项目4 简易秒表的设计与制作

单片机系统设计与制作项目4秒表的设计与制作目录

知识链接任务实施一、任务分析二、安装与调试一、定时器/计数器的基本概念及其应用目录

知识链接任务实施一、任务分析二、安装与调试一、定时器/计数器的基本概念及其应用1、作用和功能进行精确地定时和计数。定时器：单片机内部稳定的信号源计数。计数器：用于记录单片机外部发生的事件。作用广泛应用于工业控制和检测中，可实现定时、延时、频率测量、信号检测等功能。功能2、内部结构及工作原理MCS-51单片机内部有两个16位的可编程定时器/计数器T0（定时器0）和T1（定时器1），分别由两个8位的RAM单元组成，最大计数值为65536，超过65536时，定时器/计数器产生溢出。内部结构加法计数器TMODTCON定时器/计数器控制寄存器，控制T0、T1的启动和停止及设置溢出标志。定时器/计数器工作方式寄存器，确定工作方式和功能。16位，高8位和低8位组成。2、内部结构及工作原理图5.1

T0、T1内部结构示意图TL02、内部结构及工作原理TH010000000000000001111111111111111TF0011设定初值2启动计数送入计数脉冲3计数溢出产生中断信号2、内部结构及工作原理定时工作方式时，计数脉冲来自系统时钟振荡器输出十二分频信号。计数周期即为单片机的一个机器周期。调整计数器初值，即调整了定时时间。定时工作方式2、内部结构及工作原理相关数值计算计数值N=溢出值（最大计数值）-计数初值X定时时间τ=机器周期T×计数值N计数频率ƒc=时钟频率ƒosc/122n(溢出值)2n-1(全1)……计数初值X……0计数值N例ƒosc=12MHz时，T=1/[12×106×（1/12）]=1μs若计数值为N，则定时Nμs。（计数值N=定时时间τ/机器周期T）2、内部结构及工作原理计数工作方式时，计数脉冲来自输入引脚T0（P3.4）和T1（P3.5）的外部信号，外部脉冲的下降沿触发计数，计数器加1。CPU能够检测到的外部脉冲的最高频率为系统时钟频率的1/24。外部输入信号的高电平与低电平的持续时间须在一个机器周期以上。计数工作方式3、定时器/计数器的控制寄存器位D7D6D5D4D3D2D1D0TMODGATEC/TM1M0GATEC/TM1M089H定时器T1方式字段定时器T0方式字段表5.2

TMOD位格式定义TMOD（Timer/CounterModeControlRegister）定时器工作方式寄存器。用于控制T0和T1的工作方式，低4位用于T0，高4位用于T1。TMOD其位格式定义如表5.2所示。（1）TMOD3、定时器/计数器的控制寄存器位D7D6D5D4D3D2D1D0TMODGATEC/TM1M0GATEC/TM1M089H定时器T1方式字段定时器T0方式字段GATE：选通控制位。GATE=0，软件对TR0（或TR1）置1时可启动定时器。GATE=1，在INT0（或INT1）引脚为1，且软件对TR0（或TR1）置1时启动定时器工作。C/T：定时器/计数器方式选择位。C/T=0，定时工作方式；C/T=1，计数工作方式。M1、M0：工作方式控制位，可构成4种工作方式。注意：TMOD所有位复位后清零。TMOD不能位寻址，只能以字节方式工作。3、定时器/计数器的控制寄存器M1M0工作方式说明最大计数值00013位定时器/计数器213=819201116位定时器/计数器216=65536102自动重装初值8位定时器/计数器28=256113T0：分成两个8位计数器T1：停止计数28=256表5.3工作方式选择3、定时器/计数器的控制寄存器与定时器计数器相关的是TCON的高四位，TF1、TF0为溢出中断标志位，TR1、TR0为定时器/计数器运行控制位。请复习任务4相关内容（见教材P74）。（2）TMOD位D7D6D5D4D3D2D1D0TCONTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT088H8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88H表4.2TCON位格式定义4、定时器/计数器的工作方式用户通过指令把工作方式写入TMOD，选择定时器/计数器的功能和工作方式，然后将计数初值写入THx和TLx中控制定时或计数长度，再通过选通控制位的置1或清0来启动或停止定时器/计数器工作。查询TH、TL和TCON的内容，可以判断定时器的状态。4、定时器/计数器的工作方式

（1）工作方式0TLx———×××××THx××××××××13位计数器，由TLx的低5位（高3位未用）和THx的8位组成。213=8192最大计数值1~8192计数范围1~8192μs(fosc=12MHz)定时范围4、定时器/计数器的工作方式

