第五单元时钟、时序与定时计数器

1、第五单元第五单元 时钟、时序与定时时钟、时序与定时/计数器计数器本单元学习要点本单元学习要点时钟在单片机中的作用？单片机有哪时钟在单片机中的作用？单片机有哪些时钟信号？些时钟信号？定时定时/计数器的作用、结构及其控制。计数器的作用、结构及其控制。三个定时三个定时/计数器的异同。计数器的异同。定时定时/计数器计数器0和定时和定时/计数器计数器1的工作的工作模式及其设置。模式及其设置。振荡器、时钟电路和振荡器、时钟电路和CPUCPU时序时序 89C51内部有一个用于构成振荡器的高增内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器（引脚益反相放大器（引脚XTAL1和和XTAL2） 与作为反馈元件的外接晶体

2、或陶瓷谐振器与作为反馈元件的外接晶体或陶瓷谐振器一起构成振荡器，为单片机提供最基本的一起构成振荡器，为单片机提供最基本的时钟信号。时钟信号。 该时钟信号的频率称为该时钟信号的频率称为振荡频率振荡频率、或、或时钟时钟频率频率、或、或晶振频率晶振频率。振荡频率的倒数称为。振荡频率的倒数称为振荡周期振荡周期。 89C5189C51的时钟电路的时钟电路 使用使用HMOS外部外部时钟电路时钟电路 使用内部时使用内部时钟电路钟电路使用使用CHMOS外外部时钟电路部时钟电路振荡器、时钟电路和振荡器、时钟电路和CPUCPU时序时序 89C51的每个机器周期包括6个状态周期 每个状态周期划分为两个节拍 一个机器

3、周期有12个振荡器周期 S机器周期1取指令、译码指令周期机器周期2取操作数、执行定时/计数器 89C51有有2个定时器个定时器/计数器，即定时器计数器，即定时器/计数器计数器0和和1（分别简记为（分别简记为T0和和T1）。）。 定时器定时器/计数器计数器0和和1 在专用寄存器在专用寄存器TMOD（定时器方式）中，各有一（定时器方式）中，各有一个控制位（个控制位（C/T），分别用于控制定时器），分别用于控制定时器/计数器计数器0和和1是工作在定时器方式还是计数器方式。是工作在定时器方式还是计数器方式。 定时器/计数器0和1 选择定时器工作方式时，计数输入信号是内部时选择定时器工作方式时，计数输入

4、信号是内部时钟脉冲，每个时钟周期使寄存器的值增钟脉冲，每个时钟周期使寄存器的值增1。每个。每个机器周期等于机器周期等于12个振荡器周期，故计数速率为振个振荡器周期，故计数速率为振荡器频率的荡器频率的1/12。当采用。当采用12MHz晶体时，计数速晶体时，计数速率为率为1MHz。 选择计数器工作方式时，计数脉冲来自相应的外选择计数器工作方式时，计数脉冲来自相应的外部输入引脚部输入引脚T0或或T1。当输入信号产生由。当输入信号产生由1至至0的跳的跳变时，计数寄存器（变时，计数寄存器（TH0、TL0或或TH1、TL1）的）的值增值增1。 由于确认一次下跳变要花由于确认一次下跳变要花2个机器周期，即个

5、机器周期，即24个振荡器个振荡器周期，因此外部输入的计数脉冲的最高频率为振荡器周期，因此外部输入的计数脉冲的最高频率为振荡器频率的频率的1/24。 为了确保某一给定的电平在变化之前至少被采样一次，为了确保某一给定的电平在变化之前至少被采样一次，则这一电平至少要保持一个机器周期。则这一电平至少要保持一个机器周期。 定时器/计数器0和1 除了可以选择定时器或计数器除了可以选择定时器或计数器工作方式工作方式外，外，每个定时器每个定时器/计数器还有计数器还有4种种操作模式操作模式 1. 模式模式0 通过通过TMOD寄存器把定时器寄存器把定时器/计数器计数器0或或1置为置为模式模式0。 定时器/计数器0

