单片机(c语言版)定时器计数器

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,6,章,AT89S51,单片机的 定时器,/,计数器,1,内容概要：,介绍,AT89S51,单片机片内定时器,/,计数器的结构与功能，两种工作模式和,4,种工作方式，以及与其相关的两个特殊功能寄存器,TMOD,和,TCON,各位的定义及其编程，最后介绍定时器,/,计数器的,C51,编程及应用实例。,6.1,定时器,/,计数器的结构,定时,/,计数器的实质是加,1,计数器（,16,位,），由,高,8,位,THX,（,X=0,或,1,）和,低,8,位,TLX,两个寄存器组成。,TMOD,是定时,/,计数器的工作方式寄存器，确定工作方式和功能；,TCON,是控制寄存器，控制,T0,、,T1,的启动和停止及设置溢出标志,。,外部脉冲,3,图,6-1 AT89S51,单片机的定时器,/,计数器结构框图,6.1.1,工作方式控制寄存器,TMOD,AT89S51,定时器工作方式寄存器,TMOD,用于选择工作模式和 工作方式，字节地址为,89H,，不能位寻址。,8,位分为两组，高,4,位控制,T1,，低,4,位控制,T0,。,（,1,）,GATE,门控位,GATE=0,时，仅由运行控制位,TR,x,(,x,=0,1,),来控制定时器运行,GATE=1,时，用外中断引脚,INT0*,（或,INT1*,）上的电平与运行控制位,TR,x,共同控制定时器运行。,4,图,6-2,寄存器,TMOD,格式,（,2,）,M1,、,M0,工作方式选择位,M1,、,M0,的,4,种编码，对应于,4,种工作方式,的选择。,（,3,）,C/T* ,计数器模式和定时器模式选择位,C/T*=0,，为定时器工作模式，对单片机的晶体振荡器,12,分频后的脉冲进行计数。,C/T*=1,，为计数器工作模式，计数器对外部输入引脚,T0,（,P3.4,）或,T1,（,P3.5,）的外部脉冲（负跳变）计数。,5,6.1.2,定时器,/,计数器控制寄存器,TCON,TCON,字节地址为,88H,，可位寻址，位地址为,88H,8FH,。,（,1,）,TF1,、,TF0,计数溢出标志位。,当,计数器计数溢出时，该位置“,1”,。使用查询方式时，应注意查询有效后，使用软件及时将该位清“,0”,。使用中断方式时，中断请求标志位在进入中断服务程序后由硬件自动清“,0”,。,（,2,）,TR1,、,TR0,计数运行控制位。,TR1,位（或,TR0,位）,=1,，启动定时器工作。,TR1,位（或,TR0,位）,=0,，停止定时器工作。,该位可由软件置“,1”,或清“,0”,。,6,图,6-3,TCON,格式,6.2,定时器,/,计数器的,4,种工作方式,6.2.1,方式,0,M1M0=00,方式,0,为,13,位计数,，由,TL0,的低,5,位（高,3,位未用）和,TH0,的,8,位组成。,TL0,的低,5,位溢出时向,TH0,进位，,TH0,溢出时，置位,TCON,中的,TF0,标志，向,CPU,发出中断请求。,7,图,6-4,定时器,/,计数器方式,0,逻辑结构框图,C/T*,位决定定时器,/,计数器的两种工作模式,（,1,）,C/T*=0,，,T1,（或,T0,）为定时器工作模式，把时钟振荡器,12,分频后的脉冲作为计数信号。,（,2,）,C/T*=1,，,T1,（或,T0,）为计数器工作模式，计数脉冲为,P3.4,（或,P3.5,）引脚上的外部输入脉冲，当引脚上发生负跳变时，计数器加,1,。,9,GATE,位决定定时器的运行控制取决于,TRx,一个条件，还是取决于,TRx,和,INTX,*(x=0,1),引脚状态这两个条件,。,（,1,）,GATE=0,时，仅由,TR0,控制与门的开启。与门输出,1,时，控制开关接通，计数开始；,（,2,）,GATE=1,时，由外中断引脚信号控制或门的输出，此时控制,与门的开启由外中断引脚信号和,TR0,共同控制,。,当,TR0=1,时，外中断引脚信号引脚的,高电平启动计数,，外中断引脚信号引脚的,低电平停止计数,。