《单片机（微控制器）原理及应用》第5章定时计数器

第5章定时/计数器

教学目的：了解80C51系列单片机内部定时器/计数器、串行口和中断系统的结构与工作原理；能够对他们编程、应用。教学重点：1.定时/计数器的工作原理；

2.定时/计数器的控制方法。教学难点：1.定时/计数器2的工作方式；

2.定时/计数器的应用。5.1定时/计数器T0、T1概述5.1.1

定时/计数器T0、T1的结构

图5-180C51定时器/计数器T0、T1原理结构框图

80C51单片机内部有两个16位的可编程定时／计数器T0、T1，其组成如图6－1。可编程是指其功能如工作方式、定时时间、量程、启动方式等均可由指令来确定和改变。

有6个8位寄存器用于T0、T1的控制与管理，其访问地址依次为8AH～8DH，每个寄存器均可单独访问。16位的T0、T1寄存器是用于存放定时或计数初值与当前值的，两个特殊功能寄存器TCON和TMOD是用于管理与控制定时／计数器工作的。5.1.2定时/计数器的原理

16位的定时／计数器实质上是一个加1计数器，其控制电路受软件控制、切换。通过软件可以设置为4种工作方式（详见5.3节），每种方式都可以用作定时或者计数。不同的工作方式，计数器长度分别为：16位、13位和8位。当选择定时器工作方式时，对片内振荡器的12分频信号计数，实现定时；当选择计数器工作方式时，对引脚Ti端的事件计数。当计数溢出时，标志位TFi置位，并可以请求中断。5.2

定时/计数器的控制方法

5.2.1定时／计数器寄存器

1）工作方式寄存器TMOD：设置定时器/计数器的工作方式及控制模式，TMOD在SFR的字节地址为89H。M1M0工作方式功能描述00方式013位计数器01方式116位计数器10方式2自动再装入8位计数器11方式3定时器0:分成两个8位计数器

定时器1:只能工作在方式0、1、2

TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IE0

控制寄存器TCON：控制定时器的启、停和定时器的溢出标志。TCON在SFR的字节地址为88H，可位寻址。2）定时/计数器控制寄存器TCON位7TF1——定时器1溢出标志。位6TR1——定时器1运行控制位。位5TF0——定时器0溢出标志。位4TR0——定时器0运行控制位。位3IE1——外部中断1请求标志。位2IT1——外部中断1触发方式选择位。位1IE0——外部中断0请求标志。位0IT0——外部中断0触发方式选择位。5.2.2定时/计数器的初始化与启动

初始化步骤一般如下：1）确定工作方式——对TMOD赋值。2）预置定时或计数的初值——可直接将初值写入TH0、TL0或TH1、TL1。3）根据需要开放定时/计数器的中断——直接对IE寄存器的定时器中断位赋值。在对T0和T1初始化后，即可准备启动定时/计数器工作。5.2.3定时/计数器初值的确定方法

现假设最大计数值为M，那么各方式下的M值如下：方式0：M＝213＝8192方式1：M＝216＝65536方式2：M＝28＝256方式3：定时器0分成两个8位计数器，所以两个M均为256。因为定时/计数器是做“加1”计数，并在计满溢出时产生中断，因此初值X可以这样计算：

X＝M－计数值举例说明,如果80C51时钟频率为6MHz，要求产生1ms的定时。则初值

X＝M－计数值＝65536－500＝65036＝FE0CH。通过对M1、M0位的设置，T0可选择4种工作方式,T1可选择3种工作方式。本节将介绍这4种工作方式的结构、特点及工作过程。5．3定时器T0、T1的工作方式

方式0和方式1：结构和工作原理基本相同，只是方式0为13位计数器方式，方式1为16位计数器方式。

图5-2T0（或T1）方式1结构方式2：计数常数可自动再装入的8位计数器方式。图5-3T0（或Tl）方式2结构方式3：T1作波特率发生器，T0可以构成两个独立的计数器。 图5-4T0方式3结构（a）T1方式1(或方式0)（b）T1方式2

图5-5T0方式3下的T1结构定时器/计数器的复位状态：工作方式0、选择内部启动、计数器停止工作、溢出中断标志清零。定时器/计数器的初始化：对TMOD赋值确定工作方式；预置定时或计数的初值；根据需要开放定时器/计数器的中断；启动定时/计数器工作。 计数器初值＝最大计数值－要求的计数值 定时时间=（最大计数值－计数器初值）

机器周期计数的“飞读”：解决计数器工作过程中，正确读取计数值的问题，避免由于低位计数器的溢出而导致读数的粗大误差。以定时器T0为例：

RP：

MOVA，TH0；读TH0 MOV R0，TL0；读TL0 CJNE A，TH0，RP；比较两次读得的TH0， 不等则重读

MOVR1，A RET

例1、在P1.1端口输出周期为2ms的方波，晶振fOSC＝6MHz。解：采用T0的定时功能，对P1.1端口每隔1ms取反一次即可得到周期为2ms方波。

定时器的初始化：TMOD的设定：工作方式1（M1M0=01) T0为定时器（C/T=0)，内部TR0控制启动（GATE=0）

所以TMOD=01

计数器初值计算： 定时时间=（最大计数值－计数器初值）

机器周期即：1000

s=（65536－计数器初值）×12／61s得：计数器初值=65036=FE0CH

5．4定时器T0、T1应用举例

采用查询方式的源程序：

ORG2000HMOV TMOD，#01H MOV TL0，＃0CH ；给TL0置初值

MOV TH0，＃0FEH ；给TH0置初值

SETB TR0 ；启动T0LP1：JBC TF0，LP2 ；查询计数溢出否

AJMP LP1LP2：MOV TL0，＃0CH ；重新设置计数初值

MOV TH0，＃0FEHCPL P1.1 ；输出取反

AJMP LP1 ；重复循环例2、利用T0门控位测试引脚上出现的正脉冲宽度。已知晶振频率为12MHz，将所测得值高位存入片内71H单元，低位存入片内70H单元。解：测量INT0端口正脉冲宽度，就是由INT0控制定时器的启停，这时计数器内部的控制位应设置GATE=1,TR0=1，且

