《高级电工-单片机》07-10.ppt

1、单片机 原理与实用技术,主讲教师：,黄 鹏,为高级电工班的学员提供优秀的教学资源！,为高级电工班的学员提供优秀的教学资源！,7.1 定时计数器结构与控制,可以利用延时程序来实现，称软件定时。,但延时程序运行时占用了CPU，使该时间内单片机系统无法进行其他工作，这样不但大大降低了工作效率，并且有时也是难以进行的。,定时与延时,7.1 定时计数器结构与控制,定时计数器进行定时计数工作时无须CPU的参与而独立进行，这样就解放了CPU，提高了工作效率和系统功能，也简化了系统的设计。,定时与计数,7.1 定时计数器结构与控制,图7-1 定时器计数器硬件结构框图,7.1 定时计数器结构与控制 7.1.1

2、结构及工作原理,1.计数功能,当CT=1时，计数器功能； 计数器与单片机外输入信号引脚T0或T1(即P3.4、P3.5)接通，此时，计数器对由T0或T1引脚输入的外部脉冲信号进行计数(下降沿触发)，定时计数器以计数方式工作。,7.1 定时计数器结构与控制 7.1.1 结构及工作原理,定时功能和计数功能的机理是一样的，都是计数操作。对于定时功能，计数信号来自单片机内部，其周期是定值并且是预先知道的，所以根据计数器累计的脉冲个数，即可计算出时间。,2.定时功能,7.1 定时计数器结构与控制 7.1.1 结构及工作原理,某单片机采用12 MHz晶振器，则计数频率为1 MHz，即计数器每加1，为1微秒

3、。若计数器的内容增加1000，延时时间则为1毫秒。,2.定时功能,举例,7.1 定时计数器结构与控制 7.1.2 控制寄存器,每个定时计数器各有一个16位计数器T0、T1。 T0由TL0(低8位)和TH0(高8位)组成，地址分别为8AH、8CH， T1由TL1和TH1组成，地址为8BH、8DH。,1.定时/计数器T0、T1,7.1 定时计数器结构与控制 7.1.2 控制寄存器,在定时计数工作之前用户预置一个初值，工作时在脉冲触发下进行加1计数，当计数器达到最大值即“满”时，溢出，突变为O，并同时向CPU发出中断申请。预置的初值不同，定时的时间长度便不同。,定时/计数器如何发出中断请求？,1.定

4、时/计数器T0、T1,7.1 定时计数器结构与控制 7.1.2 控制寄存器,计数器如何发出中断请求？,2.定时器的控制寄存器(TCOM),工作方式控制字(TCOM),7.1 定时计数器结构与控制 7.1.2 控制寄存器,当计数器计满溢出(计数器内容跃变为00H)时，该位由硬件自动置1。,2.定时器的控制寄存器(TCOM),7.1 定时计数器结构与控制 7.1.2 控制寄存器,若此时对应的定时计数器中断开放(EA=1，ET=1)，则定时计数器工作在中断方式下，TF位作为中断标志发出中断请求， 条件满足时引发中断，CPU转向000BH(T0)或001BH(T1)的定时中断入口地址执行定时中断处理程

5、序，同时自动将TF清零。,TF0、TF1为计数溢出标志位,TF0、TF1为计数溢出标志位,2.定时器的控制寄存器(TCOM),7.1 定时计数器结构与控制 7.1.2 控制寄存器,若此时相应的定时中断未开放，工作在查询方式下，此位作为状态位供查询。应注意查询有效(为1)后，应用软件方法及时将该位清零。,7.1 定时计数器结构与控制 7.1.2 控制寄存器,计数器如何发出中断请求？,TF0、TF1为计数溢出标志位,TR0、TR1为定时/计数运行标志位,2.定时器的控制寄存器(TCOM),当工作方式控制寄存器TMOD中 GATE=0时： TR0(TR1)=0，定时计数器0(1)停止工作； TR0(

6、TR1)=1，定时计数器0(1)开始工作。,7.1 定时计数器结构与控制 7.1.2 控制寄存器,TF0、TF1为计数溢出标志位,TR0、TR1为定时/计数运行标志位,2.定时器的控制寄存器(TCOM),7.1 定时计数器结构与控制,GATE为门控制信号位。,3.工作方式控制寄存器(TMOD),7.1 定时计数器结构与控制,GATE为门控制信号位。,3.工作方式控制寄存器(TMOD),M1M0为工作方式选择位。 当 M1M0=00 时，工作方式0； 当 M1M0=01 时，工作方式1； 当 M1M0=10 时，工作方式2； 当 M1M0=11 时，工作方式3。,图72 13位计数器,7.1 定

