第七章定时器及应用

1、定时器及应用定时器及应用教学内容教学内容基本要求基本要求：掌握计数：掌握计数/ /定时器的应用及编程方法定时器的应用及编程方法重点：重点：定时器定时器/ /计数器工作模式及应用计数器工作模式及应用难点：难点：定时器定时器/ /计数器的应用编程计数器的应用编程 定时器定时器/ /计数器的结构及功能计数器的结构及功能定时器定时器/ /计数器的控制计数器的控制定时器定时器/ /计数器的计数器的4 4种工作模式及其应用种工作模式及其应用定时器定时器/ /计数器的编程方法计数器的编程方法7.1 7.1 定时器概述定时器概述v89C51单片机内有两个16位定时器/计数器，即定时器0(T0)和定时器1(T1

2、)，都是16位加1计数器。v功能：定时和事件计数，可用于定时控制、延时、对外部件计数和检测等场合。vT0由两个8位特殊功能寄存器TH0和TL0构成；T1由TH1和TL1构成。v每个定时器都可由软件设置为定时工作方式或 计数工作方式。由特殊功能寄存器TMOD和TCON所控制。v定时器工作不占用CPU时间，除非定时器/计数器溢出，才能中断CPU的当前操作。v定时器/计数器有四种工作模式。 定时器计数89C51片内振荡器输出经12分频后的脉冲，即每个机器周期使定时器（T0或T1）的数值加1直至计满溢出。 当89C51采用12MHz晶振时，一个机器周期为1s，计数频率为1MHz。定时工作方式定时工作方

3、式 若89C51采用6MHz晶振，计数频率为多少？v通过引脚T0（P3.4）和T1（P3.5）对外部脉冲信号计数。当输入脉冲信号产生由1至0的下降沿时计数器的值加1。vCPU检测一个检测一个1至至0的跳变需要两个机器周期，故最的跳变需要两个机器周期，故最高计数频率为振荡频率的高计数频率为振荡频率的1/24。v为了确保某个电平在变化之前被采样一次，要求电平保持时间至少是一个完整的机器周期Tcy。计数工作方式计数工作方式TcyTcy 定时器共有两个控制字，由软件写定时器共有两个控制字，由软件写TMOD和和TCON两个两个8位寄存器，用来设置位寄存器，用来设置T0和和T1的工作模式和控制功能。单片机

4、系的工作模式和控制功能。单片机系统复位时，两个寄存器所有位都被清统复位时，两个寄存器所有位都被清0。 6.2 定时器的控制定时器的控制 TMOD用于用于控制控制T0和和T1的工作模式的工作模式，其各位的定义格式如下图所示。其各位的定义格式如下图所示。 一、工作模式寄存器一、工作模式寄存器TMOD（89H） M1、M0形成四种编码控制四种工作模式形成四种编码控制四种工作模式 TMOD (89H) 工作模式工作模式 00模式模式001模式模式110模式模式211模式模式3 功能选择功能选择 1计数计数0定时定时 选通控制选通控制 1受受/INT1控制控制0不受不受/INT1控制控制TMOD不能位寻

5、址，只能字节寻址。不能位寻址，只能字节寻址。C/T：定时器：定时器 /计数器方式选择位计数器方式选择位 C/T=0：定时方式：定时方式 计数片内脉冲（即对机器周期计数，计数片内脉冲（即对机器周期计数，周期确定周期确定） C/T=0：计数方式：计数方式 计数片外脉冲（即对通过计数片外脉冲（即对通过P3.4/P3.5来自片外的计来自片外的计数信号计数，数信号计数，周期不定周期不定）GATE：门控位：门控位 GATE =0：软件使：软件使TR0/TR1置置1，即可启动定时器，即可启动定时器 GATE =1：只有：只有INT0/INT1输入信号为高电平，输入信号为高电平，软件使软件使TR0/TR1置置

6、1，才可启动定时器，才可启动定时器定时器的使用：定时器的使用：设置工作方式设置工作方式-置初值置初值-启动启动-溢出中断溢出中断二、控制寄存器二、控制寄存器TCON（88H） TCON各位的作用如下：各位的作用如下： TF1(TCON.7)T1溢出标志位。溢出标志位。 TF0(TCON.5)T0溢出标志位。溢出标志位。 TR1(TCON.6)T1运行控制位运行控制位。 TR0(TCON.4)T0运行控制位运行控制位。 IE1,IT1,IE0和和IT0(TCON.3TCON.0)外外部中断部中断INT1,INT0请求及请求方式控制位。请求及请求方式控制位。 89C51复位后，复位后，TCON的所

