第05 MCS-51单片机的定时器计数器

1、第五章 MCS-51单片机的定时器(sh q)/计数器本章内容了解定时/计数器的作用； 定时和计数两种方式(fngsh)的区别；定时/计数器的结构与工作原理；利用相关寄存器对定时计数器初始化及编程。1西华大学电气信息学院 郑海春共四十四页5.1 定时/计数器概述5.2 定时/计数器工作方式与原理5.3 定时/计数器的四种工作模式5.4 定时/计数器的控制(kngzh)和状态寄存器5.5 定时/计数器的初值计算5.6 定时/计数器的应用本 章 目 录2西华大学(dxu)电气信息学院 郑海春共四十四页5.1 定时(dn sh)/计数器概述定时(dn sh)、计数是计算机经常要处理的操作。如： 利用

2、单片机产生某一频率的方波（定时）；利用单片机作工业生产线上的产品数量统计、电机转速的测量（计数）等。3西华大学电气信息学院 郑海春共四十四页以定时为例：通常有两种方法实现。软件延时法：利用指令（延时子程序）运行所消耗的时间实现所需的定时时间。 特点：由CPU控制，占用CPU的资源；硬件法：利用一个硬件电路实现所需的时间定时，一旦时间到便产生一个标志信号通知CPU。特点：由CPU控制定时的启动，但定时过程(guchng)由专用模块实现，CPU不参与其过程(guchng)。所以提高了CPU的工作效率。4西华(x hu)大学电气信息学院 郑海春共四十四页定时/计数器就是专用于产生延时和计数的外围模块

3、，是单片机内部重要的组成部分。作为(zuwi)一个嵌入式控制器，其内部所包含的定时/计数器的数量已经成为衡量其功能的重要指标。5西华大学(dxu)电气信息学院 郑海春共四十四页5.2 定时/计数器工作(gngzu)方式与原理单片机的定时/计数器是硬件(yn jin)逻辑电路，它可以完成两种不同的工作方式 - “定时”、“计数”；使用硬件电路，可以提高CPU的工作效率。6西华大学电气信息学院 郑海春共四十四页定时:产生一个(y )标准的时间间隔;如20mS,100mS或1000mS等.单片机使用这种方式可以产生一个符合某一要求的脉冲方波(如下图)。20mS40mSMCS-51P x.y 输出(s

4、hch)波形7西华大学电气信息学院 郑海春共四十四页计数：对外部的事件(脉冲)进行统计。外部事件的发生是随机的,单片机不可能预知外部事件何时发生,但可以进行统计（计数）。当达到所要求(yoqi)的计数值时,单片机进行相应的操作。MCS-51T0 ( T1) 端口外部(wib)脉冲外部设备8西华大学电气信息学院 郑海春共四十四页单片机检测(jin c)产品数量示意图P0口 MCS-51T0红外线扫描(somio)发射器红外线接收电路产品包装控制器产品生产线产品传送带9西华大学电气信息学院 郑海春共四十四页定时/计数器 的基本(jbn)模型D7D6D5D4D3D2D1D0CY计数(j sh)脉冲C

5、P溢出标志8位的加一计数器定时、计数器的核心部件是一个计数器。两种工作方式的区别在于计数脉冲来源；10西华大学电气信息学院 郑海春共四十四页MCS-51单片机 定时(dn sh)/计数器的工作原理 N位增量(zn lin)计数器TFN位初值寄存器系统内部时钟fosc启动控制 TR外部脉冲T0或T1引脚定时/计数控制C/*T计数器溢出中断信号计数脉冲CPC/*T=0C/*T=1定时、计数时间到标志（1）：何时控制启动计数器？ 问题： （2）：如何控制是定时还是计数？ （3）：如何控制定时/计数的长短？11西华大学电气信息学院 郑海春共四十四页TR.定时计数器的启动控制开关。 TR=1：计数器开始

6、计数； TR=0：计数器停止计数。C/T. 计数器输入脉冲选择开关，决定(judng)着计数器的 “定时” 或“计数”的两种工作方式。 C/T=0：计数器接收内部时钟信号fosc- 定时方式； C/T=1：计数器接收引脚上的外部信号-计数方式。TF. 计数器溢出标志。 TF=1 ：定时或计数时间到，可以采用查询或中断方 式处理；初值寄存器：预装用来决定计数器产生溢出周期的参数，此参数决定着定时或计数的周期。通常要预算并送入初值寄存器中。12西华大学(dxu)电气信息学院 郑海春共四十四页5.3 定时/计数器的四种工作(gngzu)模式在MCS-51单片机内部，具有两个(lin )完全相同的定时