7、时计数器结构与控制,当GATE=0时，定时器由TCON中的TR位启动或停止定时计数； 当GATE=1时，定时器由TR和外中断请求信号共同控制启动或停止。,3.工作方式控制寄存器(TMOD),GATE为门控制信号位,7.2定时/计数器4种工作方式,M1M0为工作方式选择位。 当 M1M0=00时，工作方式0； 当 M1M0=01时，工作方式1； 当 M1M0=10时，工作方式2； 当 M1M0=11时，工作方式3。,T0共有4种工作方式,T1只有前3种工作方式,M1M0为工作方式选择位。 当 M1M0=00时，工作方式0； 当 M1M0=01时，工作方式1； 当 M1M0=10时，工作方式2；

8、当 M1M0=11时，工作方式3。,7.2定时/计数器4种工作方式,图7-2 13位计数器,7.2.1 工作方式O(13位计数定时),若为计数工作，则计数值的范围为：18192(213)。 若为定时工作，定时时间计算公式为： (213-T0初值)晶振周期12=(213-T0初值)12/fosc=(213-T0初值)机器周期 fosc为晶振频率。设fosc=12 MHz， 则延时范围为：18192s。,当M1M0=00时，工作方式0,工作过程为：,7.2定时/计数器4种工作方式,图7-3 16位计数器,7.2.2 工作方式1(16位计数定时),工作过程与方式0完全一样。MCS-51单片机之所以重

9、复设置几乎完全一样的方式0和方式1，是出于与MCS-48单片机兼容的考虑，因为MCS-48的定时/计数器就是13位计数结构。,当M1M0=01时，工作方式1,工作过程为：,7.2定时/计数器4种工作方式,图7-3 16位计数器,7.2.2 工作方式1(16位计数定时),若为计数工作时，计数范围为：165536(216)。 若为定时工作时，定时时间计算公式为： (216-T0初值)晶振周期12=(216-T0初值)12fosc =(216-T0初值)机器周期 若fosc=12 MHz，延时范围为：165536(216)s。,当M1M0=01时，工作方式1,工作过程为：,7.2定时/计数器4种工作

10、方式,7.2.2 工作方式1(16位计数定时),例71某单片机晶振频率fosc=12 MHz，使用定时器产生周期为 1ms 的等宽方波，由P1.0端输出。 使用定时器1，以工作方式0，采用查询方式； 使用定时器0，以工作方式1，采用中断方式。 解 (1)使用定时器1，工作方式0，查询方式 计算计数初值TH1、TL1 要产生1 ms的等宽方波，只要使用P1.0端交替输出宽度各为500s的高、低电平即可。定时时间为500s，设计数初值为X，由式(71)可得（8192-500=7692） 解得X=7692，转化为二进制为：1111000001100取高8位放入TH1，低5位放人TL1，则TH1=0F

11、OH,TL1=0CH。,当M1M0=01时，工作方式1,7.2定时/计数器4种工作方式,7.2.2 工作方式1(16位计数定时),工作方式控制寄存器初始化 定时器1定时功能，C/T=0；无INT0控制，GATE=0；工作方式为0，M1M0=00， 定时器0不用，有关位均设为0。因此，工作方式控制寄存器的内容为00H。 TR及IE的使用 因为查询方式，要关闭中断，IE为0。 启动计数时，TR1要置1。,当M1M0=01时，工作方式1,例71,7.2定时/计数器4种工作方式,7.2.2 工作方式1(16位计数定时),程序设计（查询方式） MOV T0MD，#00H ；设置T1为工作方式0 MOV

12、TH1，#0FOH ；设置计数初值 MOV TL1, #0CH MOV IE，#00H ；禁止中断 SETB TR1 ；启动定时 LOOP： JNB TF1，LOOP ；查询计数溢出 CPL P1.0 ；输出取反 MOV TH1，#0FOH ；重新设置计数初值 MOV TL1，#0CH CLR TF1 ；清除计数溢出标志位 AJMP LOOP,当M1M0=01时，工作方式1,例71,7.2定时/计数器4种工作方式,7.2.2 工作方式1(16位计数定时),(2)使用定时器0，工作方式1，中断方式： 计算计数初值，由式(72)得： 所以TH0=0FEH，TL0=0CH。 TMOD寄存器初始化：