这种方式常用来测量外中断引脚上正脉冲的宽度。,定时器模式时,有,:N,t/Tcy,计数初值计算的公式为：,6.2.2,方式,1M1M0=01,方式,1,的计数位数是,16,位，由,TLX,作为低,8,位、,THX,作为高,8,位，组成了,16,位加,1,计数器 。,计数个数与计数初值的关系为：,6.2.3,方式,2,M1M0=10,方式,2,为自动重装初值的,8,位计数方式。,工作方式,2,特别适合于用作较精确的脉冲信号发生器。,计数个数与计数初值的关系为,：,工作过程,T0,分成两个,8,位定时,/,计数器,TL0,和,TH0,；,TL0,：,既可计数也可定时，是一个,8,位定时,/,计数器。占用了,T0,所有控制位：,C/T,TR0,GATE,TF,0,和,INT,0,、,T,0,引脚；,TH0,：,只能作为定时器，因为,T,0,已被,TL0,占用，,TH0,用,T1,的,控制位：,TR1,、,TF1,；,6.2.4,方式,3M1M0=11,13,T0,在方式,3,时,T1,的工作模式,T1,只能工作在,0,、,1,、,2,方式，作为串行口的,波特率发生器,使用。因为,T1,的运行控制位,TR1,及计数溢出标志位,TF1,已被定时,/,计数器,T0,借用。,当作为波特率发生器使用时，只需要设置好工作方式，便可自动运行。如要停止工作，只需送入一个把,T1,设置为方式,3,的方式控制字。因为定时,/,计数器,T1,不能在方式,3,下工作， 因为,T1,处于方式,3,时相当于,TR1=0,，停止计数,。,14,6.3,对外部输入的计数信号的要求,当定时器,/,计数器工作在计数器模式时，计数脉冲来自外部输入引脚,T0,或,T1,。当输入信号产生由,1,至,0,的跳变（即负跳变）时，计数器值增,1,。,由于确认一次负跳变花,2,个机器周期，即,24,个振荡周期，因此,外部输入的计数脉冲的最高频率为系统振荡器频率的,1/24,。,图,6-12,对外部计数输入信号的要求,例如，选用,6MHz,频率的晶体，允许输入的脉冲频率最高为,250kHz,。如果选用,12MHz,频率的晶体，则可输入最高频率为,500kHz,的外部脉冲。,15,6.3,对外部输入的计数信号的要求,当定时器,/,计数器工作在计数器模式时，计数脉冲来自外部输入引脚,T0,或,T1,。当输入信号产生由,1,至,0,的跳变（即负跳变）时，计数器值增,1,。,由于确认一次负跳变花,2,个机器周期，即,24,个振荡周期，因此,外部输入计数脉冲的最高频率为系统振荡器频率的,1/24,。,图,6-12,对外部计数输入信号的要求,例如，选用,6MHz,频率,的晶体，允许输入的脉冲频率最高为,250kHz,。如果选用,12MHz,频率的晶体，则可输入最高频率为,500kHz,的外部脉冲。,时间常数的计算,时间常数,：定时器,/,计数器,T0,或,T1,的初始计数值，在,T0,或,T1,被启动后，每个机器周期使计数器中的计数值加,1,，计数器产生溢出后。,定时时间,：计数器溢出时间，时间常数越大，定时时间就越短；时间常数越小，定时时间就越长。时钟的频率越高，定时时间越短；时钟的频率越低，定时时间越长。,设系统时钟的频率为,fosc,，计数器的初始值为,N,，定时器工作于方式,1,，则定时时间：,T=,（,2,16,-N,）,12/fosc (1),如果定时器工作于方式,2,或方式,3,，定时时间为：,T=,（,2,8,-N,）,12/fosc (2),当初始值,N=0,时，如果,fosc=12MHZ,，最大定时时间为：,方式,1,为：,Tmax=2,16,12/fosc=65536us=65.536ms,方式,2,、方式,3,为：,Tmax=2,8,12/fosc=256us,根据定时时间,T,，及公式,(1),、,(2),分别可以求出初值,N,为：,方式,1,：,N=2,16,-Tfosc/12,（,3,）,方式,2,、方式,3,：,N=2,8,-Tfosc/12,（,4,）,如果,fosc=12MHZ,以上公式可简化为,方式,1,：,N=2,16,-T,方式,2,、方式,3,：,N=2,8,-T,例如：系统的时钟频率是,12MHz,，在方式,1,下，如果希望定时器,/,计数器,T0,的定时时间,T,为,10ms,，则初值,N =2,16,-T=65536-10000=55536,如何将,55536,给两个,8,位寄存器,TH0,、,TL0,赋值呢？