间单位与晶振周期或机器周期相同。 如果单片机的晶振选为6.000MHz，则最小定时时间为： [8192—（8192—1）]×1/6×10-6×12=2×10-6(s)=2(us) 最长定时时间为： (8192—0)×1/6×10-6×12=16384×10-6(s)=16384(us)。

  10. 2）工作方式1 T0的等效逻辑结构

  11. 在工作方式1下，计数器的计数值范围是： 1～65536（2的16方） 当为定时工作方式1时，定时时间的计算公式为：          （65536—计数初值）× 晶振周期×12 或    （65536—计数初值）× 机器周期 其时间单位与晶振周期或机器周期相同。 如果单片机的晶振选为6.000MHz，则最小定时时间为： [65536—（65536—1）]×1/6×10-6×12=2×10-6(s)=2(us) 最长定时时间为： (65536—0)×1/6×10-6×12=131072×10-6(s)=131072(us)。

  12. 3）工作方式2 T0的等效逻辑结构

  13. 方式2与方式0、1的区别： 工作方式0和工作方式1的最大特点就是计数溢出后，计数器为全0，因而循环定时或循环计数应用时就存在反复设置初值的问题，这给程序设计带来许多不便，同时也会影响计时精度。 工作方式2就具有自动重装载功能，即自动加载计数初值，所以也有的文献称之为自动重加载工作方式。在这种工作方式中，16位计数器分为两部分，即以TL0为计数器，以TH0作为预置寄存器，初始化时把计数初值分别加载至TL0和TH0中，当计数溢出时，不再象方式0和方式1那样需要“人工干预”，由软件重新赋值，而是由预置寄存器TH以硬件方法自动给计数器TL0重新加载。 方式2在串口通讯时，常用作波特率发生器。

  14. 4）工作方式3

  15. 如果定时/计数器0工作于工作方式3，那么定时/计数器1的工作方式就因为自己的一些控制位已被定时/计数器0借用，只能工作在方式0、方式1或方式2下，等效电路参见下图：

  16. 2.怎样编制计数程序？ 首先必须对定时计数器进行初始化，然后再开启定时或计数。简单的总结一下，定时计数器的初始化包括以下内容。 （1）确定工作方式——对TMOD赋值； 如：任务中的MOV TMOD,#06H指令，设定T0为计数器工作方式。 （2）预置定时计数器中计数的初值——直接写入TH和TL； 如：任务中的MOV TH0,#00H 两条指令，设定计数初值。 MOV TL0,#00H

  17. （3）根据需要开放定时器/计数器的中断——对IE位赋值；（3）根据需要开放定时器/计数器的中断——对IE位赋值； （4）启动定时器/计数器； 如：任务中的SETB TR0 指令 初值的计算方法 X=M-计数值 M是定时器的最大计数值。视工作方式不同而不同。 工作方式0： 13位定时/计数方式，因此，最多可以计到2的13次方，也就是8192次。 工作方式1： 16位定时/计数方式，因此，最多可以计到2的16次方，也就是65536次。 工作方式2和工作方式3：都是8位的定时/计数方式，因此，最多可以计到2的8次方，也说是256次。

  18. 预置值计算： 用最大计数量减去需要的计数次数即可。 通过上面的任务，我们掌握了计数程序的编制方法，下面我们再看看定时程序怎样编制。 首先我们看一下下面的程序段。 MOV TMOD,#01H MOV TL0,#00H MOV TH0,#4CH SETB TR0 以上程序是任务一中的定时程序段，它的初始化过程和计数方式类似。

  19. MCS-51单片机的定时器/计数器(二） • MCS-51单片机的定时器/计数器应用举例： • 利用定时器/计数器实现固定时间的定时 • 利用定时器/计数器实现对外来信号脉冲的计数 • 利用定时器/计数器实现对外来信号脉冲信号脉宽的测量

