单片机原理教案第6章.ppt

1、6.1 定时和计数的基本概念 6.2 MCS-51单片机定时/计数器的结构和工作原理 6.3 定时/计数器工作模式及其应用 6.4 综合应用举例,第6章 定时器与计数器,从一个生活中的例子来理解计数的基本概念：假设你希望知道一个碗里可以装多少豆子？你可以采用什么办法呢？你肯定会说把碗里的豆子数一下就行了，不错，正是如此。从这个常见的计数例子可以看出，如果想计数，必须必备三要素：,计数单元：豆子 人：一个能认识豆子并能计数的人 计数容量：一个碗，同时碗装满了，人可以看到碗满了，停止计数,计数的基本概念,但是生活中常见的事情如何用单片机去实现呢？单片机是无法认识豆子等我们人可以通过眼睛认识的事物。

2、单片机可以识别的只能是电脉冲信号，如果想利用单片机完成计数功能，则与生活中的计数相对应，需要以下三要素： 计数脉冲：单片机的某个IO引脚可以识别脉冲信号 单片机CPU：单片机CPU内部集成这样的硬件功能，即IO引脚每来一个脉冲，寄存器的值增加1，计数一次。 计数容量：计数容量和寄存器的位数有关，如果利用8位寄存器则只能计数到255，超过255则必须告诉CPU已经溢出，停止计数,还是从生活中的定时例子来说明定时的基本概念。一个闹钟，将它定时在1个小时后闹响，换言之，也可以说是秒针走了3600圈，如果需要你设计一个这样的定时装置，你该怎么办呢？同时想定时，必须必备三要素：,定时的基本概念, 定时基

3、准：最小的定时单元，对于本例而言，需要一个精确的秒针，当秒针走一圈，则表示一秒的时间。 计数功能：需要一个装置能计数，秒针每走一圈则计数功能加1。 计数容量：当计数达到3600圈以后，则报警表示定时时间已到。,同样对于单片机而言如何实现现实生活中需要的定时功能呢？如果想利用单片机完成定时功能，则与生活中的定时相对应，需要以下三要素： 定时基准：单片机中的晶振提供一个精确的定时基准。由单片机的晶振经过12分频后获得的一个脉冲源，即采用机器周期作为定时基准，如果晶振为12M，则定时基准为1us。 计数功能：与计数功能相同，单片机CPU内部集成这样的硬件功能，即每一个机器周期，寄存器的值增加1，计数

4、一次。 计数容量：当达到用户定义的时间后，则申请中断，在中断程序中实现报警功能。,6.2.1 定时/计数器概述,图6-1 定时/计数器结构,图6-2 定时/计数器控制逻辑,6.2.2 单片机定时/计数器的工作方式,定时器工作方式 设置为定时器工作方式时，基准时间由单片机的晶振经过12分频后获得的一个脉冲信号，即机器周期信号。机器周期信号输入到加1计数器，加1计数器实现每个机器周期使T0或T1的计数寄存器数值增加1，直至计满溢出，根据计数机器周期的次数可以得到定时时间。 计数器工作方式 设置为计数方式时，外部脉冲信号输入到引脚T0（P3.4）和T1（P3.5），CPU对外部脉冲信号进行采样计数，

5、加1计数器由外部输入脉冲信号的下降沿触发计数。,计数方式具体工作过程,计数器在每个机器周期的S5P2期间采样T0和T1引脚的输入电平，若前一个机器周期采样值为1，下一个机器周期采样值为0，则计数器加1。所以检测一个从1到0的跳变需要两个机器周期，即外部输入信号的周期应大于或等于两个机器周期，也就是说外部输入信号的频率必须小于晶振频率的1/24，若频率超过晶振频率的1/24，则无法准确计数脉冲个数。虽然对外部输入信号的占空比无特殊要求，但是为了确保输入信号电平在变化之前至少被采样一次，要求电平保持时间至少是一个完整的机器周期。对输入脉冲信号的基本要求如图6-3所示。,图6-3 对输入脉冲宽度的要