13、(TMOD)=01H IE及IR的使用：采用中断方式，要使EA=1及ET0=1开放中断。由TR0=1启动定时。,当M1M0=01时，工作方式1,例71,7.2定时/计数器4种工作方式,7.2.2 工作方式1(16位计数定时),主程序： MOV TMOD，#01H ；定时器0工作方式1 MOV TH0，#0FEH ；设置计数初值 MOV TL0， #0CH SETB EA ；开放中断 SETB ET0 ；开放定时0中断 SETB TR0 ；定时开始 SJMP $ ；等待中断 中断服务程序： ORG 000BH ；T0中断源入口地址 CPL P1.0 ；输出取反 MOV TH0，#0FEH ；重新

14、设置计数初值 MOV TL0，#0CH RETI,当M1M0=01时，工作方式1,例71,程序设计如下：,7.2定时/计数器4种工作方式,7.2.2 工作方式1(16位计数定时),当M1M0=01时，工作方式1,例71,中断入口地址说明,7.2定时/计数器4种工作方式,7.2.2 工作方式1(16位计数定时),使用定时计数器延时，只要将定时计数器初始化后，即由硬件自动完成延时工作，程序中无循环延时的指令； 在查询方式中，CPU要不断查询溢出标志位TF的状态，占用了CPU，致使CPU效率不高。在中断方式中，定时器的定时CPU不予理睬，只要把程序之中的SJMP $循环语句用实现其他功能的程序段代替

15、，单片机就可同时进行其他工作； 定时计数器定时工作时，一般无须INT参与控制，GATE设置为0，仅由TR启动定时器工作； 该例中，由于新一次计数要重新设置计数初值等，造成定时停顿，使定时时间增加了若干微秒。,当M1M0=01时，工作方式1,说明：,7.2定时/计数器4种工作方式,7.2.2 工作方式1(16位计数定时),当M1M0=01时，工作方式1,例72,利用定时器测定外部脉冲的频率。,7.2定时/计数器4种工作方式,7.2.2 工作方式1(16位计数定时),当M1M0=01时，工作方式1,例72,利用定时器测定外部脉冲的频率。,7.2定时/计数器4种工作方式,7.2.2 工作方式1(16

16、位计数定时),当M1M0=01时，工作方式1,例72,利用定时器测定外部脉冲的频率。,高频脉冲频率测定的程序如下： 0RG 0000H SJMP MAIN ORG 001BH ；T1中断源入口地址 CLR TR0 MOV IE，#00H MOV BUF，TL0 ；将频率(单位为 ；kHz)存入缓冲单元 RETI,7.2定时/计数器4种工作方式 7.2.2 工作方式1,例72 利用定时器测定外部脉冲的频率。,0RG 0030H MAIN：MOV TMOD，#15H ；T0为计数方式 ；T1为定时方式 MOV TL0，#00 MOV TL1，#0CH ；设fosc,=6 MHz的定时1 ms初值

17、MOV TH1，#0FEH MOV IE，#88H ；开定时1中断允许 MOV TCON，#50H ；启动计数 SJMP：$,7.2定时/计数器4种工作方式 7.2.2 工作方式1,例72 利用定时器测定外部脉冲的频率。,低频脉冲的频率测定的程序如下： 0RG 0000H AJMP MAIN 0RG 0003H CLR TR0 MOV IE，#00H MOV BUF，TL0 RETI,7.2定时/计数器4种工作方式 7.2.2 工作方式1,例72 利用定时器测定外部脉冲的频率。,低频脉冲的频率测定的主程序： 0RG 0030H MAIN：MOV TMOD，#0DH ；GATE=1，外部计数，

18、；工作方式1 MOV TL0，#00 SETB IT0 MOV IE，#81H ；开外中断O SETB TR0 ；启动计数 SJHP $,7.2定时/计数器4种工作方式 7.2.2 工作方式1,例72 利用定时器测定外部脉冲的频率。,由例71、例72体会GATE、INT、TR的控制逻辑及应用场合； 体会例72中两定时计数器配合工作的应用； 体会例72中定时计数器与中断配合工作应用； 因定时计数工作由硬件完成，程序十分简单。,说明：,7.2定时/计数器4种工作方式 7.2.2 工作方式1,例73利用T0门控位GATE测试INT0引脚上出现的正脉冲的宽度。 设fosc=6 MHz，脉冲宽度小于10