  20. 实例一：定时器/计数器实现固定时间的定时 • 题目：利用T0，使用工作方式0，在单片机的P1.0输出一个周期为2ms，占空比为1:1的方波信号。 • 解：周期为2ms，占空比为1:1的方波信号，只需要利用T0产生定时，每隔1ms将P1.0取反即可。 • 编程步骤： • 计算TMOD的值 • 　　　　　　　由于GATE=0；M1M0=00；C/T=0； • 　　　　　　　所以 (TMOD)＝00H • 计算初值（单片机振荡频率为12MHZ） • 　所需要的机器周期数: • n=(1000us/1us)=1000 • 计数器的初始值： • Ｘ＝8192-1000=7192 • 所以：(TH0)=0E0H，(TL0)=18H

  21. 开始 中断入口地址 设置堆栈地址 P1.0取反 设置TMOD方式 重新给T0赋初值 送定时器初值 中断返回 开T0中断 启动T0 等待 流程图 中断程序： 主程序：

  22. 中断程序的主程序和中断服务程序的布局 • 3：程序清单 • ORG 4000H • LJMP MAIN • ORG 400BH ；T0中断入口地址 • LJMP SER ；中断服务程序 • MAIN:MOV SP,#50H ；开辟堆栈 • MOV TMOD,#00H ；工作方式设置 • MOV TH0,#0E0H ；初始值设置 • MOV TL0,#18H • SETB EA ；开中断 • SETB ET0 ；开T0中断 • SETB TR0 ；运行T0 • HERE:SJMP $ ；等待中断 • SER:CPL P1.0 ；定时到，输出取反 • MOV TH0,#0E0H ；重新加载初战值 • MOV TL0,#18H • RETI ；中断返回 • END 主程序 定时器初始化 开定时器中断 中断服务程序

  23. 实例二：利用方式1定时 • 题目：用定时器T1，使用工作方式1，在单片机的P1.0输出一个周期为2分钟、占空比为1:1的方波信号。 • 解：周期为2分钟，占空比为1:1的方波信号，只需要利用T1产生定时，每隔1分将P1.0取反即可。 • 由于定时器定时时间有限，设定T1的定时为50ms，软件计数1200次，可以实现1分钟定时。 • 编程步骤： • 1、计算TMOD的值 • 　　　　　　　由于：GATE=0；M1、M0=0、1；C/T=0； • 　　　　　　　所以：(TMOD）＝10Ｈ • ２、计算初值（单片机的振荡频率为12MHZ） • 　所需要的机器周期数: • n=(50000us/1us)=50000 • 计数器的初始值：Ｘ＝65536-50000=15536 • 所以：(TH0)=3CH;(TL0)=0B0H

  24. 中断入口地址 开始 设置堆栈地址 重装初值 N （20H）-1=0？ 设置TMOD方式 Y 20H单元赋值20 送定时初值 N （21H）-1=0？ 开T0中断 Y 启动T0 21H单元赋值60 计数单元赋值（20H,21H) P1.0取反 等待 中断返回 流程图 中断程序： 主程序：

  25. 中断程序的主程序和中断服务程序的布局 • 程序清单 • ORG 4000H • LJMP MAIN • ORG 401BH ; T0中断入口地址 • LJMP SER ; 中断服务程序 • MAIN:MOV SP,#50H ; 开辟堆栈 • MOV TMOD,#10H ; 工作方式设置 • MOV TH1,#3CH ; 初始值设置 • MOV TL1,#0B0H • SETB EA ; 开中断 • SETB ET1 ; 开T0中断 • SETB TR1 ; 运行T0 • MOV 20H，#20 • MOV 21H，#60 • HERE:SJMP $ ; 等待中断 定时器初始化 主程序 开定时器中断 计数单元赋初值

  26. 中断服务程序 • SER: MOV TH1,#3CH ；初始值重新设置 • MOV TL1,#0B0H • DJNZ 20H，NO • MOV 20H，#20 • DJNZ 21H，NO • MOV 21H，#60 • CPL P1.0 ；定时到，输出取反 • NO:RETI；中断返回 • END 判断中断的次数 注意：此程序的#20和#60这两个立即数后面没有加H表示是十进制数。 思考：能否利用定时器来实现一个电子钟？