7、计数器T0、T1。它们都具有两种工作方式：定时和计数；无论是定时或计数方式，又都具备四种工作模式，以根据实际要求达到最佳的工作状态。定时计数器的工作方式、工作模式是由SFR中的TMOD内容来决定的。因此对其方式、模式的设定是靠对TMOD的初始化编程实现的。13西华大学电气信息学院 郑海春共四十四页模式(msh)0:13位计数器模式TH1 TL1震荡(zhndng)器1/12(8位)(低5位)TF1中断启动控制T1 引脚TR1GATEINT1高三位弃用C/*T=0C/*T=113位加1计数器在某一个初值的基础上加1计数，当计数器计满为全“1”,再来一个计数脉冲时，就产生一个“溢出中断信号”TF1

8、=1。由于低8位计数器中的高三位没有参与工作，故填装初值时应“避开”此三位。14西华大学电气信息学院 郑海春共四十四页类同于模式(msh)0。由于两个计数器为完整的8位，故将计算好的16位初值可直接填装到TH、TL中。TL1TH1震荡(zhndng)器1/12(8位)(8位)TF1中断启动控制T1 引脚TR1GATEINT1C/*T=0C/*T=1模式1 :16位计数器模式16位加1计数器15西华大学电气信息学院 郑海春共四十四页模式(msh)0、1的特点13位和16位的计数器模式。启动后，从某一个初值的基础上进行“加一”计数。当计到“全”时再来一个计数脉冲，计数器就会产生一个“溢出”即TF=

9、1，此时计数器本身为“全零”。如果需要重复性的完成某一值的定时或计数，需要在每一次计数前不断的重新预装初值，称之为“软件(run jin)重装初值”。16西华大学电气信息学院 郑海春共四十四页TL做计数器，TH做初值寄存器，工作前TL1,TH1分别预置相同的初值。TL1计数时, 产生溢出的同时, 将TH1中的初值自动重装(zhn zhun)TL1。TL1继续计数。TL1(8位)TH1(8位)震荡(zhndng)器1/12TF1中断控制T1 引脚TR1GATEINT1C/*T=1C/*T=0模式2 : 8位自动重装初值模式8位加1计数器8位初值寄存器17西华大学电气信息学院 郑海春共四十四页模式

10、2的特点(tdin)及应用8位计数器的模式(msh)，定时或计数的范围远远小于模式(msh)0和模式(msh)1；具备初值“硬件自动重装”功能，非常适合进行重复性定时的场合，如产生连续方波信号等。编成中省去了软件重装初值的麻烦 ；在MCS-51单片机中，T1设定成此模式用于做串行口波特率发生器。18西华大学电气信息学院 郑海春共四十四页将T0和T1重新进行“拆分、组合”。将T0变为由TH0,TL0组成的两个(lin )独立的8位定时/计数器。TL0震荡(zhndng)器1/12TF0中断控制T0 引脚TR0GATEINT0C/*T=0C/*T=1TH0TF1中断控制TR1Fosc/12模式3

11、组合扩展模式（仅适用于T0）19西华大学电气信息学院 郑海春共四十四页【注意】：TH0,TL0及T1的各自特点:1, TH0计数脉冲来自内部fosc，所以它只能处于”定时”方式；2, TH0分别借用了定时器T1的TR1和TF1为自己服务，使TH0能象TL0那样用TR1启动定时，并用TF1来作为TH0的溢出(y ch)中断的标志；3, 此时，由于T1缺少了启动控制信号TR1和溢出标志TF1，那么在模式3时,T1是如何启动和工作？4, 模式3就是将单片机原有的T0、T1两个计数器变成三个独立的计数器。其中T1要事先设定为模式2（串行口的波特率发生器）并启动起来。20西华大学电气信息(xnx)学院

12、郑海春共四十四页在模式(msh)3时T0,T1的电路结构图TL0八位(b wi)定时/计数器TH0八位定时器TL1TF0TF1将T0分解为两个计数器TL0：8位定时/计数器；TH0：8位定时器（借用TR1和TF1） T1（模式2）做波特率发生器。此种方式不用反复启动和查询标志TH121西华大学电气信息学院 郑海春共四十四页GATE 信号(xnho)的作用GATE=0时：当TR1=1时，启动定时/计数工作。 一种定时计数器通常的工作方式(fngsh)；GATE=1且TR=1时： INT=1时,开始工作；INT=0时，计数器停止计数。此方式用于测量INT脚上输入的正脉冲的脉宽。TR0=1GATE=