可将十进制数,55536,转换成四位十六进制数，将高,2,位送,TH0,，低,2,位送,TL0,。,更简单的方法是：对于,16,位计数器来讲，,2,16,等效为,0,，对于,8,位计数器，,2,8,等效为,0,，这样公式（,3,）、（,4,） 可简化为,N=-T,，直接用下面两条语句就可以完成计数器初值的设置：,TH0=-10000/256,；,/,取,-N,的高,8,位,TL0=-10000%256,；,/,取,-N,的低,8,位,例如：设系统的时钟频率是,12MHz,，定时器工作于方式,2,，定时时间,200us,。,根据前面分析，,N=-T=-200,，可直接用以下语句实现：,TH0=-200,；,TL0=-200,；,MCS-51,单片机的定时器是可编程的，但在进行定时或计数之前要对程序进行,初始化,，具体步骤如下：,（,1,）确定工作方式字：对,TMOD,寄存器正确赋值；,（,2,）确定定时初值：计算初值，直接将初值写入寄存器的,TH0,、,TL0,或,TH1,、,TL1,；,初值计算,：,设,计数器的最大值为,M,，则置入的初值,X,为：,计数,方式：,X=M-,计数值,定时,方式：由,(M-X)T=,定时值,得,X=M-,定时值,/T,T,为计数周期，是单片机的机器周期。,（模式,0-M,为,2,13,，,模式,1-M,为,2,16,，模式,2,和,3-M,为,2,8,）,（,3,）根据需要，对,IE,置初值，开放定时器中断；,（,4,）启动定时,/,计数器，对,TCON,寄存器中的,TR0,或,TR1,置位，置位以后，计数器即按规定的工作模式和初值进行计数或开始定时。,6.4,定时器,/,计数器的编程和应用,6.4.1 P1,口外接的,8,只,LED,每,0.5s,闪亮一次。,【,例,6-1】,在,AT89S51,单片机的,P1,口上接有,8,只,LED,（电路见图,4-7,）。下面采用定时器,T0,的方式,1,的定时中断方式，使,P1,口外接的,8,只,LED,每,0.5s,闪亮一次。,（,1,）设置,TMOD,寄存器,方式,1,；计时工作模式；仅由,TR0,来控制；,T1,不使用。,TMOD,寄存器应初始化为,0x01=0000 0001B,（,2,）计算,T0,计数初值,设定时时间,5ms,（即,5000s,），设定时器,T0,的计数初值为,X,，假设晶振的频率为,11.0592MHz,，则定时时间为：,定时时间,=(2,16,X,),12/,晶振频率,则,5000=(2,16,X,),12/11.0592,得：,X,= 60928,，转换成,16,进制后为：,0xee00,，其中,0xee,装入,TH0,，,0x00,装入,TL0,。,（,3,）设置,IE,寄存器,本例由于采用定时器,T0,中断，因此需将,IE,寄存器中的,EA,、,ET0,位置,1,。,（,4,）启动和停止定时器,T0,将定时器控制寄存器,TCON,中的,TR0=1,，则启动定时器,T0,；,TR0=0,，则停止定时器,T0,定时。,21,#include,Char i=100,；,/*,给变量,i,赋初值，定时,0.5S,，每次定时中断,5MS,，需要中断,100,次*,/,void main( ),TMOD=0x01,；,/*,设置定时器,T0,为方式,1*/,TH0=0xee,；,/*,向,TH0,写入初值的高,8,位*,/,TL0=0x00,；,/*,向,TL0,写入初值的低,8,位*,/,P1=0x00,；,/*P1,口,8,只,LED,点亮*,/,EA=1,；,/*,总中断允许*,/,ET0=1,；,/*,定时器,T0,中断允许*,/,TR0=1,；,/*,启动定时器,T0*/,while(1),；,/*,无穷循环，等待定时中断*,/,22,/*,以下为定时器,T0,的中断服务程序*,/,void