第 5 章 定时 / 计数器和中断 5 .1 实 训 概 要

1. 第5章 定时/计数器和中断 5 .1 实 训 概 要 MCS-51单片机内部有两个定时/计数器T0和T1（8032有三个），它们都是16位的加法计数器，可用于定时控制或对外部事件产生的脉冲信号进行计数，也可作为串行口的波特率发生器。中断系统是单片机系统的重要组成部分。利用中断技术能够更好地发挥单片机系统的处理能力，有效解决慢速工作的外部设备与快速工作的CPU之间的矛盾，从而提高CPU的工作效率，提高实时处理能力。

2. 实训内容： 方波发生器。 外部工件计数器。 外部脉冲宽度测试器。 中断控制研究。 四人抢答器的中断控制

3. 预备知识： 定时与计数的区别 定时：对内部脉冲以机器周期为单位进行加法计数。 计数：对外部事件的脉冲进行加法计数。 实现定时和计数控制的关键是掌握TMOD和TCON各位含义。

4. 2．特殊功能寄存器TMOD和TCON功能介绍 （1）定时/计数器方式寄存器TMOD TMOD是一个8位特殊功能寄存器，用于控制定时/计数器T0和T1的操作方式。其字节地址为89H。其中，高4位控制T1，低4位控制T0。低4位中各位的含义与高4位类似。各位具体含义如下：

5. GATE：门控位。当GATE=1时，T1的启动受外来自外部中断1的信号和启动位TR1共同控制；当GATE=0时，T1的启动只受TR1控制。GATE：门控位。当GATE=1时，T1的启动受外来自外部中断1的信号和启动位TR1共同控制；当GATE=0时，T1的启动只受TR1控制。 C/T：定时器和计数器功能选择位。当C/T=0时，定时器；C/T=1时，计数器。 M1M0：工作方式选择位。具体见表5-1所示。

7. 2）定时/计数器控制寄存器TCON TCON也是一个8位特殊功能寄存器，用于控制定时/计数器T0和T1的运行。其字节地址为88H。高4位控制定时/计数器，低4位用于中断控制。各位具体含义如下：

8. TF1：T1的中断溢出标志位。当TF1=1时，表示T1有中断申请发出；TF1=0时，表示无中断申请或中断申请已被清除。 TF1：T1的中断溢出标志位。当TF1=1时，表示T1有中断申请发出；TF1=0时，表示无中断申请或中断申请已被清除。 TR1：T1的启动位。当GATE=1时，外部中断1和TR1共同为“1”才启动T1；当GATE=0时，TR1为“1”启动T1。 TF0：T0的中断溢出标志位。 TR0：T0的启动位。 IE1：的中断请求标志位。IE1=1，外部中断1有中断申请发出；IE1=0， 的中断请求已被清除。

9. IE0：的中断请求标志位。IE0=1，外部中断0有中断申请发出；IE0=0，的中断请求已被清除。IE0：的中断请求标志位。IE0=1，外部中断0有中断申请发出；IE0=0，的中断请求已被清除。 IT0：中断触发方式控制位。当IT0=0时，为电平触发方式，低电平触发；当IT0=1时，为边沿触发方式，下降沿触发。 IT1：中断触发方式控制位。与IT0类似。 3．定时/计数器的工作方式

10. （1）方式0 方式0下T0和T1都是13位的定时/计数器。其中高8位为THX，低5位为TLX。定时时间公式和计数公式分别为： 定时时间=（213-TX初值）×机器周期 计数个数= 213-TX初值 （2）方式1 方式1下T0和T1都是16位的定时/计数器。其中高8位为THX，低8位为TLX。定时时间公式和计数公式分别为： 定时时间=（216-TX初值）×机器周期 计数个数= 216-TX初值

11. （3）方式2 • 方式2下T0和T1都是常数自动重装的8位定时/计数器。其中TLX可用作8位计数器，THX可用来装初始值。定时时间公式和计数公式分别为： • 定时时间=（28-TLX初值）×机器周期 • 计数个数= 28-TX初值

12. （4）方式3 方式3下T0被拆成两个独立的8位定时/计数器TH0和TL0。其中，TL0用原来T0的控制位来控制，既可定时也可计数。而TH0只做简单的定时控制，它占用T1的控制位。这种工作方式不适用于T1。定时时间公式与方式2相同。 定时时间公式中THx表示TH0（或TH1），TLx表示TL0（或TL1）。 4．定时/计数器的最大定时时间和最大计数数值

13. （1）最大定时时间 方式0：Tmax=213×2μs=16384μs≈0.016s 方式1：Tmax=216×2μs=131072μs≈0.13s 方式2、3：Tmax=28×2μs=512μs≈0.51ms （2）最大计数数值 方式0：n=213=8192 方式1：n=216=65536 方式2、3：n=28=256

