单片机的定时器计数器

单片机的定时器计数器第1页，课件共55页，创作于2023年2月6.1定时/计数器的结构与工作原理6.1.1定时/计数器的基本原理6.1.2定时/计数器的结构6.2定时/计数器的控制6.3定时/计数器的工作方式6.4定时/计数器的编程和应用第2页，课件共55页，创作于2023年2月纯软件定时/计数方法：定时——空循环预定周次，等待预定时间计数——读取I/O口电平，统计变化次数基本思路：由CPU统计状态变化次数，待预定结果出现后结束统计。delay(unsignedinttime){unsignedintj=0;for(;time>0;time--)for(j=0;j<125;j++);}存在问题：占用过多CPU机时纯软件第3页，课件共55页，创作于2023年2月单片机软硬件联合定时/计数方法：等待CPU响应系统时钟脉冲加1计数器溢出标志溢出定时器外来信号脉冲加1计数器溢出标志溢出等待CPU响应计数器外来信号脉冲加1计数器溢出标志溢出等待CPU响应系统时钟脉冲K定时/计数器定时器的本质是计数器(对时钟脉冲计数)，计数器则是对外来脉冲计数.软硬件联合第4页，课件共55页，创作于2023年2月计数器的溢出空间可随计数初值改变→定时时间tt=(计数器最大空间-计数初值)×机器周期=(2n-a)×12/fosc(s)t与n、a、fosc三个因素有关TFx（X=0、1）Tx端(每个机器周期产生一个计数脉冲)逻辑开关功能：=0→定时器方式，=1计数器方式基本工作原理第5页，课件共55页，创作于2023年2月TFx（X=0、1）Tx端计数值N=(计数器满计数值-计数初值)=(2n–a)N与n、a两个因素有关计数值N第6页，课件共55页，创作于2023年2月6.1定时/计数器的结构与工作原理6.1.1定时/计数器的基本原理6.1.2定时/计数器的结构6.2定时器的控制6.3定时/计数器的工作方式6.4定时/计数器的编程和应用第7页，课件共55页，创作于2023年2月2个16位计数器T0(TH0、TL0)和T1(TH1、TL1)——加1计数器2个控制寄存器TCON和TMOD——管理计数器的运行2个外部引脚T0(P3.4)和T1(P3.5)——接入外部脉冲定时/计数器的结构第8页，课件共55页，创作于2023年2月6.1定时/计数器的结构与工作原理6.2定时器/计数器的控制6.3定时/计数器的工作方式6.4定时/计数器的编程和应用第9页，课件共55页，创作于2023年2月门控位GATE=0-允许TR1启动计数器GATE=1-允许INT1启动计数器启动控制位TR1=1-启动计数器TR1=0-停止计数器外部中断1参与定时器的启停管理中断请求标志位TF1=1-请求TR1=0-复位

T1模式选择位=0-定时=1-计数定时/计数器的控制关系（以T1为例）第10页，课件共55页，创作于2023年2月定时器方式寄存器——TMODT0定时器控制寄存器——TCON第11页，课件共55页，创作于2023年2月TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT08FH8DH8CH8BH8AH89H88HTCON8EH(88H)定时器控制位外部中断控制位

T1

T0

TF0

TR0

T0脚INT0注意，系统上电默认值为TCON=0，则默认状态应为：TR0和TR1均为关闭状态、电平中断触发方式、没有外部中断请求TCON第12页，课件共55页，创作于2023年2月GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0D7D5D4D3D2D1D0TMODD6（89H）T1T0

T1方式选择位00-方式001-方式110-方式2T1工作状态

T1

T0

TF0

TR0

T0脚INT0T0方式选择位00-方式001-方式110-方式211-方式3T0工作状态TMOD第13页，课件共55页，创作于2023年2月GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0D7D5D4D3D2D1D0TMODD6（89H）T1T0

