第六章：定时计数器B.讲义

,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,*,单片机与控制技术,电气学院：王欣,第,6,章：,MCS-51,的定时器,/,计数器,RE,：,硬件编程结构及引脚,已介绍,CPU,主要部件与特殊功能寄存器（,SFR,）,已介绍,片内外存储器的组织结构和编址,已介绍,并行,I/O,口,已介绍,中断及中断系统,已介绍,定时,/,计数器（外设）,【,本次课内容！,】,串行口（外设）,生产线上产品计数。每个产品通过得到一个脉冲信号，计数器记录脉冲个数，当计数值与设定值相等，启动包装机器。,检测转速。电机转动一圈发出一个脉冲，计数器记录一秒时间内脉冲个数，显示转速。,定时,/,计数器的应用,（,1,）获取一定的时间间隔信号（即定时），或对外部的脉冲个数进行计数。采用专用的硬件定时,/,计数器（而不是用延时程序来获得定时），减轻了,CPU,的负担。,（,2,）定时和计数的本质是一样的。当计数器所计的脉冲是频率不变的信号时，通过计数值就可以知道时间长短，这时计数器就成了定时器。,定时,/,计数器的作用：,MCS51,单片机的定时,/,计数器资源,有,2,个,(8052,有,3,个,)16,位,的定时,/,计数器，均为,加,1,计数；,4,种工作方式,（,16,位,/13,位,/8,位,/,波特率），由,TMOD,控制寄存器中的,M1,、,M0,位来控制,两个,SFR,：,TMOD,定义工作方式，,TCON,控制有关功能,定时器,的实质为对,MCU,片内机器周期计数，而,计数器,对芯片外部引脚,T0,、,T1,上的脉冲信号个数计数。,定时,/,计数器的工作原理,定时,/,计数器中的核心部件为可预置初值计数器。预置初值后开始计数，直至计数值归,0,或产生溢出，可申请中断。,计数器有加,1,计数或减,1,计数两种形式。,K1,K2,可预置初值计数器,中断,请求,功能,选择,启动,控制,内部时钟脉冲（定时）,外部输入脉冲,（计数）,溢出信号,计数脉冲,计数初值,说明：,当用作,定时器功能,时，加,1,计数器每经过一个机器周期的时间加,1,，所以定时器,可看作计算机器周期的计数器。,由于每个机器周期包含,12,个振荡信号周期，所以加,1,计数器的计数脉冲频率为振荡器信号的,1/12,，当振荡器频率为,6MHz,时计数脉冲的最高频率为,500KHz,，或周期为,2s,。,当用作,计数器功能时，加,1,计数器的计数脉冲取自外部输入引脚,T0,、,T1,（,8052,还有,T2,），只要这些引脚上有一个从“,1”,到“,0”,的负跳变，加,1,计数器就加,1,。,CPU,在每个机器周期对外部输入状态进行采样。计数器加,1,的执行是在检测到跳变后的那个机器周期时刻。,由于需要两个机器周期（,24,个振荡信号周期）来识别一个从“,1”,到“,0”,的负跳变，所以最大计数速率为振荡信号频率的,1/24,。,显而易见，为了保障外部输入状态在改变之前至少采样一次，因此，信号必须至少保持一个完整的机器周期。,图,6-1 MCS-51,定时器,/,计数器逻辑结构框图,T0,T1,TF1,TF0,设定,4,种工作状态,1,定时,/,计数器的结构,51,系列单片机中有两个特殊功能寄存器,(TMOD/TCON),用于,定义定时,/,计数器的工作方式和控制定时,/,计数器的有关功能,.,1,）定时器方式寄存器,TMOD,（只能按字节地址访问！）,TMOD,用于定义工作方式以及操作方式。,其格式为,：,高位 低位,GATE,C/T,M,1,M,0,GATE,C/T,M,1,M,0,定时,/,计数器,1,定时,/,计数器,0,TMOD,TMOD,的高,4,位控制定时,/,计数器,1,，低,4,位控制定时,/,计数,0,。,其中,M1,、,M0,定义定时,/,计数器的工作方式。,1,）定时器方式寄存器,TMOD,C/T,：定时,/,计数器功能选择位。