19、0 ms。,解分析： 因要测INT0引脚上的信号，故必使GATE=1，并先将TR0置1，将定时计数的启动任务交由INT0完成。 一旦INT0引脚出现高电平即计数开始。 设置INT0为脉冲中断触发方式，则当脉冲高电平结束下降到低电平时，触发中断，计数结束。 此时由计数器的值即可得输出脉冲高电平宽度。,例73,7.2定时/计数器4种工作方式 7.2.2 工作方式1,例73利用T0门控位GATE测试INT0引脚上出现的正脉冲的宽度。 设fosc=6 MHz，脉冲宽度小于100 ms。,例73,设特定定时计数器的初值为O，程序如下： 0RG 0000H SJMP MAIN 0RG 0003H SJMP

20、 INT,0RG 0030H MAIN：SETB IT0 MOV TMOD，#09H ;T0定时方式1,内部计数，GATE置1 MOV TL0，#00H ;置T0初值为0 MOV TH0，#00H SETB TR0 MOV IE，#81H SJMP $,7.2定时/计数器4种工作方式 7.2.2 工作方式1,例73,0RG 0060H INT：CLR TR0 ；停止T0计数 MOV R0，#20H MOV A，TL0 ；将计数值乘以2得脉冲高电平宽度 CLR C ；计时=计数机器周期 RLC A ；fosc=6MHz，机器周期为2S MOVX R0，A MOV A，TH0 ；输出到外部20H,

21、21H,22H端口 RLC A INC R0 MOVX R0，A CLR A RLC A INC R0 MOVX R0，A RETI END,7.2定时/计数器4种工作方式 7.2.2 工作方式1,例73利用T0门控位GATE测试INT0引脚上出现的正脉冲的宽度。 设fosc=6 MHz，脉冲宽度小于100 ms。,此例中，被测脉冲INT0信号连接引脚，即为启动定时计数信号； 此例中定时计数器为计数工作方式，最终测定的物理量是时间，但不是事先设定的时间(不是定时)； 注意脉冲宽度与工作方式的匹配，若为工作方式0，则较难实现测试任务。,说明：,7.2定时/计数器4种工作方式,7.2.3 工作方式

22、2 (自动加载8位计数定时),以TL0为8位计数器，以TH0为预置寄存器。 初始化时把计数初值同时分别装入TL0和TH0中，计数溢出时，单片机自动将TH0内值加载到TL0中进行下一轮定时过程，而不必用软件人为地重新设置初值。方式2工作过程如下： TL0从初始值开始加1计数； 当TL0计满溢出时，向TF0进位，发出中断申请； 单片机自动将TH0中数值加载到TL0中； 重复从重新开始。,说明：,图76自动加载8位计数定时,7.2定时/计数器4种工作方式,7.2.3 工作方式2 (自动加载8位计数定时),自动重复加载初值，即方便使用，也使定时更为精确。但因为是8位计数，计数最大值为256，故定时时间

23、较短。,设计数初值为X，则定时时间为：(28-X)机器周期,例74使用定时器0以工作方式2，由P1.6输出周期为100s连续等宽方波。已知晶振频率为12MHz。 解计算计数初值 等宽方波周期100s，定时时间应为50s，设计数初值为X,7.2定时/计数器4种工作方式,7.2.3 工作方式2 (自动加载8位计数定时),7.2定时/计数器4种工作方式,7.2.3 工作方式2 (自动加载8位计数定时),中断服务子程序设计如下： ORG 000BH CPL P1.6 RETI,ORG 1000H MAIN：MOV TMOD，#02H MOV TH0，#0CEH MOV TL0，#0CEH SETB E

24、A SETB ET0 SETB TR0 SJMP $,主程序设计如右：,例75将定时器0改用于外部中断。 解若定时器0在方式2下工作，初值为0FFH的话，且设置为外部计数方式，T0端接外部中断源，当外中断源发出有效信号时，即可使计数器溢出产生中断，具体方法如下： 将扩展的外部中断请求信号接T0端； 置定时计数器0为工作方式2； 将TH0及TL0初值均设为0FFH； 将扩展的外中断服务程序写入定时/计数器0中断入口地址000BH起的RAM单元中。,7.2定时/计数器4种工作方式,7.2.3 工作方式2 (自动加载8位计数定时),7.2定时/计数器4种工作方式,7.2.3 工作方式2 (自动加载8