6、和1_模式0 16位寄存器位寄存器TH0+TL0只用了只用了13位，位，TL0的高的高3位位未用。未用。 当当TMOD中的控制位中的控制位 C/T0时，选择定时器方式，时，选择定时器方式，C/T1时选择计数器方式。时选择计数器方式。 TR0是专用寄存器是专用寄存器TCON（定时器控制）中的一个控制（定时器控制）中的一个控制位，（位，（控制定时控制定时/计数器的起停计数器的起停） GATE是是TMOD中的另一个控制位，（中的另一个控制位，（决定是否需要用决定是否需要用外部电平控制起停外部电平控制起停） 引脚引脚INT0（P3.2）是外部中断）是外部中断0的输入端，（的输入端，（外部控制外部控制电

7、平输入端电平输入端） TF0是定时器是定时器溢出标志溢出标志。 当满足条件（当满足条件（TR0=1）AND（GATE=0 OR INT0=1）为真时，接通计数输入。当计数值由全）为真时，接通计数输入。当计数值由全1再增再增1变为全变为全0时，使时，使TF0置置1，请求中断。（，请求中断。（与中与中断相关的内容，可以在下一单元去理解断相关的内容，可以在下一单元去理解） 定时器/计数器0和1_模式0 若若TR0=1和和GATE=1，则，则TH0+TL0是否计是否计数取决于数取决于INT0引脚的信号，当引脚的信号，当INT0由由0变变1时，开始计数，当时，开始计数，当INT0由由1变变0时，停止计时

8、，停止计数。这样就可以测量在数。这样就可以测量在INT0端出现的正脉端出现的正脉冲的宽度。冲的宽度。定时器/计数器0和1_模式1 模式模式1中，定时器寄存器中，定时器寄存器TH1和和TL1是以全是以全16位参与操作的。位参与操作的。 其他与模式其他与模式0相同。相同。定时器/计数器0和1_模式2 定时器寄存器定时器寄存器TL0（或（或TL1）配置成一个可）配置成一个可以自动重装载的以自动重装载的8位计数器。位计数器。 TL0计数溢出时，不仅使溢出标志计数溢出时，不仅使溢出标志TF0置置1，而且还自动把而且还自动把TH0中的内容重装载到中的内容重装载到TL0中。中。TH0的内容可以靠软件预置，重

9、装载后内的内容可以靠软件预置，重装载后内容不变。容不变。 利用定时器计数器每隔利用定时器计数器每隔250us产生一个定时控制脉产生一个定时控制脉冲，则可以采用冲，则可以采用12MHz的振荡器，把的振荡器，把TH0预置为预置为6，并使并使C/T=0。 把定时器把定时器/计数器作串行口波特率发生器使用计数器作串行口波特率发生器使用 定时控制定时控制 定时器/计数器0和1_模式2定时器/计数器0和1_模式3对于定时器对于定时器/计数器计数器1，设置为模式，设置为模式3将使它将使它停止工作，保持原有的计数值，其作用如停止工作，保持原有的计数值，其作用如同使同使TR1=0。 对于定时器对于定时器/计数器

10、计数器0，设置为模式，设置为模式3，将使，将使TL0和和TH0成为成为2个互相独立的个互相独立的8位计数器。位计数器。其中其中TL0利用了对于定时器利用了对于定时器/计数器计数器0本身的本身的一些控制位：一些控制位：C/T，GATE，TR0，INT0和和TF0。它的操作情况与模式。它的操作情况与模式0和模式和模式1类同。类同。但但TH0被规定只用作定时器，对机器周期被规定只用作定时器，对机器周期计数，它借用了定时器计数，它借用了定时器1的控制位的控制位TR1和和TF1，故这时，故这时TH0控制了定时器控制了定时器1的中断。的中断。定时器/计数器0和1_模式2 模式模式3适用于要求增加一个额外的