,1,：计数器功能（对外部脉冲即负跳变计数，,允许的最高计数频率为晶振频率的,1/24,）,；,0,：定时器功能,GATE,：门控制位，用于控制定时,/,计数器的（启动,）,计数,是否受,外部中断输入引脚（,INT0,、,INT1,脚）电平,的影响。,GATE=0,，与外部中断无关，以运行控制位,TRX,来启动；,GATE=1,，只有在没有外部中断请求信号情况下（即外部中断引脚,INTx=1,），才允许,计数。,M1,、,M0,：工作方式选择,GATE,C/T,M,1,M,0,GATE,C/T,M,1,M,0,T1,T0,D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,由,M1,、,M0,决定的定时,/,计数器的工作方式,M,1,M,0,工作方式,说明,0,0,0,13,位定时,/,计数器,0,1,1,16,位定时,/,计数器,1,0,2,具有自动重装入的,8,位定时,/,计数器,1,1,3,定时器,0,（,T0,）分为,2,个,独立的,8,位定时器，,T1,在方式,3,时停止工作,举例：,设置,T1,为,16,位,的,计数,器对外部脉冲计数，,T1,启动不受外部中断影响。则,MOV TMOD,，,50H,；（,0101 0000B,）,2,）定时器控制寄存器,TCON,用于外部中断（中断系统中已介绍）,SETB TR0,；启动定时器,0,使用中断方式，作为中断请求标志位，,进入中断服务程序后硬件自动清零,软件控制,3,）,定时器初值的确定？,加法计数器是计满溢出时才申请中断,所以在给定时器,/,计数器赋初值时,不能直接输入所需的计数值,而应输入的是计数器计数的最大值与这一计数值的差值,设最大值为,M,初值为,X,则,X,的计算方法如下,: ,计数状态,: X=M,计数值,定时状态,: X=M,定时时间,/Tcy,而,Tcy=12,晶振频率,每一种工作方式对应的最大计数值：,方式,0 13,位计数器,方式,1 16,位计数器,方式,2 8,位计数器,方式,3 8,位计数器,定时初值：,对机器周期进行计数。,T,：定时时间，,X,：初值，,N,：计数,器位数，,：系统时钟（晶振）频率，则：,计数初值：,对外部脉冲进行计数，计数值根据要求确定。,X,：初值，,N,：计数器位数，则,2,定时器,/,计数器的,4,种工作方式,SFR:,定时器方式寄存器,TMOD,TMOD,用于定义工作方式以及操作方式。,其格式为,：,高位 低位,GATE,C/T,M,1,M,0,GATE,C/T,M,1,M,0,定时,/,计数器,1,定时,/,计数器,0,TMOD,TMOD,的高,4,位控制定时,/,计数器,1,，低,4,位控制定时,/,计数,0,。,其中,M1,、,M0,定义定时,/,计数器的工作方式。,1,）方式,0,（,13,位计数器）,当,M1,、,M0,位置成,00,时，工作方式为方式,0,，由图这时定时,/,计数器的加,1,计数器为,13,位，即,TL,的低,5,位,和,TH,的,8,位,。,计数脉冲源由,TMOD,的,C/T,位来决定。,TL,和,TH,的计数值由全“,1”,变为全“,0”,时，,TCON,的中断溢出标志位,TF,置位，定时,/,计数器向,CPU,申请中断。允许计数脉冲输入的条件是：,TR0/1=1,且,GATE=0,或,/INT01=1,，这些均由软件设置。,0,1,1,1,1,1,0,1,0,0,Timer,Count,当定时,/,计数器工作于定时功能且选为方式,0,时，应按照定时的时间选择一个时间常数作为计数器的初值，需要连续定时时，应在每次溢出产生中断后，在程序（,ISR,）中为,TL,和,TH,装入初值。,方式,0,的计数长度,M,为,2,的,13,次方。初值也是,13,位二进制数，但要注意是高,8,位赋值给,THx,，低,5,位前面补足,3,个,0,凑成,8,位赋给,TLx,。