（2）工作方式1TLx××××××××THx××××××××16位计数器，由TLx的8位和THx的8位组成。216=65536最大计数值1~65536计数范围1~65536μs(fosc=12MHz)定时范围4、定时器/计数器的工作方式

（3）工作方式2TLx××××××××THx××××××××可自动重装初值的8位计数器，仅TLx用于计数，THx用于保存计数初值。28=256最大计数值1~256计数范围1~256μs(fosc=12MHz)定时范围4、定时器/计数器的工作方式

（3）工作方式3TL0××××××××TH0××××××××定时器T0被分解成两个独立的8位计数器TL0和TH0，两个定时器的最大计数值均为256。此时，定时器T1的中断标志位TF1和运行控制位TR1被TH0占用，不能中断，只能将溢出送给串行口。T1不能使用工作方式3。28=256最大计数值1~256计数范围1~256μs(fosc=12MHz)定时范围5、定时器/计数器的应用

（1）定时器/计数器的编程确定工作方式计算计数初值开放中断根据功能，确定计数还是定时工作方式，将工作方式控制字写入TMOD。根据定时时间或计数要求计算计数初值，并将其写入TLx和THx。若需要使用中断，ETx、EA置1，开放定时器/计数器中断和CPU中断。启动计数GATE=0时，TRx置1启动计数；GATE=1时，除TRx置1外，还必须在外中断引脚处加上相应的电平值才能启动。5、定时器/计数器的应用利用中断系统，计数溢出后向CPU发出中断请求，将溢出后需要执行的操作放入定时器/计数器对应的中断服务程序中执行。采用中断方式可以提高CPU的效率。在整个计数过程中，通过指令不断查询TF0或TF1的状态来判断计数是否溢出。这种方式编程较简单，但是需要占用大量CPU时间，使得CPU效率降低。编程方式查询中断如果在某些应用中不需要进行定时或计数，则T0和T1可作为外部中断请求使用。此时将定时器/计数器设置成计数方式，计数初值设为最大值。5、定时器/计数器的应用查询的编程方式小丁同学，你的作业还没做完吗？每隔10分钟……5、定时器/计数器的应用中断的编程方式报告老师，我作业做完了！5、定时器/计数器的应用

（2）应用实例如所示，P1口接有8个发光二极管，编程使8个发光二极管轮流点亮。每个发光二极管亮100ms，设晶振频率fosc=6MHz。例5.1①确定工作方式

用T1完成100ms定时时间，使P1初始状态为01H，每隔100ms左移一次。

当晶振频率fosc=6MHz时，机器周期Tcy=2μs，则：

计数值N=T/Tcy=100ms/2μs=50000

因此采用工作方式1，工作方式字TMOD=10H，即： TMOD.0～TMOD.3：因T0不用，可取任意值，此处取0值； TMOD.4、TMOD.5：M1M0=01，T1工作在方式1； TMOD.6：C/T=0，T1为定时方式； TMOD.7：GATE=0，计数不受INT1脚控制。5、定时器/计数器的应用②计算计数初值

X=216-N=65536-50000=15536=3CB0H

则: TH1=3CH，TL1=0B0H。③C源程序（查询方法）#include"reg51.h"voidmain(){ P1=0x01；

//点亮第一个LED TMOD=0x10；

//T1工作于方式1 TR1=1；

//启动T1计数

while(1) { TH1=0x3c； //装载计数初值

TL1=0xb0；

//TH1=(65536-50000)/256; //TL1=(65536-50000)%256;

while(!TF1)； //等待定时器溢出

P1<<=1； //点亮下一LED if(P1==0) P1=0x01；

TF1=0；

//软件清除TF1 }}④C源程序（中断方法）#include"reg51.h"voidtimer1()interrupt3using1 //T1中断服务程序{ TH1=0x3c； //重装计数初值

TL1=0xb0；

P1<<=1； //点亮下一LED

if(P1==0) P1=0x01；}voidmain(){ P1=0x01； //点亮第一个LED TMOD=0x10； //T1工作于方式1 TH1=0x3c； //装载计数初值

TL1=0xb0；

IE=0x88； //开放T1中断

TR1=1； //启动T1计数

while(1)； //等待中断}T1中断初始化5、定时器/计数器的应用在单片机P1.0口接一个发光二极管，要求利用定时控制使LED亮1s灭1s周而复始，设晶振频率fosc=6MHz。例5.2当fosc=6MHz时，机器周期Tcy=2μs，工作方式0最大定时时间为16.384ms，工作方式1最大定时时间为131.072ms，工作方式2最大定时时间为512μs。显然无法满足定时1s的要求。5、定时器/计数器的应用确定工作方式

可以采用方式0，使T0每隔10ms中断一次，利用软件对中断次数进行计数，中断100次即实现1s定时。也可以采用方式1，使T0每隔100ms中断一次，中断10次实现1s定时。