T0_int(void) interrupt 1,TH0=0xee,；,/*,给,T0,装入,16,位初值，计,4608,个数后，,T0,溢出,TL0=0x00,；,i-,；,/*,循环次数减,1*/,if(i0,；,i-),for(j=0,；,j125,；,j+),；,/*,空函数*,/,void main( )/*,主函数*,/,TMOD=0x50,；,/*,设置定时器,T1,为方式,1,计数*,/,TH0=0xff,；,/*,向,TH0,写入初值的高,8,位*,/,30,TL0=0xfc,；,/*,向,TL0,写入初值低,8,位*,/,EA=1,；,/*,总中断允许*,/,ET1=1,；,/*T1,中断允许*,/,TR1=1,；,/*,启动,T1*/,while(1),；,/*,无穷循环，等待定时中断*,/,/*,以下为定时器,T1,的中断服务程序*,/,void T1_int(void) interrupt 3,for(,；,) /*,无限循环*,/,P1=0xff,；,/*8,位,LED,全灭*,/,Delay(500),；,/*,延时,500ms*/,P1=0,；,/*8,位,LED,全亮*,/,Delay(500),；,/*,延时,500ms */,31,案例,4,用定时器来控制数码管的动态显示。,用定时器控制数码管动态显示的方法：,设定时器的定时时间为,1ms,，每次产生溢出中断，就根据位选变量,bsel,（主程序中将其初值设置为,0xfe,）送位选口，点亮一位数码管，并将,bsel,左移一位，为下一位的显示做好准备，,4,次定时中断分别完成,4,位数码管的显示，之后将,bsel,的值再次初始化为,0xfe,，准备下一轮显示。,因此这种显示方式由定时中断自动完成，无需在主程序中调用,主程序,uchar bsel , n;,void main(void), n=0;,bsel=0xfe; /,首先显示数码管的最低位,TMOD=0x01; /T0,工作于定时方式,2,TH0=-1000/256; /T0,的定时时间为,1000us,TL0=-1000%256;,ET0=1; /,允许,T0,中断,TR0=1; /,启动定时,EA=1; /,开中断,while(1);,uchar code segtab=,0xc0,0xf9,0xa4,0xb0, 0x99, 0x92,0x82,0xf8, 0x80, 0x90,0x88, 0x83, 0xc6,0xa1, 0x86, 0x8e,0x89,0x8c;,uchar dbuf4=,4,3,2,1;,字符,0F,的字形码表,显示缓存，存放要显示字符,void time0(void) interrupt 1, TH0=-1000/256;,TL0=-1000%256;,P0=0xff;,P2=bsel;,P0=segtabdbufn;,bsel=_crol_(bsel,1);,n+;,if(n=4), n=0;,bsel=0xfe;,重新装入时间常数,定时器,T0,中断服务程序,熄灭数码管，防止上一位字符在当前位置显示出来。,点亮当前位,根据显示缓存查字段码,准备显示下一位,指向下一位要显示的数据,如果四位已显示完,重新从最低位开始,6.4.3,扩展一个外部中断源,方式,2,可自动重新装载初值。此方式可省去用户程序中重新装初值的指令。,当某个定时器,/,计数器不使用时，可为,AT89S51,扩展一个负跳沿触发的外部中断源。,基本思想：,把定时器溢出中断做成外部中断,，然后把计数输入信号接到定时器的相应引脚上,T0,脚（或,T1,脚），并把定时器被设置为方式,2,（自动装入常数方式）计数工作模式，计数器,TH0,、,TL0,初值均为,0FFH,，并允许,T0,中断，总中断开放。当检测到,T0,脚（或,T1,脚）引脚电平发生负跳变时，计数器,TF0(,或,TF1),溢出，这时将产生一个中断请求。