6、求,TMOD用于控制T0和T1的工作模式。 TMOD不能位寻址，只能用字节设置定时器的工作模式，低半字节设置T0，高半字节设置T1。 8051系统复位时，TMOD的所有位被清0。 TMOD各位的定义格式如图所示,6.2.3 工作模式寄存器 TMOD,M1和M0操作模式控制位。两位可形成四种编码，对应于四种模式。,计数器/定时器方式选择位,设置为定时方式。定时器计数8051片内脉冲，即对机器周期计数,设置为计数方式。计数器的输入来自T0（P3.4）或T1（P3.5）端的外部脉冲,GATE门控位。 GATE=0，只要用软件使TR0（或TR1）置1就可以启动定时器，而不管INT0（或INT1）的电平

7、是高还是低。 GATE=1，只有INT0（或INT1）引脚为高电平且由软件使TR0（或TR1）置1时，才能启动定时器工作。,TCON除可字节寻址外，各位还可位寻址。 8051系统复位时，TCON的所有位被清0。 TCON各位的定义格式如图所示。,6.2.4 启动控制寄存器TCON,6.3 定时/计数器工作模式及其应用,6.3.1 模式 0 及其应用 6.3.2 模式 1 及其应用 6.3.3 模式 2 及其应用 6.3.4 模式 3 及其应用,6.3.1 工作模式0及其应用,1 逻辑结构 2 控制寄存器TMOD和TCON的设置 3 定时/计数器初值的设置 4 模式0的应用,1 逻辑结构,图6-

8、7 模式0时的逻辑结构图,例6.4 用T0定时，选择工作模式0，由单片机P1.0输出占空比为50、周期为2ms的方波，晶振频率为12M。,源程序如下： ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH LJMP INT_TIME0 ORG 0030H MAIN: MOV TMOD, #00H ；设置工作方式 MOV TH0, #0E0H ；设初始值 MOV TL0, #18H SETB TR0 ；启动定时器 SETB EA ；开放定时器中断 SETB ET0 SETB P1.0 LJMP $ INT_TIME0: MOV TH0, #0E0H ；对定时器重新赋值 MOV TL0, #

9、18H CPL P1.0 RETI,4 工作模式0应用,6.3.2 工作模式1及其应用,1 逻辑结构 2 控制寄存器TMOD和TCON的设置 3 定时/计数器初值的设置 4 模式1的应用,1 模式 1 的逻辑电路结构,图6-8 模式1逻辑结构图,4 模式 1 的应用举例,例6.7 用T1定时，选择工作模式1，由单片机P1.0输出50Hz的方波，晶振频率12M。,源程序如下： ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0030H MAIN： MOV TMOD,#10H ；设置T1为模式1 SETB TR1 ；启动定时 LOOP： MOV TL1,#0D8H ；送初值 MOV TH1,#0F

10、0H JNB TF1，$ ；查询定时时间到否 CLR TF1 ；产生溢出，清标志位 CPL P1.1 ；取反 SJMP LOOP ；重复循环,6.3.3 工作模式2及其应用,1 逻辑结构 2 控制寄存器TMOD和TCON的设置 3 定时/计数器初值的设置 4 模式2的应用,1 模式 2 的逻辑电路结构,图6-9 模式2逻辑结构,4 模式 2 的应用举例,例6-10：利用定时器T1的模式2对外部信号计数。要求每计满100次，将 P1.0引脚取反。 源程序：ORG 0000H LJMP MAIN ORG 001BH LJMP INT_TIME1 ORG 0030H MAIN: MOV TMOD,#

11、60H ；设置T1为模式2,外部计数方式 MOV TL1,#9CH ；T1计数器初值 MOV TH1,#9CH SETB EA ；开放定时器中断 SETB ET1 SETB TR1 ；启动T1计数 HERE: SJMP HERE ；等待中断 INT_TIME1: CPL P1.0 RETI,6.4 综合应用举例,由于MCS-51单片机的定时/计数器是可编程的，因此在使用之前需要进行初始化。在编程时主要注意两点：第一要能正确写入控制字；第二能进行计数初值的计算。一般情况下，包括以下几个步骤： （1）确定工作方式，即对TMOD寄存器进行赋值。 （2）计算计数初值，并写入寄存器TH0、TL0或TH1