14. 5．门控位的作用 • 由定时/计数器方式寄存器TMOD可知，门控位GATE用来启动T0或T1。当GATE=0时，TR0或TR1置“1”就可以启动定时/计数器；当GATE=1时，需要TR0或TR1为“1”且也必须为“1”，才能启动T0或T1。利用门控位这个特性，可以测量外部脉冲信号的正脉冲宽度。方法是： • 设置TMOD的门控位为“1”，在被测脉冲的低电平时使TR1=1，但T1并不启动计数。

15. 按下手动脉冲，则为高电平，T1开始计数。 再按下手动脉冲，结束被测脉冲高电平，从T1中取出计数值送显示器显示。 为了显示T1计数值，还应明确显示器接口的字形口和字位口地址及显示方法。 6．与中断有关的特殊功能寄存器简介 （1）串行口控制寄存器SCON SCON 是一个8位特殊功能寄存器。其字节地址为98H。用来锁存串行口中断标志。串行口中断标志分为发送中断标志和接收中断标志。具体如下：

16. TI：串行口发送中断标志位。CPU将一个数据写入发送缓冲器SBUF后，就启动发送器工作。此时，串行口若以方式0发送，每发送完一个字节数据，由硬件置“1”TI；若以其它工作方式发送数据时，在发送停止位时置“1”TI。TI=1表示串行口正在向CPU发出中断申请。TI：串行口发送中断标志位。CPU将一个数据写入发送缓冲器SBUF后，就启动发送器工作。此时，串行口若以方式0发送，每发送完一个字节数据，由硬件置“1”TI；若以其它工作方式发送数据时，在发送停止位时置“1”TI。TI=1表示串行口正在向CPU发出中断申请。

17. RI：串行口接收中断标志位。在串行口允许接收时，每接收一串数据，由硬件置“1”RI。同样，CPU响应TI中断后，必须由软件清“0”RI。RI：串行口接收中断标志位。在串行口允许接收时，每接收一串数据，由硬件置“1”RI。同样，CPU响应TI中断后，必须由软件清“0”RI。 （2）中断允许寄存器IE 中断允许寄存器IE是一个8位的特殊功能寄存器，其字节地址为A8H。用来控制中断的禁止与允许。具体如下：

18. EA：CPU中断总允许位。EA=1，CPU允许中断；EA=0，CPU禁止所有中断请求。EA：CPU中断总允许位。EA=1，CPU允许中断；EA=0，CPU禁止所有中断请求。 EX0：外部中断0（）中断允许位。EX0=1，允许中断；EX0=0，禁止中断。 ET0：定时/计数器T0中断允许位。ET0=1，允许T0中断；ET0=0，禁止T0中断。 EX1：外部中断1（）中断允许位。EX1=1，允许中断；EX0=0，禁止中断。 ET1：定时/计数器T1中断允许位。ET1=1，允许T1中断；ET1=0，禁止T1中断。

19. ES：串行口中断允许位。ES=1，允许串行口中断；ES=0，禁止串行口中断。 （3）中断优先级寄存器IP 中断优先级寄存器IP是一个8位的特殊功能寄存器，其字节地址为B8H。MCS-51中断优先级分为高优先级和低优先级两级，由中断优先级寄存器IP设定中断源的优先级别。具体如下：

20. PX0：外部中断0（）中断优先级控制位。PX0=1，设定为高优先级；PX0=0，设定为低优先级。PX0：外部中断0（）中断优先级控制位。PX0=1，设定为高优先级；PX0=0，设定为低优先级。 PT0：定时/计数器T0中断优先级控制位。PT0=1，设定T0为高优先级；PT0=0，设定T0为低优先级。 PX1：外部中断1（）中断优先级控制位。PX1=1，设定为高优先级；PX1=0，设定为低优先级。 PT1：定时/计数器T1中断优先级控制位。PT1=1，设定T1为高优先级；PT1=0，设定T1为低优先级。 PS：串行口中断优先级控制位。PS=1，设定串行口为高优先级；PS=0，设定串行口为低优先级。

21. 5．2 实训17 方波发生器 5．2．1 实训目的 通过本节实训,主要学习下面内容: 单片机内部定时器的硬件结构及其应用。 T0和T1的两种用途之一：作定时器实现定时控制。 通过实训，掌握TMOD和TCON的各位的意义，学会可编程控制方法。

22. 5．2．2 实训要求 设单片机晶振频率为6MHz。用单片机内部定时器T0方式0编程，在P1.0脚上产生200μs定时、周期为400μs方波，并用示波器观察波形，读出方波周期。 修改程序，产生方式0和方式1下最大定时，并观察接在P1.0脚上发光二极管亮灭变化。 仍然产生周期为400μs方波，要求用T1方式1编程，试修改程序。 若用T0方式0产生1秒的定时，试编写控制程序。观察发光二极管的亮灭变化情况。

23. 若用T0方式2产生矩形脉冲序列，如图5-1所示，50μs定时，周期350μs。试编写控制程序。并用示波器观察波形，读出方波周期。若用T0方式2产生矩形脉冲序列，如图5-1所示，50μs定时，周期350μs。试编写控制程序。并用示波器观察波形，读出方波周期。