7、有位被清的所有位被清0。 TCON (88H) T0运行控制（软件）运行控制（软件） 1启动启动0禁止禁止 T0溢出标志（硬件）溢出标志（硬件） 1溢出溢出0未溢出未溢出 T1运行控制（软件）运行控制（软件） 1启动启动0禁止禁止 T1溢出标志（硬件）溢出标志（硬件） 1溢出溢出0未溢出未溢出7.3 定时器的四种模式及应用定时器的四种模式及应用 89C51单片机的定时单片机的定时/计数器计数器T0和和T1可由可由软件对特殊功能寄存器软件对特殊功能寄存器TMOD中控制位中控制位C/T进进行设置，以选择定时功能或计数功能。对行设置，以选择定时功能或计数功能。对M1和和M0位的设置对应于四种工作模式

8、，即模式位的设置对应于四种工作模式，即模式0、模式模式1、模式、模式2和模式和模式3。在模式在模式0、模式、模式1和模和模式式2时，时，T0和和T1的工作模式相同；在模式的工作模式相同；在模式3时，时，两个定时器的工作模式不同两个定时器的工作模式不同。一、模式一、模式 0 0 及其应用及其应用（一）模式（一）模式 0 的逻辑电路结构的逻辑电路结构(以以T0为例为例) 模式模式0是选择定时器（是选择定时器（T0或或T1）的）的高高8位位和和低低5位位组成的一个组成的一个13位位定时器定时器/计数器。计数器。定时计数 在这种模式下，在这种模式下，1616位寄存器（位寄存器（TH0TH0和和TL0T

9、L0）只用）只用了了。其中。其中TL0TL0的高的高3 3位未用，其余位未用，其余5 5位为整个位为整个1313位位的低的低5 5位，位，TH0TH0占高占高8 8位。当位。当TL0TL0的低的低5 5位溢出时，向位溢出时，向TH0TH0进位；进位；TH0TH0溢出时，向中断标志溢出时，向中断标志TF0TF0进位（硬件置进位（硬件置位位TF0TF0），并申请中断。），并申请中断。 TH0TL08位5位（二）模式（二）模式 0 工作特点工作特点（二）模式（二）模式 0 工作特点工作特点如何得到所需的时间？ 当当C/ T =0时，控制开关接通时，控制开关接通振荡器振荡器12分频输出端，分频输出端，

10、T0对机器对机器周期计数。这就是定时工作方式。周期计数。这就是定时工作方式。 定时时间为：定时时间为：t=(213T0初值初值)振荡周期振荡周期12 当当C/ T =1时，时，T0对外部输入计数。对外部输入计数。计数长度为：计数长度为： L=(213T0初值初值)（个外部脉冲）（个外部脉冲）例例1：设晶振为：设晶振为12MHz，试计算定时器，试计算定时器T0工作于模式工作于模式0时时的最大定时时间的最大定时时间T。解：解：当当T0处于处于工作模式工作模式0时，加时，加1计数器为计数器为13位位。 定时时间为：定时时间为： t=(213T0初值初值)振荡周期振荡周期12 最大定时时间为最大定时时

11、间为“T0初值初值=0”时。时。所以：所以：122T13 振振荡荡周周期期12101212613 ms192.81081926 例例2：设定时器：设定时器T0用于定时用于定时10ms，晶振为，晶振为6MHz。编。编程实现：程实现：P1.0输出周期为输出周期为20ms的方波。的方波。 解：解：1）确定）确定T0初值初值 当当T0处于工作模式处于工作模式0时，加时，加1计数器为计数器为13位。位。定时时间：定时时间：120T2(T13 振振荡荡周周期期初初值值）所以：所以：120T2(ms1013 振振荡荡周周期期初初值值）12106101020T6313 初初值值T0T0初值初值=3192=C7

12、8H=3192=C78H = =011000110110001111000 B11000 B即：（即：（TH0）=0110 0011 B=63H（高（高8位）位） （TL0）=1 1000 B=18H（低（低5位）位）3192 32商为高商为高8位，位，余数为低余数为低5位位 TMOD的低四位为的低四位为T0的控制位的控制位 模式模式0：M1M0=00， 定时器方式：定时器方式：C/T=0， 门控位不受门控位不受INT0的影响：的影响：GATE=0， 其余位：其余位：为为 0。 模式字为模式字为 TMOD=0000 0000 B=00H定时器定时器T1定时器定时器T0GATE C/ T M1