注意：TMOD只能以字节方式进行初始化例如，设置T0为定时器方式1，允许TR0启动；T1为计数器方式0，允许INT1启动。则TMOD=11000001B=0xc1又如，系统上电默认值为TMOD=0，则默认状态应为：T0和TI均为定时器方式0，允许TR0、TR1启动。注意：第14页，课件共55页，创作于2023年2月6.1定时/计数器的结构与工作原理6.2定时器/计数器的控制6.3定时/计数器的工作方式6.4定时/计数器的编程和应用第15页，课件共55页，创作于2023年2月M1M0工作方式功能说明00110101012313位定时/计数器16位定时/计数器8位自动重装定时/计数器3种定时/计数器关系T0工作方式注意：T0有4种工作方式，每种工作方式都有定时和计数2种方式。T1只有3种工作方式（T0的方式3中占用了T1的部分资源）。M1M0工作方式功能说明00101001213位定时/计数器16位定时/计数器8位自动重装定时/计数器T1工作方式学习顺序：方式1→方式2→方式0→方式3工作方式第16页，课件共55页，创作于2023年2月定时时间：t=(216-a)×12/fosc(s)——使用16位定时/计数器（THx+TLx）（M0M1为01组合时）定时范围为1～65,536μs（≈65ms）。最大定时时间（a=0，fosc=12MHz）：t=216(s)=65536(s)定时方式(1)方式1第17页，课件共55页，创作于2023年2月最大计数值：N=65536(脉冲)计数值：N=(216–a)由于检测一个负跳变需要2个机器周期，即24个振荡周期，故最高计数频率=。故，对于12MHz晶振，最大外部脉冲的频率为0.5MHz。计数方式第18页，课件共55页，创作于2023年2月设单片机的fosc=12MHz，采用T0定时方式1在P1.0脚上输出周期为2ms的方波。虚拟示波器实例1第19页，课件共55页，创作于2023年2月分析：周期为2ms的方波由2个半周期为1ms的正负脉冲组成方波输出原理：定时1ms后将端口输出电平取反。2ms1msTH0=0xfcTL0=0x181ms定时的计数初值应为：a=216–t*fos/12=216–1000*12/12=64536=0xfc18注意：需要不断重装计数初值。或：TH0=64536/256;TL0=64536%256;

第20页，课件共55页，创作于2023年2月#include<reg51.h>sbitP1_0=P1^0;main(){

TMOD=0x01;//设置T0定时方式1(00000001B)TR0=1;//启动T0for(;;){

TH0=0xfc;//装载计数初值

TL0=0x18;

do{}while(!TF0);//等待TF0溢出P1_0=!P1_0;//定时时间到P1.0反相

TF0=0;//TF0标志清0 }}T0（1）查询方式第21页，课件共55页，创作于2023年2月图6.14实例1仿真波形图第22页，课件共55页，创作于2023年2月#include<reg51.h>sbitP1_0=P1^0;timer0()interrupt1{//T0中断函数P1_0=!P1_0; //P1.0取反

TH0=0xfc; //装载计数初值

TL0=0x18;}main(){

TMOD=0x01; //T0定时方式1

TH0=0xfc; //装载计数初值

TL0=0x18;EA=1; //开总中断ET0=1; //开T0中断TR0=1; //启动T0 while(1);}注意：中断响应后系统可自动将TFx标志位清0（2）中断方式第23页，课件共55页，创作于2023年2月小结：使用定时/计数器的步骤强调：TMOD的设置只能以字节形式给出T0（1）设置TMOD——确定定时/计数器的工作状态T1定时计数012012T0定时计数01230123第24页，课件共55页，创作于2023年2月（2）计算计数初值——产生期望的定时间隔计数初值a=216-t×fosc/12（t≤65536s）THx=a/256TLx=a%256装载计数初值:第25页，课件共55页，创作于2023年2月3）确定采用何种方式处理溢出结果若是查询方式——采用条件判断语句若是中断方式→中断初始化设置和中断服务程序：do{}while(!TFx); //x=0或1……ETx=1；//开定时x中断，x=0或1EA=1；//开总中断tx_srv()interruptn{//n=1或3……}第26页，课件共55页，创作于2023年2月4）启动定时器：TR0=1或TR1=15）进行定时或计数结束后的其它工作6）为下次定时/计数做准备（清TFx标志+重装载计数初值）若是中断方式，则无需软件清TFx标志位；若是查询方式，需要软件清除TFx标志位。第27页，课件共55页，创作于2023年2月采用8位计数器，延时时间t=(28-a)×12/fosc(微秒)→12MHz时的最大定时量为256s；可自动重装载计数初值（TLx溢出后,THx数值可自动装入TLx）；因没有装载计数初值造成的定时延误，方式2定时精度相对较高。(2)方式2第28页，课件共55页，创作于2023年2月（1）查询方式#include<reg51.h>sbitP1_0=P1^0;main(){TMOD=0x02;

TH0=TL0=0x06;TR0=1;for(;;){

do{}while(!TF0);P1_0=!P1_0;TF0=0; }}（2）中断方式#include<reg51.h>sbitP1_0=P1^0;timer0()interrupt1{P1_0=!P1_0; }main(){TMOD=0x02;