这里采用T0工作方式0，则TMOD=00H。计算计数初值X=213-N=8192-（10ms/2μs）=3192=0C78H=0000110001111000B则TH0=01100011B=63H，TL0=00011000B=18H。C源程序#include"reg51.h"sbitLED=P1^0；unsignedcharnum=0；voidtimer0()interrupt1

//T0中断服务程序{ TH0=0x63；

//重装计数初值

TL0=0x18；

num++；

if(num==100) //1s时间到LED状态取反

{ LED=~LED；

num=0；

}}voidmain(){ TMOD=0x00； //T0工作于方式0

TH0=0x63；

//定时10ms

TL0=0x18；

ET0=1； //开放T0中断

EA=1；

TR0=1； //启动T0计数

while(1)； //等待中断}T0中断初始化C源程序#include"reg51.h"sbitLED=P1^0；unsignedcharnum=0；voidtimer0()interrupt1

//T0中断服务程序{ TH0=(8192-5000)/32；

//重装计数初值

TL0=(8192-5000)%32；

num++；

if(num==100) //1s时间到LED状态取反

{ LED=~LED；

num=0；

}}voidmain(){ TMOD=0x00； //T0工作于方式0

TH0=(8192-5000)/32；

//定时10ms

TL0=(8192-5000)%32；

ET0=1； //开放T0中断

EA=1；

TR0=1； //启动T0计数

while(1)； //等待中断}T0中断初始化5、定时器/计数器的应用当GATE=1、TR0=1时，只有INT0（P3.2）引脚上出现高电平时，T0才被允许计数，试利用这一功能测试INT0（P3.2）引脚上正脉冲的宽度（以机器周期表示）。例5.3设外部待测脉冲由INT0脚输入，T0工作在方式1，设置为定时状态，GATE置1。测试时，在INT0端为0时TR0置1，当INT0脚变为1时启动计数；再次变为0时停止计数。此时的计数值即为被测正脉冲宽度。TR=1TR=0计数C源程序#include"reg51.h"sbitsignal=P3^2；voidmain(){ unsignedintwidth=0；

TMOD=0x09； //T0工作于方式1定时，GATE=1 TH0=0x00；

TL0=0x00；

while(signal)； //等待P3.2变低

TR0=1； //启动T0计数

while(!signal)； //等待P3.2变高

while(signal)； //等待P3.2再次变低

TR0=0； //停止计数

width=(TH0<<8)|TL0；}T0中断初始化目录

知识链接任务实施一、任务分析二、安装与调试一、定时器/计数器的基本概念及其应用1、任务要求本任务要求设计一个计时时间为0~59s的秒表。利用定时器实现1s定时。P3.7口接一个按键，该按键有三个功能，分别为开始计时、停止计时和清零。每次按下按键后，按键标识会在三个功能之间循环。P0、P2口接共阳极数码管，静态显示秒表计时。用KeilC、Proteus等作开发工具，进行仿真，并完成实物电路制作并测试，最后需完成项目报告。秒表任务要求2、总体设计方案AT89C51单片机按键控制复位电路时钟电路LED数码管显示3、硬件电路设计4、软件设计

程序流程图C源程序(1)#include"reg51.h"unsignedcharsegtab[10]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99, 0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90}; //0~9共阳极段码表unsignedcharcount; //秒计数unsignedcharkey_flag; //按键功能：0启动，1停止，2清零unsignedcharnum; //定时次数计数sbitkey=P1^0; //按键bitkey_state; //按键状态voidDelay(unsignedcharn) //延时程序{ unsignedchari,j; for(i=0;i<n;i++) for(j=0;j<200;j++);}C程序(2)voidTimer0()interrupt1 //T0中断服务程序{ TH0=(65536-50000)/256; //重装初值,50ms TL0=(65536-50000)%256; num++; if(num==20) //每50ms*20=1s刷新一次

{ num=0; count++; P0=segtab[count%10]; //显示个位

if(count/10==0) //显示十位,十位为0则不显示

P2=0xff; else P2=segtab[count/10]; if(count==60) //计满59秒后回0 count=0; }}C程序(3)voidKey_Event() //按键处理子程序{ if(key_state==0) key_flag=(key_flag+1)%3; switch(key_flag) { case1: //启动计时

TR0=1;break; case2: //停止计时

TR0=0;break; case0: //清零

P0=0xc0;P2=0xff;count=0;num=0;break; }}C程序(4)voidmain() //主程序{ P0=0xc0; //显示0s P2=0xff;num=0;count=0;

key_flag=2;

//按键标志初值为0 key_state=1; TMOD=0x01; //T