,【,例,6-3】,扩展一个负跳沿触发的外部中断源，把定时器,T0,计数输入引脚作为外部中断请求信号的输入端。,35,#include,void main( ), ,TMOD=0x06,；,/*,设置定时器,T0,为方式,2,计数*,/,TH0=0xff,；,/*,给,T0,装入初值*,/,TL0=0xff,；,/*,给,T0,装入初值*,/,ET0=1,；,/*,允许,T0,中断*,/,EA=1,；,/*,总中断开*,/,TF0=0,；,/*T0,中断溢出标志位清,0*/,TR0=1/*,接通,T0,计数*,/,while (1) /*,无限循环等待*,/,/*,以下为定时器,T0,的中断服务程序*,/,void T0_int(void) interrupt 1 using 0, /*,外中断处理部分*,/,36,6.4.4 P1.0,上产生周期为,2ms,的方波,【,例,6-4】,系统时钟为,12MHz,，编程实现从,P1.0,引脚上输出一个周期为,2ms,的方波，如,图,6-14,所示。,基本思想：,要在,P1.0,上产生周期为,2ms,的方波，定时器应产生,1ms,的周期性的定时，定时对,P1.0,求反。选择定时器,T0,，方式,1,定时，采用中断方式，,GATE,不起作用。,37,图,6-14,定时器控制,P1.0,输出一个周期为,2ms,的方波,计算,T0,的初值计算：,设,T0,的初值为,X,，则,(2,16,X,),1,10,6,=1,10,3,=65536,X,=1000,则初值为：,655361000=64536,，,因此,TH0=(655361000)/256,，,TL0=(655361000)%256,。,参考程序如下：,38,#include,sbit P1_0=P10;,void main(void),TMOD=0x01,；,/*,设置定时器,T0,为方式,2,计数*,/,P1_0=0;,TH0=(655361000)/256,；,/*,给,T0,装入初值*,/,TL0=(655361000)%256,；,/*,给,T0,装入初值*,/,ET0=1,；,/*,允许,T0,中断 *,/,EA=1,；,/*,总中断开 *,/,TR0=1/*,接通,T0,计数 *,/,do while (1); /*,无限循环等待 *,/,void T0_int(void) interrupt 1 using 1,P1_0=! P1_0;,TH0=(655361000)/256,；,TL0=(655361000)%256,；,39,6.4.5 P1.1,上产生周期为,1s,的方波,【,例,6-5】,假设系统时钟为,12MHz,，编程实现从,P1.1,引脚上,输出一个周期为,1s,的方波。,基本思想：,要在,P1.0,上产生周期为,1s,的方波，定时器应产生,500ms,的周期性定时，定时到则对,P1.0,求反。由于定时时间较长，用定时器不能直接实现，直接定时时间最长的就是方式,1,，仅为,65ms(,系统时钟,12MHz),多一点。,实现：,T0,定为,10ms,定时，每,10ms,对,P1.0,求反一次，,P1.0,输出的脉冲加到定时器,T1,的计数输入脚,P3.5,（,T1,脚），作为计数输入，定时,500ms,需计数,50,次。,T1,设为方式,2,计数，初值,X,为：,2,8,X,=50,，则,X,=206,，,40,所以,TH1= TL1=206,。,T0,设为方式,1,定时，则控制字为,61H,。定时器,T0,和,T1,均采用中断方式工作。