13、M0 GATEM1C/ TM0TMOD（89H） D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0解：解：2 2）确定确定TMOD的初值的初值解：解：3）编写程序编写程序方法一：采用查询方式方法一：采用查询方式 #include vvoid main()v TMOD=0 x00;v TH0=0 x63; TL0=0 x18;v ET0=1; EA=1;v TR0=1;v P1_0=1;v while(1)v if(TF0=1)v v TF0=0;v TH0=0 x63; TL0=0 x18;v P1_0=P1_0; v v v解：解：3）编写程序编写程序方法二：定时器溢出中断方式实现方法二：定时

14、器溢出中断方式实现v#include vvoid main()v v TMOD=0 x00;v TH0=0 x63; TL0=0 x18;v ET0=1; EA=1;v TR0=1;v P1_0=1;v while(1);vvvoid timer_0() interrupt 1vv TH0=0 x63;v TL0=0 x18; v P1_0=P1_0; v思考:设定时器设定时器T0用于定用于定时时10ms，晶振为，晶振为6MHz。编程实现：编程实现：P1.0输出周期输出周期为为40ms,高电平宽为高电平宽为10ms,低电平宽为低电平宽为30ms的矩形波。的矩形波。如何编程如何编程? 二、二、

15、模式模式 1 及其应用及其应用该模式对应的是一个该模式对应的是一个16位的定时器位的定时器/计数器。计数器。其结构与操作几乎与模式其结构与操作几乎与模式0完全相同，唯一的完全相同，唯一的差别是：在模式差别是：在模式1中，寄存器中，寄存器TH0和和TL0是以是以全部全部16位位参与操作。参与操作。用于定时工作方式时，定时时间为：用于定时工作方式时，定时时间为： 用于计数工作方式时，计数长度为：用于计数工作方式时，计数长度为： (216T0初值初值)（个外部脉冲）（个外部脉冲）。 例例3 3：设定时器：设定时器T0T0选择工作模式选择工作模式1 1的计数器工作方式，的计数器工作方式，其计数器初值为

16、其计数器初值为FFFFFFFFH H，问此时定时器，问此时定时器T0T0的实际的实际用途是什么？用途是什么？解：因其初值为解：因其初值为FFFFHFFFFH，只要随机外来一脉冲即可溢，只要随机外来一脉冲即可溢出，向出，向CPUCPU申请中断，故这一内部中断源实质上申请中断，故这一内部中断源实质上已作为外部中断源使用。因此此定时器已作为外部中断源使用。因此此定时器T0T0并不用并不用于定时或计数。于定时或计数。例例4 4：设晶振为：设晶振为12MHz12MHz，试计算定时器，试计算定时器T1T1工作于模式工作于模式1 1时的最大定时时间时的最大定时时间T T。解：解：当当T1T1处于处于工作模式

17、工作模式1 1时，加时，加1 1计数器为计数器为1616位位。 定时时间为： t=(216T1初值)振荡周期12 最大定时时间为“T1初值=0”时。所以：122T16 振振荡荡周周期期12101212616 ms536.6510655366 例例5 5：用定时器：用定时器T1T1产生一个产生一个50Hz50Hz的方波，由的方波，由 P1.1P1.1输出。输出。foscfosc=6MHz=6MHz。解：1）确定定时器T1初值 方波周期T=1/50 =0.02s = 20ms 用T1定时10ms,时间到P1.1引脚电平取反。121T2t16 振振荡荡周周期期初初值值）（定定时时时时间间：12t21

18、T16 振振荡荡周周期期初初值值121061ms1021T616 初初值值H78EC605361T 初初值值（TH1TH1）=ECH=ECH，（，（TL1TL1）=78H=78H20ms10ms 10ms解：解：2 2）确定工作模式寄存器）确定工作模式寄存器TMODTMOD的值的值 定时器T1工作于模式1的定时器工作方式， 高四位：高四位： GATE=0，C/T=0，M1M0=01 ，低四位：取，低四位：取0。 （TMODTMOD）=0001 0000 B = 10H=0001 0000 B = 10H3）编程（查询方式）编程（查询方式） #include void main() TMOD=0