25、位计数定时),MOV TMOD，#06H MOV TH0，#0FFH MOV TL0，#OFFH SETB EA SETB ET0 SETB TR0,初始化程序设计如右：,方式3只适应于定时计数器0。如果强制将定时计数器1设置为方式3(M1M0=11)，则将与TR1=0效果相同，即关闭了定时/计数器1。 定时计数器0在工作方式3下时，被拆为两个独立的8位计数器TL0和TH0，其中TL0功能与方式0或1完全相同，既可作计数使用，也可作定时使用。,7.2定时/计数器4种工作方式,7.2.4 工作方式3(双8位计数定时),7.2定时/计数器4种工作方式,7.2.4 工作方式3(双8位计数定时),图7

26、7 双8位计数定时,独立的8位计数器TL0，TL0功能与方式0或1完全相同，既可作计数使用，也可作定时使用。,7.2定时/计数器4种工作方式,7.2.4 工作方式3(双8位计数定时),图77 双8位计数定时,由于TL0独占了定时计数器0的各控制位，TH0只能作为简单的定时器使用，不能对外部脉冲计数，且只好借用定时计数器1的控制位TR1和TF1，即定时的启动和停止由 TR1控制，而计数溢出则使TF1置位。如图77(b)所示。,当定时计数器0在工作方式3下时，定时/计数器1仍可置为方式0、1或2，但由于TR1、 TF1及中断源被定时计数器0占用，此时定时计数器1仅由CT切换定时或计数功能。当计数溢

27、出时，不能产生中断，只能将输出送往串行口，这种情况下，定时计数器1一般用做串行口波特率发生器使用。,7.2定时/计数器4种工作方式,7.2.4 工作方式3(双8位计数定时),使用定时计数器实现以下功能 代替软件延时程序，解放CPU。 输出各种方波。 检测统计外部脉冲数。 检测外部脉冲宽度。,7.3 定时计数器应用实例,7.3 定时计数器应用实例,图78发动机转速检测电路,例76,例76 试用MCS-51单片机处理转速传感器信号，得到发动机转速。,同发动机旋转的飞轮,激光发射,圆孔 （直径很小）,输出低电平,解分析：若测定转速传感器输出脉冲的周期就可以计算出其转速，忽略圆孔所占圆周长度，以高电平

28、时间代替脉冲周期。为测定高电平宽度，可将转速传感器输出端与INT0相连。这样，该问题就转化为例73。 【设】晶振频率为6 MHz，指令周期为2s。发动机转速一般在每分钟10006000转之间，每转时间在O.010.06 s之间，计数器计数不超过16位。,7.3 定时计数器应用实例,例76,7.3 定时计数器应用实例,MOV TMOD，#0DH ；设置定时器T0计数方式 ；工作方式为1，并开启GATE MOV TH0，#00 ；TH0、TL0清0 MOV TL0，#00 MOV IE，#81H ；开放外中断O MOV TCON，#11H ；定义外中断0为脉冲触发方式， ；开放TR0，由INT0信

29、号控制定 ；时器其他功能程序段,主程序设计如下：,例76,由INT0中断时TH0 、TL0的值可计算出发动机旋转一周所需要的时间，从而计算出发动机每分钟的转速。 计算过程由INT0中断服务程序完成。中断服务程序从略。 说明：本例也可通过统计单位时间内脉冲的个数得到发动机转过的周数，进而计算出发动机的平均转速。,7.3 定时计数器应用实例,例76,试用定时计数器完成例53中的问题。 解分析：电路如图58所示。设fosc=6MHz 由例53可知，音符1、2、3、4、5、6对应方波电流的半周期分别为：952s,847s,758s714s、637s、568s。由定时器0选用工作方式1，则对应的计数初值

30、分别为：0FE24H、0FE59H、0FE85H、0FE9BH、0FECAH、0FEFAHo 每拍0.8秒可用定时器1控制，因定时器1在工作方式1下最长延长时间为0.13秒。所以可使定时器定时0.1秒，以8个循环实现0.8秒的控制。 定时器1的计数初值为：3CB0H。,7.3 定时计数器应用实例,例77,7.3 定时计数器应用实例,例77,程序如下： ORG 0000H SJMP MAIN 0RG 000BH CPL P1.0 ；输出与音符对应的方波 MOV TH0，#0FEH MOV TL0，A RETI ORG 001BH MOV TH1，#3CH MOV TL1，#0B0H INC R7 ；定时0.1秒 RETI,7.3 定时计数器应用实例,例77,ORG 0050H MAIN：MOV TMOD， #11H ；初始化部分 MOV DPTR，#TAB MOV TH1，#3CH MOV TL1，#OB0H MOV IE，#8AH MOV TCON，#50H