13、1/ INT001100启动计数器22西华大学电气信息学院 郑海春共四十四页定时/计数器4种模式比较(bjio)（计数方式）模 式计数模 M 最大计数值模式013位T max = 213 =8192模式116位T max = 216 = 65536模式2，38位T max= 28 =25623西华(x hu)大学电气信息学院 郑海春共四十四页定时(dn sh)/计数器4种模式比较（定时(dn sh)方式）模 式计数模 M 最大定时时间 T max（fosc=12M）模式013位T max=8192*1 =8.192ms模式116位T max=65536* 1=65.536ms模式2，38位T

14、max=256*1 =0.256msT=(M-TC)t 其中(qzhng),T: 定时时间，M: 计数器的模，TC:计数初值，t:计数器计数脉冲的周期（t = fosc/12)。24西华大学电气信息学院 郑海春共四十四页5.4 定时/计数器的控制(kngzh)和状态寄存器GATE 选通门: GATE=0时,只要TR=1,计数器就开始工作； GATE=1时,只有INT=TR=“1”时,计数器工作 （用来测量INT脚高电平脉冲的宽度）。C/T 计数、定时方式(fngsh)选择位: C/T=1时,计数方式。 C/T=0时:定时方式。M1 、M0 模式选择:确定四种工作模式.GATEC/TM1M0GA

15、TEC/TM1M0定时/计数器1定时/计数器01.模式控制寄存器TMOD （SFR的地址:89H）25西华大学电气信息学院 郑海春共四十四页TF0 定时器T0的溢出标志: 计数器溢出时硬件自动置位，即TF0=1。进入中断后再由硬件自动清除（TF0=0）；TR0 计数器T0的控制位: 由软件设定: TR0=1计数器开始工作(gngzu)； TR0=0计数器停止计数。TF1、TR1同上。TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT02.控制(kngzh)寄存器TCON (SFR地址:88H)26西华大学电气信息学院 郑海春共四十四页IE1,IE0 外部中断*INT1,*INT0的请求标志: 当单

16、片机检测到INT引脚上有下降沿(或低电平)时,IE=1申请中断.进入中断服务程序时,硬件自动清除IE标志.IT1,IT0 外中断触发类型控制(kngzh): IT=1时,外中断信号的下降沿触发IE标志； IT=0时,外中断信号的低电平触发IE标志。TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0控制(kngzh)寄存器TCON (SFR地址:88H)27西华大学电气信息学院 郑海春共四十四页5.5 定时(dn sh)/计数器的初值计算计数器TH、TL中的初值TC决定着计数器溢出的时间。根据具体的实际应用的需要，计算出对应的TC值是对定时/计数器初始化的重要步骤(bzhu)；初值TC的大小与系统

17、的工作频率fosc和定时计数器的工作模式有关。28西华大学电气信息学院 郑海春共四十四页（一）计数器工作(gngzu)方式下的TC计算TC=M-C 其中：M-计数器的模 模式(msh)0： M=213=8192 模式1： M=216=65536 模式2,3：M=28=256 C - 要求的计数值29西华大学电气信息学院 郑海春共四十四页（二）定时工作(gngzu)方式下的TC计算TC=M-T/ T计数 其中： M-计数器的模模式0： M=213=8192模式1： M=216=65536模式2,3： M=28=256 T计数 -计数周期(即机器周期)=(1/fosc)12 T - 要求(yoqi

18、)的定时时间值30西华大学电气信息学院 郑海春共四十四页TC 计算(j sun)举例（一）计数方式：要求每计100个脉冲定时器产生一次溢出。【解1】选择模式2。TC=256-100=156=9CHMOVTH0，#9CHMOVTL0，#9CH【解2】选择模式1。TC=65536-100=65436=FF9CHMOVTH0，#0FFHMOVTL0，#9CH【思考题】若选用(xunyng)模式0，TC=？，如何编写指令？31西华大学电气信息学院 郑海春共四十四页TC 计算(j sun)举例（二）定时方式：要求T0产生50mS的定式。【解1】选择(xunz)模式1。 TC=M-T/ T计数 TC =6