11、适用于要求增加一个额外的8位定时器的场合。位定时器的场合。把定时器把定时器/计数器计数器0设置于操作模式设置于操作模式3，TH0控制了定时控制了定时器器1的中断，而定时器的中断，而定时器/计数器计数器1还可以设置于模式还可以设置于模式02，用在任何不需要中断控制的场合。用在任何不需要中断控制的场合。定时器/计数器0和1_模式1 模式模式1中，定时器寄存器中，定时器寄存器TH1和和TL1是以全是以全16位参与操作的。位参与操作的。 其他与模式其他与模式0相同。相同。定时器/计数器的控制和状态寄存器 专用寄存器专用寄存器TMOD、TCON寄存器的所有位，寄存器的所有位，在系统复位时都被在系统复位时

12、都被清零清零。 模式控制寄存器模式控制寄存器TMODTMOD用于控制定时器用于控制定时器/计数器计数器0和和1操作模式操作模式 定时器/计数器的控制和状态寄存器GATE：选通门。：选通门。当当GATE1时，只有时，只有INT0或或INT1引脚为高电平且引脚为高电平且TR0或或TR1置置1时，相应的定时器时，相应的定时器/计数器才被选通工计数器才被选通工作，这时可用于测量在作，这时可用于测量在INTx端出现的正脉冲的宽度。端出现的正脉冲的宽度。若若GATE0，则只要，则只要TR0和和TR1置置1，定时器，定时器/计数计数器就被选通，而不管器就被选通，而不管INT0或或INT1的电平是高还是低。的

13、电平是高还是低。定时器/计数器的控制和状态寄存器C/T：计数器方式和定时器方式的选择位：计数器方式和定时器方式的选择位C/T0，设置为定时器方式，内部计数器的输，设置为定时器方式，内部计数器的输入是内部脉冲，其周期等于机器周期。入是内部脉冲，其周期等于机器周期。C/T1，设置为计数器方式，内部计数器的输，设置为计数器方式，内部计数器的输入来自入来自T0（P3.4）或（）或（P3.5）端的外部脉冲。）端的外部脉冲。定时器/计数器的控制和状态寄存器M0和和M1：操作模式控制位。：操作模式控制位。2位可形成位可形成4种编种编码，对应于码，对应于4种操作方式种操作方式 定时器/计数器的控制和状态寄存器

14、定时器/计数器的控制和状态寄存器 TF1: 定时器定时器1溢出标志。当定时器溢出标志。当定时器/计数器计数器溢出时，由硬件置位，申请中断。进入中断溢出时，由硬件置位，申请中断。进入中断服务后被硬件自动清除。服务后被硬件自动清除。控制寄存器控制寄存器TCON定时器/计数器的控制和状态寄存器 TR1: 定时器定时器1运行控制位。靠软件置位或运行控制位。靠软件置位或清除置位时，定时器清除置位时，定时器/计数器接通工作，清计数器接通工作，清除时停止工作。除时停止工作。控制寄存器控制寄存器TCON定时器/计数器的控制和状态寄存器 TF0：定时器：定时器0溢出标志。其功能和操作情溢出标志。其功能和操作情况类同于况类同于TF1。 TR0： 定时器定时器0运行控制位。其功能和操作运行控制位。其功能和操作情况类同于情况类同于TR1。定时器/计数器的控制和状态寄存器 IE1： 外部沿触发中断外部沿触发中断1请求标志。检测到请求标志。检测到在在INT1引脚上出现的外部中断信号的下降沿引脚上出现的外部中断信号的下降沿时，由硬件置位，请求中断，进入中断服务时，由硬件置位，请求中断，进入中断服务后被硬件自动清除。后被硬件自动清除。*本页以下与中断相关的内容，可以留在后续本页以下与中断相关的内容，可以留在后续单元中去理解单元中去理解定时器/计