  27. 测量每1秒钟之内的按键按下次数 要求： • 每秒的次数用发光管显示出来 • 每秒钟按键的按下次数不超过255次

  28. 工作原理 • 实现的方法：利用T0计数器对从T0输入的脉冲进行计数，利用T1工作于定时。每定时达到1秒钟，取出计数器的值进行显示。由于每秒钟按键的按下次数不超过255次，所以只需要显示TL0的内容即可。 • 步骤： • 由于定时器的最大定时时间不能够达到1秒钟，我们设定T1定时100mS，每10次取一次计数值。 • 设定TMOD，TH1，TL1的内容，（fosc)=6MHz • 所以：（TMOD）=51H • （TH1）=3CH • （TL1）=0B0H

  29. 程序清单 • ORG 0000H • LJMP MAIN • ORG 001BH • LJMP SER • MAIN: MOV TMOD,#51H • MOV TH1,#3CH • MOV TL1,#0B0H • MOV TL0,#00H • MOV TH0,#00H • SETB EA • SETB TR0 • SETB TR1 • SETB ET1 • MOV P1,#00H • SJMP $ 中断程序的主程序和中断服务程序的布局 主程序 T0和T1初始化 T1定时，T0计数 启动T0计数，T1定时，开T1中断

  30. 中断程序清单 关T0和T1 重新对T1赋值 • SER:CLR TR0 • CLR TR1 • MOV TH1,#3CH • MOV TL1,#0B0H • DJNZ R1,#10,LL • MOV R1,#10 • MOV A,TL0 • MOV P1,A • MOV TH0,#00H • MOV TL0,#00H • LL: SETB TR0 • SETB TR1 • RETI • END 判断是否到10次 取值显示 清除T0的计数值 开T0和T1，返回

  31. 测量在(P3.2)端出现的正脉冲宽度 T P3.2

  32. 工作原理 • 实质：利用门控制位GATE实现对定时器／计数器的启/停控制，来测量脉冲宽度。 • 当GATE为1，TR1(TR0)为1时，只有INT1(INT0)引脚输入高电平时，T1(T0)才允许计数。 • 当GATE为0，只要TR1(TR0)为1时，T1(T0）就允许计数。 利用GATE=1时的这个功能，可测试INT1(P3.3)和INT0（P3.2)上正脉冲的宽度。

  33. 开始 T0初始化（TMOD，TL0，TH0赋值） N P3.2=0？ Y 启动T0工作 N N P3.2=1？ P3.2=0？ Y Y 停止T0工作 取出TH0和TL0的值送入30H和31H 结束 流程图：

  34. 程序如下： • ORG 4000H • MOV TMOD,#09H ;定时器T0模式1定时 • MOV TH0, #00H ;设定初值 • MOV TL0, #00H ; • JB P3.2, $ ;等待INT1变低 • SETB TR0 ;启动T1 • JNB P3.2, $ ;等待INT1变高 • JB P3.2, $ ;开始计数，等待变低 • CLR TR0 ;停止计数 • MOV 30H，TH1 ;取出T1中的高八位 • MOV 31H，TL1 ;取出T1中的低八位 • SJMP $ • END 对T0进行初始化 T0计数过程 取计数值

  35. 小 结 • 本章要求： • 了解中断源、中断的功能、中断系统的组成与功能、中断优先权管理、中断响应条件、中断响应过程、中断嵌套等基本概念； • 掌握MCS-51单片机的5个中断源；掌握外部中断的触发方式，与的触发方式有边沿方式与电平方式两种； • 掌握定时器/计数器的计数脉冲来源，计数脉冲来自内部振荡频率的12分频后的脉冲则称为定时器方式，计数脉冲来自外部引脚则称为计数器方式； • 掌握中断请求标志的清除方式，边沿方式下的与、T0、T1的中断请求标志是自动被清除的，而串行口的中断是用户通过软件清除的，电平触发的与还需要硬件的支持才能被清除； • 掌握T0与T1的工作方式，以及各种方式的应用； • 掌握TCON、SCON、IE、IP、TMOD等特殊功能寄存器的功能与应用； • 掌握MCS-51单片机对各中断源的响应条件与过程。

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