19、5536 （50mS*1000）/1S =65536 50000 =15536=3CB0HMOVTH0，#3CHMOVTL0，#0B0H【思考题】为什么选择模式1？ 32西华大学电气信息学院 郑海春共四十四页5.6 定时(dn sh)/计数器的应用学习定时/计数器的编程方法：首先，根据实际应用，确定：工作方式的选择（定时或计数？）；工作模式(msh)的确定（取决于定时或计数的范围）；计算初值并装载TH、TL寄存器中；启动定时器开始工作。上述操作主要体现在对TMOD、TCON的初始化。33西华大学电气信息学院 郑海春共四十四页（一）定时器方式(fngsh)1应用举例利用单片机的P1.0产生(ch

20、nshng)一个频率为100HZ的对称方波。【解】：使用T0。确定工作方式、工作模式和定时初值。1.选择定时方式（C/T=0）；2.选择模式1（M1 、M0=01) ，3.计算初值TC 。TC= 65536 - 5ms /1us=60536=EC78H 即TH=0ECH，TL=78H。 4.试编程。10ms5 ms5 ms34西华大学电气信息学院 郑海春共四十四页用单片机设计(shj)一个方波发生器示意图MCS-51P1.0GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0TMOD 0000 0001TCON35西华大学电气信息(xnx)学院 郑海春共

21、四十四页ORG 0030HSTRAT:MOV TMOD,#01H ;设定时器为定时(dn sh)，模式1SETB TR0 ;启动定时器T0LOOP:MOV TH0,# 0ECH ;设定时初值MOV TL0,# 78HJNB TF0,$ ;定时时间到？CLR TF0 ;清T0标志CPL P1.0 ;P1.0取反SJMP LOOP ;循环继续END程序清单（查询(chxn)法）36西华大学电气信息学院 郑海春共四十四页程序(chngx)流程图（查询法）设定(sh dn)T0的模式启动T0设定定时初值TF0=0清标志CPL P1.0YN37西华大学电气信息学院 郑海春共四十四页思考题：若采用(ciy

22、ng)模式0如何编程？ 模式(msh)0时（13位模式(msh)）：TC= 8192 - 5ms /1us=3193=0C78H=0000 1100 0111 1000 B=01100 01111000 B高8位TH0 低5位TL0MOVTH0，#63HMOVTL0，#18H【注意】低8位中的高三位用0来填充，即0001100038西华大学电气信息学院 郑海春共四十四页（二）定时器方式1应用(yngyng)举例利用P1.0口线输出周期为2S的方波。【解】如何产生1S（1000ms）的定时？ 1000ms的定时由50ms累计20次。1, 选择T0且设定为定时方式，模式(msh)1。2, TC=6

23、5535-50ms/1us=3CB0H3, TMOD控制字为：00000001B=01H4, T0采用中断方式,既每50ms产生一次 中断，中断20次便是1S。软件重装初值R0=0？NYCPL P1.02 S1S1SP1.020 R0R0-1R0RETIBRT0中断服务程序39西华大学电气信息学院 郑海春共四十四页ORG 0000HLJMP STARTORG 0030HSTART:MOV TMOD, #01H；设T0为定时方式，模式1MOV TH0 , #3CH；50mS定时初值MOV TL0 , #0B0HSETB TR0；启动定时器T0MOV R0 , #14H；计数器R0赋初值20LOO

24、P:JNB TF0, $；等待50mS定时BRT0:DJNZ R0, NEXT； 定时到计数器R0减一，R00，转NEXTCPL P1.0；P1.0输出取反MOV R0, #14H；计数器R0重赋(zhn f)初值20NEXT:MOV TH0, #3CH；软件重装初值MOV TL0, #0B0HSJMP LOOP;返回LOOP继续END查询(chxn)方式编程40西华大学电气信息学院 郑海春共四十四页（三）定时器门控位GATE的应用(yngyng)如果GATE=1, TR=1时电路是否(sh fu)计数取决于/INT0： /INT0=1 时开始计数；/INT0=0,电路停止计数。利用这一特点，可以实现测量外部脉冲的宽度。计数器震荡器1/12TF0中断计数控制T0 引脚TR0GATEINT0C/*T=0C/*T=1 MCS-51 INT041西华大学电气信息学院 郑海春共四十四页解题步骤：将外部脉冲接到P3.2（/INT0）上，使用T0且C/*T=0，且令GATE=1；计数器TH0、TL0原始初值为00H,且设为模式1(16位) ；在/INT0=0时启动T0计数器（TR0=1）；当/INT0=1时，定时器T0自动开始(kish)计数；当/INT0=0时计数自动停止计数，此时TH0、TL0中的计数值就是与脉冲宽度相对应的数据。