TH0=TL0=0x06;EA=ET0=1; TR0=1;

while(1);}采用T0定时方式2在P1.0口输出周期为0.5ms的方波(设fosc=12MHz)。分析：计数初值TL0=((256-250)*12/12)%256=0x06，TMOD=0x02实例2第29页，课件共55页，创作于2023年2月周期为0.5ms方波第30页，课件共55页，创作于2023年2月将第4章实例5“计数显示器”中的软件查询法进行按键检测改用T0计数器方式2，并以中断方式编程。【解】原图中按键是由I/O口P3.7引脚接入的，本实例需要将其改由T0（P3.4）引脚接入。实例3第31页，课件共55页，创作于2023年2月分析：将T0设置为计数器方式2，设法使其在1个外部脉冲到来时就能溢出（即计数溢出周次为1）产生中断请求。计数初值为：a=28–1=255=0xff初始化TMOD=00000110B=0x06第32页，课件共55页，创作于2023年2月#include<reg51.h>unsignedchartable[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};unsignedcharcount=0;sbitp1_0=P1^0;int0_srv()interrupt1{ //T0中断服务if(++count==100)count=0;P0=table[count/10];P2=table[count%10];}main(){P0=P2=table[0]; //开始显示00TMOD=0x06; //T0方式1计数TH0=TL0=0xFF; //计数初值0xFFET0=1; //允许T0中断EA=1; //允许CPU中断TR0=1; //启动T0while(1); //无限循环}实例3参考程序第33页，课件共55页，创作于2023年2月运行效果第34页，课件共55页，创作于2023年2月使用13位的定时/计数器（THx7-0+TLx4-0）定时时间t=(213-a)×12/fosc(μs)计数初值a=213-t×fosc/1212MHz时的最大定时量t=213μs=8.192ms(3)方式0第35页，课件共55页，创作于2023年2月解：计数初值a=213-5000×12/12=3192=110001111000BTH0TL0011000110

0

0110006 3 1 8H计算T0方式0定时5ms的计数初值a由于方式0的TL0高3位未用（一般填0），因此a=0110001100011000=6318H即，TH0=0x63;TL0=0x18;实例4fosc=12MHz或：TH0=3192/32;TL0=3192%32;第36页，课件共55页，创作于2023年2月除计数器位数不同外，方式0与方式1的逻辑结构并无差异。方式0采用13位计数器是为了与早期产品MCS-48单片机兼容。方式0的初值计算比较麻烦，一般采用方式1替代。方式0方式1第37页，课件共55页，创作于2023年2月3种组合状态T1仍可设置为方式0~2；通常将T1设定为定时方式2（作为波特率发生器使用）TH0+TF1+TR1组成的8位定时器TL0+TF0+TR0组成的8位定时/计数器T1组成的无中断功能的定时器特点：方式3下T0可有2个具有中断功能的8位定时器（4）方式3第38页，课件共55页，创作于2023年2月6.1定时/计数器的结构与工作原理6.2定时器/计数器的控制6.3定时/计数器的工作方式6.4定时/计数器的编程和应用第39页，课件共55页，创作于2023年2月应用：定时器——用于定时控制，或作为分频器发生各种不同频率的方波；计数器——用于外部脉冲统计或外部中断源扩充；复杂应用—需要将定时与计数结合起来。第40页，课件共55页，创作于2023年2月实例5

由P3.4口输入一个外部低频窄脉冲信号。当该信号出现负跳变时，由P3.0口输出宽度为500μs的同步脉冲，如此往复。要求据此设计一个波形展宽程序（fosc=6MHz）。第41页，课件共55页，创作于2023年2月1）将T0设置为1次计数方式2，初值设为0xff。这样P3.4一旦发生负跳变T0就会产生溢出；2）查询TF0标志位。当TF0=1时将T0设置为500s定时方式2，初值a为0x06(=256-500×6/12），同时使P3.0输出低电平；3）查询TF0标志位。待T0再次溢出后使P3.0输出高电平，然后将T0设置为1次计数方式2，如此往复进行。分析：可以采取如下做法：第42页，课件共55页，创作于2023年2月T0实例5参考程序#include<reg51.h>sbitP3_0=P3^0;voidmain(){TMOD=0x06; //设置为T0计数方式2TH0=256-250; //6MHz晶振时500μs相当于250个机器周期TL0=255; //初值0xff可使1个外来脉冲即产生溢出TR0=1; //启动计数器while(1){while(!TF0); //等待首次溢出TF0=0; //清TF0溢出标志TMOD=0x02; //设置为T0定时方式2P3_0=0;while(!TF0); //等待再次溢出TF0=0; //清TF0溢出标志P3_0=1;TMOD=0x06; //设置为T0计数方式2TL0=255; //重新置初值}}第43页，课件共55页，创作于2023年2月实例5仿真运行效果P3.0P3.4第44页，课件共55页，创作于2023年2月采用10MHz晶振，在P1.0脚上输出周期为2.5s，高电平占空比为20%的脉冲信号。分析：10兆晶振，方式1最大定时为78.643ms；可以采用定时中断与软件计数联合法：利用定时中断进行中断次数统计；若取10ms产生定时，则2.5s=250次中断之和；则500ms（20%占空比）相当于50次中断之和。2.5s0.5s实例610ms定时，晶振fosc=10MHz.定时器计数次数=10*1000*10/12=8333第45页，课件共55页，创作于2023年2月实例6参考程序#include<reg51.h>#defineucharunsignedcharuchartime;ucharperiod=250;ucharhigh=50;timer0(void)interrupt1using1//------定时器0中断处理程序----