T0工作于定时器方式l（16位计数器）。为保证测量结果的正确性，应在INT0为低电平时，才置TR0为1，当INT0变为高电平时，就启动计数,当再次变低时，停止计数。此时计数值乘以机器周期即是被测正脉冲的宽度。测量过程如下：

ORG200H MOV TMOD,＃09H；设T0为方式1，GATE＝1。

MOV TL0，＃00HMOV TH0,＃00HMOV R0，＃70HJB P3.2，＄ ；等P3.2变低

SETBTR0 ；启动T0准备工作

JNBP3.2，＄ ；等待P3.2变高

JB P3.2，＄ ；等待P3.2再次变低

CLR TR0 ；停止计数

MOV ＠R0，TL0 ；存放计数的低字节

INCR0MOV ＠R0, TH0 ；存放计数的高字节

SJMP ＄5．5定时/计数器T2

5.5.1T2的寄存器1）T2CON控制寄存器

TF2EXF2RCLKTCLKEXEN2TR2C/T2CP／RL2位7TF2——T2的溢出中断标志。位6EXF2——T2外部中断标志。位5RCLK——串行口接收时钟选择位。位4TCLK——串行口发送时钟选择位。位3EXEN2——T2的外部允许控制位。位2TR2——T2的计数控制位。位1C／T2——定时器或计数器功能选择位。位0CP／RL2——捕捉或常数重装方式选择位。2）方式控制寄存器T2MODXXXXXXT2OEDCEN

位7～位2－无作用，可为任意值。位1T2OE－T2的输出允许位。位0DCEN－T2加1/减1计数允许位。

5.5.2定时器T2的工作方式

T2共有4种工作方式，分别为：捕捉方式、常数自动重装入方式、波特率发生器方式和时钟输出方式。其中16位捕捉方式和16位常数自动重装入方式通过设置均可选择定时/计数功能。

1.16位自动重装入方式

16位常数自动重装入是指在满足某规定条件时，RCAP2L和TCAP2H中存放的计数初值可自动重新装入TL2和TH2中。当CP／=0时，选择自动重装入方式。根据DCEN位所选择的计数状态，自动重装入操作又可分为以下2种情况：1)加1计数方式当DCEN=0时，T2为自动加1计数方式，它的结构原理如图5－8所示。图5－8定时器T2的16位自动重装入方式（DCEN=0）2)加1/减1计数方式

当DCEN=1时，T2为加1/减1计数方式，它的结构原理如图5－9所示。

图5－9定时器T2的16位自动重装入方式（DCEN=1）2）自动捕捉方式当CP／＝1时，T2除可用于定时计数外，还可工作于捕捉方式，它的16位捕捉方式的结构原理如图5－10所示。图5－10定时器T2的捕捉方式结构图图5－10定时器T2的捕捉方式结构图

3）波特率发生器方式T2还可作串行口的波特率发生器。由控制寄存器T2CON中的控制位RCLK＝1或TCLK＝1确定它的串行口波特率发生工作方式。在方式1和方式3时，波特率由定时器2的溢出速率确定，由下式计算：波特率发生器的结构原理图如图5-11所示。图5－11定时器T2的波特率发生器方式结构图4）可编程时钟输出方式定时器2通过编程可以从P1.0引脚输出占空比为1:1的时钟信号。原理图如图5-12所示。输出的时钟频率取决于振荡器频率和定时器2捕获寄存器（RCAP2H、RCAP2L）的重装载数值，计算公式如下：时钟输出频率=

图5－12定时器T2的可编程时钟输出方式原理

5．5．3应用例题

利用T2的捕捉功能测试外部输入引脚T2EX（P1.1）上的正脉冲宽度，捕捉到后，用P1.7脚报警提示，使与P1.7脚相接的二极管灯亮。脉冲宽度值分别存放在内存单元60H、61H中。本例题的硬件连接电路见图5－13。图5－13硬件连接示意图程序清单如下：T2CONEQU0C8HRCAP2LEQU0CAHRCAP2HEQU0CBHTL2EQU0CCHTH2EQU0CDHTR2BIT0CAHEXF2BIT0CEHTF2BIT0CFHORG0000HLJMPMAINORG002BH；定时器2中断入口地址LJMPT2T；转定时器2中断服务程序ORG0030HMAIN:MOVIE，＃0A0H；CPU和T2开中断JBP1.1,$；等待信号变低MOVT2CON,#00001001B；设T2为捕捉工作方式JNBP1.1,$；等待信号变高MOVTH2,#0；清T2定时器MOVTL2,#0SETBTR2；启动T2开始工作SJMP$；等待ORG100HT2T:CLRTR2；停止T2工作

MOV60H,RCAP2L ；取捕捉寄存器的低8位

MOV61H,RCAP2H ；取捕捉寄存器的高8位

CLRP1.7 ；报警灯亮

CLREXF2 ；清中断标志位

CLREA