《单片机控制技术项目式课程》（第2版）课件 项目6 交通信号灯的设计

项目5

定时器与脉冲计数器的设计了解单片机定时/计数器的组成。掌握单片机定时/计数器的工作原理和功能运用方法。掌握单片机定时/计数器的初始化方法。掌握定时器的设计方法。掌握脉冲计数器的设计方法。能独立分析和解决硬件设计和软件设计中的问题。能利用团队的力量完成任务，培养团队合作精神。学习目标叙述单片机定时/计数器4种工作方式的工作原理；叙述单片机定时/计数器的初始化方法；设计定时器的工作程序；设计脉冲计数器的电路和工作程序。工作任务任务5.1定时器的设计项目5

定时器与脉冲计数器的设计任务5.2脉冲计数器的设计项目拓展STC89C52实验板分频器的设计项目小结5.1.1.1单片机定时/计数器的结构

实质是加1计数器（高8位、低8位）；5.1.1

MCS-51单片机内部定时/计数器的原理工作方式控制寄存器TMOD，工作方式设置；定时器控制寄存器TCON，启动、停止及设置溢出标志。任务5.1定时器的设计TMOD中，各有一个控制位（C／T），分别用于控制定时/计数器T0和T1工作在定时器方式还是计数器方式。

5.1.1.2定时/计数器工作原理计数功能----计数脉冲来自相应的外部输入引脚，T0为P3.4，T1为P3.5。定时功能----计数输入信号是内部时钟脉冲，每个机器周期使寄存器的值加1。所以，计数频率是振荡频率的1/12。

定时模式，对内部机器周期计数

定时时间T＝计数值NxT机计数模式，对外部事件脉冲计数

计数脉冲周期要大于2T机计数值：溢出时计数器值－计数初值。

计数器全1时，再输入1个脉冲就回零，并发生

溢出（TCON中TF0或TF1置1）。

计数器脉冲来源：

振荡器脉冲经过12分频T0或T1引脚的外部脉冲1.工作方式控制寄存器TMOD

T1控制T0控制M0M1C/TGATEM0M1C/TGATED0D1D2D3D4D5D6D7GATE—门控位C/T—计数/定时选择M1M0—工作方式选择5.1.1.3定时/计数器的初始化注意：不能进行位寻址

定时/计数器的工作方式

M1M0工作方式功能说明00方式013位计数器01方式116位计数器10方式2自动重装初值的8位计数器11方式3方式3只针对T0，T0分成两个独立的8位定时／计数器；T1无方式32.定时器控制寄存器TCOND7D6D5D4D3D2D1D0TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0TF0、TF1：溢出标志位中断请求标志触发方式选择启动定时/计数器0低电平1下降沿0停止1启动注意：可以进行位寻址

3.定时/计数器的初始化②计算计数器的计数初值:

编程时将计数初值送TH0、TL0或TH1、TL1；

可编程器件在使用前需要进行初始化：①确定TMOD控制字：编程时将控制字送TMOD；③

TR0或TR1位置位控制定时器的启动和停止。【例】若单片机晶振为12MHz，要求产生5ms的定时，试计算X的初值。解：（1）采用定时器0的方式0：

5000*10-6=（213-X）*12*1/fosc

x=3192=0C78H=0110001100011000

63H

18H

即TH0=63H，TL0=18H

TMOD=GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0

00000000

00H

（2）采用定时器1方式1：

5000*10-6=(216-X)*12*1/fosc

x=60536=EC78H

即TH1=ECH，TL1=78H

TMOD=GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0

00010000

10Hmain()函数中：

TMOD=0x00;//设置定时器0为工作方式0 TH0=0x31;//定时器0高8位给初值

TL0=0x1C;//定时器0低8位给初值

TR0=1;//启动定时器0初始化程序编写计数脉冲输入方式0—13位方式。由TL0的低5位和TH0的8位组成。TH0溢出时，置位TF0标志，向CPU发出中断请求。TF0T0TR0GATEINT01≥1&C/T=1C/T=0振荡器1/12TH0TL0低5位高8位13位计数器定时器计数器5.1.2用单片机定时/计数器设计定时器（查询方式）5.1.2.1用定时/计数器的工作方式0设计定时器定时=（213－X）×时钟周期×12