{TH0=(65536-8333)/256; //重载计数初值TL0=(65536-8333)%256;if(++time==high)P1=0; //高电平时间到变低elseif(time==period) //周期时间到变高{time=0;P1=1;}}main()//-------------------主函数---------------------------{TMOD=0x01; //定时器0方式1TH0=(65536-8333)/256; //计数初值TL0=(65536-8333)%256;EA=1;ET0=1;TR0=1;do{}while(1);}第46页，课件共55页，创作于2023年2月实例6仿真运行效果第47页，课件共55页，创作于2023年2月采用定时中断控制流水灯，实现每秒1位，自上而下循环功能（fosc=12MHz）。实例7第48页，课件共55页，创作于2023年2月分析：可以利用20次50ms的定时中断方案，计数初值为：a=65536-50000×12/12=0x3cb0中断函数的任务过多，不利于实时控制。如何减少中断函数任务？新方案：中断函数中仅做中断次数统计和计数初值重入，控制操作改在主函数中进行。实例6的问题：第49页，课件共55页，创作于2023年2月实例7参考程序

//定时中断方式实现的跑马灯实例 #defineucharunsignedchar//定义一下方便后面使用 #include<reg51.h> //包括一个51标准内核的头文件 bitldelay=0; //长定时溢出标记 uchart=0; //定时溢出次数

//定时器0中断函数 timer0()interrupt1{ t++; if(t==20){ t=0; ldelay=1;//每次溢出置一个标记，以便主程序处理 } TH0=0x3c; //重置T0初值0x3cb0

TL0=0xb0; }第50页，课件共55页，创作于2023年2月voidmain(void){ ucharcodeledp[8]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f}; ucharledi=0; //用来指示显示顺序 TMOD=0x01; //定义T0定时方式1 TH0=0x3c; //溢出20次=1秒（12M晶振)

TL0=0xb0; TR0=1; //启动定时器 ET0=1; //打开定时器0中断 EA=1; //打开总中断 while(1){ //主程序循环 if(ldelay){ //发现有时间溢出标记，进入处理 ldelay=0; //清除标记 P2=ledp[ledi];//读出一个值送到P2口 ledi++; //指向下一个 if(ledi==8)ledi=0;//到了最后一个灯就换到第一个 } }}第51页，课件共55页，创作于2023年2月测量从P3.2（INT0）输入的正脉冲的宽度,测量结果以BCD码形式存放在片内RAM40H开始的单元处（设40H地址存放个位,系统时钟为12MHz，被测脉冲信号周期不超过100ms)。0分析：GATE=TR0=1时允许INT0的脉冲控制定时器的启停，则根据T0先启动、再关闭后的计数值可算出被测脉冲宽度。INT0端信号T0中的脉冲数实例8第52页，课件共55页，创作于2023年2月实例8参考程序#include<reg51.h>sbitP3_2=P3^2;main(){unsignedchar*P;unsignedinta;P=0x40; //指针指向片内RAM40H单元TMOD=0x09; //T0定时方式1，允许INT0启动计数器TH0=TL0=0; //装入计数初值do{}while(P3_2==1);//等待INT0变低TR0=1 //启动计数器条件之一while(P3_2==0); //等待脉冲上升沿，启动计数器条件之二while(P3_2==1); //等待脉冲下降沿，关闭计数器TR0=0; //关闭计数器a=TH0*256+TL0; //将TH0和TL0中的数据