19、 x10; TH1=0 xec; TL1=0 x78; ET1=1; EA=1; TR1=1; P1_1=1; while(1) if(TF1=1) TF1=0; TH1=0 x63; TL1=0 x18; P1_1=P1_1; 3）编程（定时器溢出中断方式）编程（定时器溢出中断方式） #include void main() TMOD=0 x10; TH1=0 xec; TL1=0 x78; ET1=1; EA=1; TR1=1; P1_1=1; while(1);void timer_1() interrupt 3 TH1=0 x63; TL1=0 x18; P1_1=P1_1; 模式模式

20、2把把TL0(或或TL1)配置成一个可以配置成一个可以自动重装自动重装载载的的8位位定时器定时器/计数器，逻辑电路结构如下图。计数器，逻辑电路结构如下图。三、三、 模式模式 2 及其应用及其应用TL0计数溢出时，不仅使溢出中断标志位计数溢出时，不仅使溢出中断标志位TF0置置1，而，而且还自动把且还自动把TH0中的内容重新装载到中的内容重新装载到TL0中。中。v在程序初始化时，在程序初始化时，TL0TL0和和TH0TH0由软件赋予相同的初值由软件赋予相同的初值。v用于定时工作方式时，定时时间为： t=(28TL0初值)振荡周期12v用于计数工作方式时，计数长度为：用于计数工作方式时，计数长度为：

21、 (2(28 8TL0TL0初值初值) ) （个外部脉冲）（个外部脉冲）v该模式可省去软件中重装常数的语句，并可产生相该模式可省去软件中重装常数的语句，并可产生相当精确的定时时间，适合于作串行口波特率发生器当精确的定时时间，适合于作串行口波特率发生器。 例例6：当：当P3.4引脚上的电平发生负跳变时，从引脚上的电平发生负跳变时，从P1.0输出输出一个一个500s的同步脉冲。的同步脉冲。编程实现该功能，fosc=6MHz。 解解： 首先选首先选T0为模式为模式2，外部事件计数方式。当，外部事件计数方式。当P3.4引引脚上的电平发生负跳变时，脚上的电平发生负跳变时，T0计数器加计数器加1，溢出标志

22、，溢出标志TF0置置1；然后改变；然后改变T0为为500s定时工作方式，并使定时工作方式，并使P1.0输出由输出由1变为变为0。T0定时到产生溢出，使定时到产生溢出，使P1.0引脚引脚恢复输出高电平，恢复输出高电平，T0又恢复外部事件方式。又恢复外部事件方式。（2）计算T0初值v T0T0工作在外部事件计数方式工作在外部事件计数方式： 题目要求题目要求T0T0引脚出现一次外部事件时，引起引脚出现一次外部事件时，引起T0T0中中断。断。 所以：设计计数器初值为所以：设计计数器初值为FFHFFH，当计数器再加，当计数器再加1 1就就溢出。溢出。 即即: T0: T0初值初值+1=2+1=28 8

23、T0T0初值初值 = 2= 28 8 1=11111111B=0FFH1=11111111B=0FFH 即：（TH0）=（TL0）=FFHv T0 T0工作在定时工作方式：工作在定时工作方式： 因为晶振频率为因为晶振频率为6MHz6MHz，定时，定时500s500s。 所以：所以：(2(28 8T0T0初值初值) )2s=500s2s=500s 得出：得出：T0T0初值初值 =6=06H=6=06H， 即：（TH0）=（TL0）=06H（3）程序清单:v#include vbit flag=0;vmain()vv TMOD=0 x06;v TH0=0 xff;v TL0=0 xff;v P1_

24、0=1;v ET0=1;v EA=1;v TR0=1;v while(1); vvvoid timer_0() interrupt 1vv TR0=0;v flag=flag;v if (flag=0)v v P1_0=1;v TMOD=0 x06;v TH0=0 xff;v TL0=0 xff;v TR0=1;v v elsev v P1_0=0;v TMOD=0 x02;v TH0=0 x06;v TL0=0 x06;v TR0=1;v v例6-8完例例7 7：利用定时器：利用定时器T1T1的模式的模式2 2对外部信号计数。要求每计对外部信号计数。要求每计满满100100次，将次，将 P1

25、.0P1.0端取反。端取反。解：（1）选择模式 外部信号由T1（P3.5）引脚输入，每发生一次负跳变计数器加1，每输入100个脉冲，计数器发生溢出中断，中断服务程序将P1.0取反一次。 T1计数工作方式模式2的模式字为（TMOD）=60H。 T0不用时，TMOD的低4位可任取，但不能进入模式3，一般取0。（2）计算T1的计数初值 X= 28 100=156=9CH 因此:TL1的初值为9CH，重装初值寄存器TH1=9CH。（3）程序清单v#includevmain()vv TMOD=0 x60;v TH1=0 x9c;v TL1=0 x9c;v ET1=1;v EA=1;v TR1=1;v w