12、、TL1中。 （3）根据是采用中断还是查询方式决定是否置位ETx允许T/C中断。 （4）根据是采用中断还是查询方式决定是否置位EA使CPU开中断。 （5）置位TRx启动计数。,例6-11 试选择定时/计数器T0测试INT0（P3.2）引脚上输入的被测脉冲宽度，已经晶振频率12M,分析：定时器可以用于测量脉冲宽度程序设计，测量外部脉冲宽度利用TMOD的门控位控制很方便，当设置GATE1时，仅设置TR0（TR1）等于“1”，定时器不能被启动，还必须等外部脉冲高电平时，定时器才开始工作。 测试过程如图6-11所示,图6-11 被测脉冲波形,例6-11 源程序如下： ORG 0000H LJMP MA

13、IN ORG 000BH LJMP INT_TIME0 ORG 0030H MAIN:MOV R2,#00H ；如果被测脉冲宽度太长，则累计溢出次数 MOV TMOD,#09H ；设置T0为模式1，门控方式 MOV TL0,#00H ；设置初值 MOV TH0,#00H SETB EA ；开放T0中断 SETB ET0 SETB TR0 ；INT0引脚高电平到来才会启动T0 JNB P3.2, $ ；等待高电平到来 JB P3.2,$ ；高电平到来，启动T0开始测量 CLR TR0 MOV R0,TH0 ；P3.2低电平，测量结束，保存结果 MOV R1,TL0 LJMP $ INT_TIME

14、0: INC R2 MOV TL0,#00H MOV TH0,#00H RETI,例6-12： 电路如图6-12所示，P1.0引脚外接发光二极管D0，要求D0以1s的间隔闪烁。已经晶振频率12M,图6-12 例6-12电路原理图,例6-12源程序代码： ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH LJMP INT_TIME0 ORG 0030H MAIN: MOV P1,#0FFH ；关所有灯 MOV 30H,#00H ；软件计数器预清0 MOV TMOD,#01H ；定时/计数器0工作于方式1 MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H；即数15536 SETB E

15、A ；开总中断允许 SETB ET0 ；开定时/计数器0允许 SETBTR0 ；定时/计数器0开始运行 LOOP: AJMP LOOP ；真正工作时,这里可写任意程序 INT_TIME0: INC 30H；定时器0的中断处理程序 MOVA,30H CJNE A, #20,T_END ；30H单元中的值到了20了吗? CPL P1.0 ；到了,取反P10 MOV 30H, #00H ；清软件计数器 T_END:MOVTH0,# 3CH MOV TL0,# 0B0H ；重置定时常数 RETI,例6-13 设一交通路口设红、黄、绿三盏交通灯，当红灯亮2s后，黄灯亮400ms，绿灯亮1s，试用单片机模

16、拟交通灯控制,分析：单片机采用发光二极管模拟交通灯控制，即利用P1.0P 1.2分别接红、黄、绿三个发光二极管。但是这里用到三个定时时间（2s、400ms 、1s），难道每个定时时间都编写不同的定时程序，那么如果需要更多的定时时间，怎么办？这里还是采用软件定时器的方式，即找到这几个定时的时间的公约数，利用软件计数器就可以完成不同的延时。,例6-13源程序如下： NumberOf50ms EQU 30H ；定义软件定时器的计数次数 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000Bh LJMP INT_TIME0 ORG 0030H MAIN: CLR P1.0 红灯亮 MOV NumberOf50ms,#28H 延时2s LCALL DELAY SETB P1.0 红灯灭 CLR P1.1 黄灯亮 MOV NumberOf50ms,#08H 延时400ms LCALL DELAY SETB P1.1 黄灯灭 CLR P1.2 绿灯亮 MOV NumberOf50ms,#14H 延时1s LCA