,参考程序如下：,#include,sbit P1_0=P10;,sbit P1_1=P11;,void main(void),TMOD=0x61,；,/*,设置定时器,T0,为方式,1,定时，,T1,为方式,2,计数*,/,P1_0=0;,TH0=(6553610000)/256,；,/*,给,T0,装初值*,/,TL0=(6553610000)%256,；,TH1=206,；,/*,给,T1,装初值*,/,TL1=206,；,41,EA=1,；,/*,总中断开 *,/,ET0=1,；,/*,允许,T0,中断 *,/,ET1=1,；,/*,允许,T1,中断 *,/,TR0=1;,TR1=1;,while (1);,void T0_int(void) interrupt 1,TH0=(655361000)/256,；,TL0=(655361000)%256,；,P1_0=! P1_0;,void T1_int(void) interrupt 3,P1_1=! P1_1; ,；,/* P1.1,脚产生,1s,的方波*,/,。,42,6.4.6 T1,控制发出,1KHz,的音频信号,【,例,6-6】,利用定时器,T1,的中断来控制蜂鸣器发出,1KHz,的音频信号，电路图见,图,6-15,。,假设系统时钟为,11.0592MHz,，则每个脉冲的周期为,12/11.0592=1.085s,。,1KHz,的音频信号周期为,1ms,，因此要计数的脉冲数为,1000/1.085=921,次。所以,T1,的初值：,TH1=(65536921)/256,；,TL1=(65536921)%256,参考程序如下：,43,#include,sbit sound=P17;,void main(void),EA=1,；,/*,总中断开 *,/,ET1=1,；,/*,允许,T0,中断 *,/,TMOD=0x10,；,/*,设置定时器,T1,为方式,1,定时*,/,sound=0;,TH1=(65536921)/256,；,/*,给,T1,装初值*,/,TL1=(65536921)%256,；,TR1=1;,while (1);,void T1_int(void) interrupt 3 using0,sound =,sound;,TH1=(65536921)/256,；,TL1=(65536921)%256,；,44,6.4.7,测量脉冲宽度（门控位,GATEx,的应用）,下面以定时器,T1,为例，介绍门控制位,GATE,的具体应用，即测量,INT0*,（或,INT1*,）引脚上正脉冲的宽度。,【,例,6-7】,门控位,GATE1,可使,T1,的启动计数受,INT1*,的控制，当,GATE1=1,，,TR1=1,时，只有引脚,INT1*,输入高电平时，,T1,才被允许计数。利用,GATE1,这一功能，可测量引脚,INT1*,（,P3.3,）上正脉冲的宽度（机器周期数），利用门控制位,GATE1,，测量引脚,INT1*,上正脉冲宽度。方法如,图,6-16,所示。,45,图,6-16,利用,GATE,位测量正脉冲的宽度,参考程序如下：,#include,sbit P3_3=P33,；,/*,位变量定义*,/,unsigned count_high,；,/*,定义计数变量，用来读取,TH0*/,unsigned count_low,；,/*,定义计数变量，用来读取,TL0*/,void read_ count( ),；,/*,读计数器函数*,/,void main( ),TMOD=0x90,；,/*,设置定时器,T1,为方式,1,定时*,/,TH1=0,；,/*,向定时器,T1,写入计数初值*,/,TL1=0,；,TR1=1,；,while(P3_3=1); /*,等待变低*,/,TR1=1,；,/*,如果为低，启动,T1(,未真正开始计数,)*/,46,while(P3_3=0); /*,等待变高，变高后,T1,真正开始计数*,/,while(P3_3=1); /*,等待变低，变低后,T1,停止计数*,/,TR1=0,；,read_ count( ) ;/*,读计数寄存器内容的函数*,/,void read_ count( ) /*,读取计数寄存器的内容*,/,do,count_high=TH1,；,/*,读高字节*,/,count_low =TL1,；,/*,读低字节*,/,/*,可将两字节的机器周期数进行显示处理*,/,while(count_high!= TH1),；,正脉冲宽度以机器周期数的形式读入到,count_high,和,count_low,两个单元中，,