26、hile(1);vvvoid timer_1() interrupt 3vv P1_1=P1_1;v四、四、 模式模式 3 3 及其应用及其应用 工作模式工作模式3对对T0和和T1大不相同。大不相同。 若将若将T0设置为设置为模式模式3，TL0和和TH0被分成为两个相互独立的被分成为两个相互独立的8位计位计数器数器，逻辑图如下图：，逻辑图如下图： T0设置为模式3，TL0和TH0被分成两个相互独立的8位计数器。TL0： 用原T0的各控制位、引脚和中断源，即C/T，GATE，TR0，TF0，T0（P3.4）引脚，INT0（P3.2）引脚。 TL0可工作在定时器方式和计数器方式。其功能和操作与模式

27、0、模式1相同（只是8位）。TH0： 只可用作简单的内部定时功能。 TH0占用了定时器T1的控制位TR1和T1的中断标志TF1，其启动和关闭仅受TR1的控制。v定时器T1无工作模式3状态。在T0用作模式3时，T1仍可设置为模式02。vT0模式3下T1的逻辑电路结构见书图6-11所示。v由于TR1和TF1被定时器T0占用，计数器开关K已被接通，此时，仅用T1控制位C/T切换其定时或计数器工作方式就可使T1运行。当计数器溢出时，只能将输出送入串行口或用于不需要中断的场合，一般作波特率发生器。例例8 8：设某用户系统已使用了两个外部中断源，并置：设某用户系统已使用了两个外部中断源，并置定时器定时器T

28、1T1工作在模式工作在模式2 2，作串行口波特率发生器用。，作串行口波特率发生器用。现要求再增加一个外部中断源，并由现要求再增加一个外部中断源，并由P1.0P1.0引脚输出引脚输出一个一个5kHz5kHz的方波。的方波。FoscFosc=12MHz.=12MHz.解：（1）工作模式确定 可设置T0工作在模式3计数器方式，把T0的引脚作附加的外部中断输入端，TL0的计数初值为FFH，当检测到T0引脚电平出现由1至0的负跳变时，TL0产生溢出，申请中断。 T0模式3下，TL0作计数用，而TH0用作8位的定时器，定时控制P1.0引脚输出5kHz的方波信号。 （2）计算初值TL0的计数初值为FFH。T

29、H0的计数初值X为： P1.0方波周期 T=1/(5kHz)=0.2ms=200s 用TH0作定时100s时， X=256-100s/1s=156（3）程序清单 #include unsigned char temp;main() TMOD=0 x27; TL0=0 xff; TH0=156; TH1=temp; TL1=temp; TCON=0 x55; IE=0 x9f; while(1);void int_0() interrupt 0 void timer_l0() interrupt 1 TL0=0 xff;void int_1() interrupt 2 void timer_h0

30、() interrupt 3 TH0=156;void s_con() interrupt 4五、五、 综合应用举例综合应用举例例8：设时钟频率为6MHz。编程使P1.0所接的发光二极管闪烁,亮灭的时间分别为1S,利用T0定时。解：（1）定时器T0工作模式的确定模式0最长可定时16.384ms; 模式1最长可定时131.072ms; 模式2最长可定时512s;定时1s，可选用模式1，每隔100ms中断一 次，中断10次从而达到1s的定时。（2）求计数器初值X (216X)12/(6 106) =10010-3 s X=15536=3CB0H 因此：(TL0)=0B0H (TH0)=3CH(3)

31、实现方法： 对于中断10次计数，可使T0工作在计数方式，也可用循环程序的方法实现。本例采用循环程序法。（4）源程序清单v#include vunsigned char count=0;vmain()vv TMOD=0 x01;v TH0=0 xb0;v TL0=0 x3c;v ET0=1;v EA=0;v TR0=1;v while(count!=10);v TR0=0;v while(1);vvvoid timer_0() interrupt 1vv count+;v 例例9 9：设计实时时钟程序。时钟：设计实时时钟程序。时钟 就是以秒、分、时为单位进行计就是以秒、分、时为单位进行计时。用定时器与中断的联合应用时。用定时器与中断的