=（213–X）*12*1/fosc计数初值：X＝213－T／（时钟周期×12）定时/计数器工作方式0定时方式：例：8*10-3=(213-X)*12*1/（12*106）

X=213–8000 =192=0xC0计数方式：计数次数值Ｎ＝213－X计数初值：X＝213－计数次数值Ｎ注意：X的低5位送TL0（TL1），TL0（TL1）的高3位数为任意值，常取0，高8位送TH0（TH1）。最大计数值M＝213=81921．任务要求本任务要求用AT89C51的定时器1，方式0设计一只1秒的定时器，用定时器的查询方式，使AT89C51控制的一只发光二极管定时1秒闪烁。任务操作

2．任务分析①确定TMOD控制字：采用AT89C51的定时器1方式0定时，TMOD=0x00

②计算计数器的计数初值:因为方式0采用13位计数器，其最大定时时间为：8192×1ms=8.192ms，可选择定时时间为5ms，再循环200次就可以定时为1s了。X＝213－T／（时钟周期×12）

＝0110001100011000B=0x6318所以TH1赋值0x63，TL1赋值0x18。注意：定时/计数器的方式0为13位计数器，其不用的是低8位中的高三位，一般补三个0。3.任务设计

（1）硬件原理图设计

（2）软件程序设计

#include<AT89X51.h>

voidsTime()//定时1s子程序

{unsignedinti;TMOD=0x00;//设定时器1为方式0TH1=0x63;//置定时器初值

TL1=0x18;TR1=1;//启动T1

for(i=0;i<=200;){if(TF1==1)//查询计数溢出

{i++;TF1=0;TH1=0x63;//重新置定时器初值

TL1=0x18;}}return;

}

//发光二极管定时1s闪烁主程序

voidmain()

{for(;;){P1_0=!P1_0;//取反P1.0使发光二极管闪烁

sTime();//调用1s定时

}

}

方式1—16位方式

16位计数，由TL0作为低8位、TH0作为高8位。16位计数，由TL1作为低8位、TH1作为高8位。TF0T0TR0GATEINT01≥1&C/T=1C/T=0振荡器1/12TH0TL0低8位高8位16位计数器定时器计数器5.1.2.2用定时/计数器的工作方式1设计定时器定时=（216－X）×时钟周期×12

=（216–X）*12*1/fosc计数初值：X＝216－T／（时钟周期×12）定时/计数器工作方式1X的低8位送TL0（TL1），高8位送TH0（TH1）。

定时方式：计数方式：计数次数值Ｎ＝216－X计数初值：X＝216－计数次数值Ｎ最大计数值M＝216=655361．任务要求本任务要求用AT89C51的定时器0方式1设计一只1秒的定时器，使AT89C51的P0和P2端口控制的2组16只LED流水灯定时1秒滚动点亮。

2．任务分析①

确定TMOD控制字：

采用AT89C51的定时器0方式1定时，

TMOD=0x01。

②计算计数器的计数初值:

因为方式1采用16位计数器，其最大定时时间为：

65536×1ms=65.536ms，可选择定时时间为50ms，再循环20次就可以定时为1s了。X=

216－T／（时钟周期×12）=65536-50000=15536=0x3CB0所以TH0赋值0x3C

，TL0赋值0xB0。TH0=（65536-50000）/256；

TL0=（65536-50000）%256；3.任务设计

（1）硬件原理图设计（2）软件程序设计

#include<AT89X51.h>

#include<intrins.h>

#defineucharunsignedchar

//流水灯定时1s滚动主程序

voidmain()