24. 5．2．3 实训器材 MCS-51单片机开发系统，示波器，发光二极管 5．2．4 程序设计思路 首先根据问题要求设置定时/计数器方式寄存器TMOD初值；其次计算不同工作方式下T0或T1的定时初值，并用数据传送指令将所得初值装入相应寄存器中。第三，通过程序对定时/计数器控制寄存器TCON中相应位置位，启动计数器开始“计数”，并用查询方式或中断方式判别计数是否溢出。 5．2．5 硬件电路原理图 实训硬件电路如图5-2所示。

26. 5．2．6 实训步骤 （1）定时200μs、周期为400μs方波。 理解实训程序表5-2，并为每条指令加注释。 将机器码送入单片机开发系统。 连续执行程序，并在P1.0脚和单片机的“地”之间用示波器观察产生的波形，读出方波周期。 修改程序，在方式0、方式1下产生最大定时，并观察发光二极管的变化。

27. （2）用T1方式1编程，仍然产生周期为400μs方波，试修改程序：（2）用T1方式1编程，仍然产生周期为400μs方波，试修改程序： 重新设置定时/计数器方式寄存器TMOD初值。 重新计算T1方式1下定时400μs的定时初值。 将修改后的机器码送入单片机开发系统。 连续执行程序，并在P1.0脚和单片机的“地”之间用示波器观察产生的波形，读出方波周期。

28. 用T0方式0产生1秒的定时 • 用T0方式0产生1秒的定时的实训控制程序见表5-3所示。因为T0方式0是13位计数器，最大定时为8192μs。可选择定时5ms，再循环200次，定时1秒。经过计算，其定时初值为 （TH0）=63H，（TL0）=18H，（TMOD）=00H。 • 理解实训程序表5-3，并为每条指令加注释。 • 将机器码送入单片机开发系统。 • 连续执行程序，并在P1.0脚接发光二极管，观察发光二极管的亮灭变化。 • （4）产生定时50μs，周期350μs的矩形脉冲序列

29. 用T0方式2进行两种定时，定时50μs高电平、定时300μs低电平。用T0方式2进行两种定时，定时50μs高电平、定时300μs低电平。 50μs T0方式2定时初值为： E7H 300μs T0方式2定时初值为：6AH （TMOD）=02H 理解实训程序表5-4，并为每条指令加注释。 将机器码送入单片机开发系统。 连续执行程序，并在P1.0脚用示波器，观察产生方波，读出其周期和幅度。

33. 提示： 当T0最大定时其初值应为0，但两种工作方式的最大定时时间不同。 当定时时间太短时，则看不到发光二极管闪烁，这时候可用示波器观察电平变化。 实质上，利用定时器实现定时， CPU只启动计数器，而不干预其计数过程。

34. 5．3 实训18 外部工件计数器 5．3．1 实训目的 通过本节实训,主要学习下面内容: 单片机内部计数器的硬件结构及其应用。 T0和T1的两种用途之一：作计数器实现对外部脉冲进行计数控制。 通过实训，掌握TMOD和TCON的各位的意义，学会可编程控制方法。

35. 5．3．2 实训要求 手动产生脉冲信号，进行一位脉冲计数，计数脉冲由T0（P3.4）引脚输入，并将所计脉冲个数在LED七段显示器上显示出来。 利用脉冲信号源产生连续脉冲信号，并在单片机显示器上显示多位脉冲个数。 5．3．3 实训器材 MCS-51单片机开发系统

36. 5．2．4 程序设计思路 首先根据问题要求设置定时/计数器方式寄存器TMOD初值，本实训控制为计数控制；其次计算不同工作方式下T0或T1的计数初值，并用数据传送指令将所得初值装入相应寄存器中。第三，通过程序对定时/计数器控制寄存器TCON中相应位置位，启动计数器开始计数，并用查询方式或中断方式判别计数是否溢出。 5．3．5 硬件电路原理图 实训硬件电路如图5-3所示。

38. 5．3．6 实训步骤 （1）按照实训原理图5-3，将P3.4脚与单脉冲输出插孔相连。 （2）仔细阅读并理解实训程序，给每条指令加注释，并画出程序流程图。 （3）将实训程序送入单片机开发系统中，并检查程序是否正确。 （4）输入程序首地址，连续执行程序，观察在按动脉冲按键之前显示器上是否显示全“0”。

39. （5）按动脉冲按键，观察在脉冲负跳变时的计数，显示数字是否与脉冲个数相符。（5）按动脉冲按键，观察在脉冲负跳变时的计数，显示数字是否与脉冲个数相符。 （6）将P3.4脚与连续脉冲插孔相连，执行表5-6实训程序，显示多个连续脉冲个数。 5．3．7 实训程序 1．一位计数脉冲实训程序见表5-5所示。 2．多位计数脉冲实训程序见表5-6所示。