{ucharT_Count=0;//累加计数溢出发生的次数

P0=0xFE;//点亮D1灯

P2=0xFE;//点亮D16灯

TMOD=0x01;//定时器0工作于方式1

TH0=（65536-50000）/256；//50ms定时初值

TL0=（65536-50000）%256；

TR0=1;//启动定时器

while(1)

{if（TF0==1）//定时溢出标志位为1时表示计时溢出

{TF0=0；//软件清零

TH0=（65536-50000）/256；//重置50ms定时

TL0=（65536-50000）%256；

if（++T_Count==20)//50*20=1000ms后LED滚动一次

{P0=_crol_(P0,1);

P2=_crol_(P2,1);

T_Count=0;

}

}

}

}

方式2—8位自动装入时间常数方式

TF0振荡器1/121≥1&T0TR0GATEINT0C/T=0C/T=1TL0TH0自动重装初值的8位计数方式

，适合于用作较精确的脉冲信号发生器。TH0（TH1）中保留初值5.1.2.3用定时/计数器的工作方式2设计定时器定时=（28－X）×时钟周期×12

=（28–X）*12*1/fosc计数初值：X＝28－T／（时钟周期×12）定时/计数器工作方式2初值X分别送给TL0（TL1）和TH0（TH1）。定时方式：计数方式：计数次数值Ｎ＝28－X计数初值：X＝28－计数次数值Ｎ最大计数值M＝28=2561．任务要求

本任务要求用AT89C51的定时器1方式2设计一只1秒的定时器，用定时器的查询方式，使AT89C51控制的一只发光二极管定时1秒闪烁。

2．任务分析①

确定TMOD控制字：

采用AT89C51的定时器1方式2定时，

TMOD=0x20。

②计算计数器的计数初值:

方式2采用8位计数器，其最大定时时间为：

256×1ms=256

s，可选择定时时间为250

s

，再循环4000

次就可以定时为1s。X=

28－计数值=256-250=6=0x06所以TH1赋值0x06，TL1也赋值0x06。3.任务设计

（1）硬件原理图设计

（2）软件程序设计

#include<AT89X51.h>

voidsTime(){unsignedinti; TMOD=0x20;//设定时器1为方式2 TH1=0x06;//置定时器初值

TL1=0x06; TR1=1;//启动T0

for(i=0;i<=4000;){if(TF1==1)//查询计数溢出

{i++;TF1=0;}}return;}

//发光二极管定时1s闪烁主程序voidmain(){while(1){P1_0=!P1_0;//取反P1.0使发光二极管闪烁

sTime();//调用1s定时

}}5.1.2.4用定时/计数器的工作方式3设计定时器方式3—2个8位方式

T0工作方式3结构图T0工作方式3时T1的结构图

仅T0可以工作在方式3，T1处于方式3时停止计数。此时T0分成2个独立的计数器—TL0和TH0，前者用原来T0的控制信号（TR0、TF0），后者用原来T1的控制信号（TR1、TF1）。（1）TH0由TR1启动/停止，TF1标志溢出（2）TL0由TR0启动/停止，TF0标志溢出（3）TH0只能定时，TL0可以定时/计数，且都是8位定时T=(28－Ｘ）*12／foscTL0计数初值Ｘ＝28－Ｎ1．任务要求

本任务要求用AT89C51的定时器0方式3设计一只1秒的定时器，用定时器的查询方式，使AT89C51控制的一只发光二极管定时1秒闪烁。

2．任务分析①

确定TMOD控制字：因为采用AT89C51的定时器0方式3定时，这里采用TL0和TH0结合使用的方法，让TL0工作在计数方式，故TMOD=0x07。当TH0计满溢出后，用软件复位的方法使T0（P3.4）引脚产生负跳变，TH0每溢出一次，T0引脚便产生一个负跳变，TL0便计数一次。TL0计满溢出时，延时时间应为50ms，循环20次便可得到1s的延时。

②计算计数器的计数初值:

方式3中定时器0中的TH0只能作为定时器，TH0是8位计数器，其最大定时时间为：256×1us=256us，可选定时时间为250us。这样TH0的初值为X=(256-250)=6=0x06TL0设置为计数器，TL0是8位计数器，其最大计数值为256，可选择计数值为200。这样TL0计数初值为X=M－计数值=256-200=56=0x38所以TL0赋值0x38，TH0赋值0x06。

3.任务设计

（1)硬件原理图设计（2）软件程序设计

#include<AT89X51.h>

//定时1s子程序voidsTime(){unsignedinti;TMOD=0x07 ；//置定时器0为方式3计数

TH0=0x06；//置TH0初值

TL0=0x38；//置TL0初值

TR0=1；//启动TL0TR1=1；//启动TH0

for(i=0;i<=20;){if(TF0==0)//在TL0没有溢出时

{if(TF1==1)//查询TH0计数溢出

{TF1=0;TH0=0x06;//重置TH0初值

P3_4=0;//T0引脚产生负跳变

P3_4=0;//负跳变持续

P3_4=1;//T0引脚恢复高电平

} continue; } TF0=0; i++;TL0=0x38；//重置TL0初值

}return;}

//发光二极管定时1s闪烁主程序voidmain(){while(1){P1_0=!P1_0;//取反P1.0使发光二极管闪烁

sTime();//调用1s定时

}}

任务5.2脉冲计数器的设计1．任务要求要求用AT89C51设计一个计数范围为0~99的脉冲计数器，也就是用AT89C51的定时/计数器采样计数外部按键输送的脉冲信号，并用数码管将计数的数值显示出来。2．任务分析设置T0为计数方式，计数外部的脉冲，工作在方式2，所以TMOD=0x06。①确定TMOD控制字：方式2的最大计数值为256，如果把初值设置为255，当P3.4管脚接收到一个由高到低的下跳变时，计数值加1溢出，查询到TF0=1后，就将显示的计数值加1，实现脉冲计数器计数。这样将TL0的初值设置为X=(256-1)=255=0xFF

将TL0=0xFF，TH0=0xFF，每次溢出后TH0自动将初值装入TL0。②计算计数器的计数初值:3．任务设计

（1）硬件原理图设计（2）软件程序设计

#include<AT89X51.h>

//数码管段码定义unsignedcharcodeDSY_CODE[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00,};unsignedcharcount=0;

voidmain()

{P0=DSY_CODE[0];

P2=DSY_CODE[0];

TMOD=0x06;//置定时器0为方式2计数

TH0=0xFF;//置TH0初值

TL0=0xFF;//置TL0初值

TR0=1;//启动TL0计数

while(1){if(TF0==1)//查询TF0是否为1{TF0=0;//TF0清零

count=(count+1)%100;//计数值控制在100以内

P0=DSY_CODE[count/10];//显示计数值高位

P2=DSY_CODE[count%10];//显示计数值低位

}if(P3_2==0)//查询到P3.2上有低电平

{count=0;//计数值清零

P0=DSY_CODE[0];//显示清零

P2=DSY_CODE[0];//显示清零

}

}

}

项目拓展STC89C52实验板分频器的设计

实验板采用的是STC89C52单片机，如附录2中“单片机与扩展插座”电路所示。我们要在P1.0~P1.7端口上产生不同频率的方波，周期分别为1ms、2ms、4ms、8ms、16ms、32ms、64ms、128ms，就相当于实现了不同级别的分频。1．任务要求2．任务分析首先，我们用STC89C52的定时/计数器来设置时间，选用T0的方式1第一个方波周期是1ms，方波周期的一半是500us，单片机外围的晶体采用的是12MHz，其机器周期是1us，所以每轮计数500次就可以达到500us，这样初值为（65536—500），高8位送TH0，低8位送TL0。

确定TMOD控制字和计算计数器的计数初值:十进制数二进制数（8位）100000001200000010300000011400000100500000101600