,举例：如要求,T0,的计数值为,1000,，则初值为,x,M,1000,8192,1000,1C18H,1 1100 0001 1000B,则赋初值时，,TH0,1 1100 000B=0E0H,，,TL0,0001 1000B,=18H,。,2,）方式,1,（,16,位计数器）,方式,1,和方式,0,的工作原理基本相同,，唯一不同是,T0,和,T1,工作在方式,1,时是,16,位,的计数,/,定时器,方式,1,时的,计数长度,M,是,2,的,16,次方,。,16,位的初值直接拆成高低字节，分别送入,THx,和,TLx,即可,。,3,）方式,2,（,8,位计数器，,初始值自动重装,）,工作方式,0,和工作方式,1,的最大特点,就是计数溢出后，计数器为全,0,，因而循环定时或循环计数应用时就,存在反复设置初值,的问题，这给程序设计带来许多不便，同时也会影响计时精度。,作为计数器,保存计数初值,工作方式,2,就针对这个问题而设置，它具有自动重装载功能，即自动加载计数初值，所以也称为自动重加载工作方式。,在这种工作方式中，,16,位计数器分为两部分，即以,TL0,为计数器，以,TH0,作为预置寄存器，初始化时把计数初值分别加载至,TL0,和,TH0,中，当计数溢出时，不再象方式,0,和方式,1,那样需要“人工干预”，由软件重新赋值，而是由预置寄存器,TH,以硬件方法自动给,计数器,TL0,重新加载。,4,）方式,3,（两个独立,8,位计数器，,仅限,T0,）,TH0,、,TL0,被拆作于不同用途,独立！,定时器模式,在工作方式,3,模式下，定时,/,计数器,0,被拆成两个独立的,8,位计数器,TL0,和,TH0,。其中,TL0,既可以作计数器使用，也可以作为定时器使用，定时,/,计数器,0,的各控制位和引脚信号全归它使用,。其功能和操作与方式,0,或方式,1,完全相同。,TH0,就没有那么多“资源”可利用了，只能作为简单的内部定时器使用，而且由于定时,/,计数器,0,的控制位已被,TL0,占用，因此只能借用定时,/,计数器,1,的控制位,TR1,和,TF1,，也就是以计数溢出去置位,TF1,，,TR1,则负责控制,TH0,定时的启动和停止。,由于,TL0,既能作定时器也能作计数器使用，而,TH0,只能作定时器使用而不能作计数器使用，因此在方式,3,模式下，定时,/,计数器,0,可以构成二个定时器或者一个定时器和一个计数器。,T0,工作于方式,3,时，,T1,的工作方式就不可避免受到一定的限制，因为自己的一些控制位已被定时,/,计数器,0,借用，只能工作在方式,0,、方式,1,或方式,2,下，,不同的是定时,/,计数器,1,不能使用溢出标志和中断！,如果设置,T1,工作在方式,3,，则,T1,停止工作，相当于其他方式时令,TR1,0,。,T0,工作在方式3下,T1,的各种工作方式,一般情况下，,当,T1,用作串行口的波特率发生器时，,T0,才工作在方式3。,T0,处于方式3时，,T1,可定为方式0、方式1和方式2，用来,作为串行口的波特率发生器，,或不需要中断的场合。,（1）,T1,工作在方式0,（,2,）,T1,工作在方式,1,振荡器,1/12,TL1,(8,位),TH1,(8,位),串行口,C/T=0,C/T=1,T1(P3.5),（,3,）,T1,工作在方式,2,（,3,） 定时,/,计数器的初始化,由于定时,/,计数器是可编程的，因此在进行定时或计数之前要把程序进行初始化。初始化一般包括以下几个步骤：,S1,确定工作方式,TMOD,寄存器赋值。,S2,置定时,/,计数器的初值,直接将初值写入寄存器,TH0,、,TL0,和,TH1,、,TL1,。,S3,根据需要，开放中断,对寄存器,IE,置初值。,S4,启动,使,TCON,寄存器中的,TR1,或,TR0,置位，置位后，加,1,计数器按规定的工作方式和初值开始计数。,初值,N,的计算,可以通过下式求得：,计数方式：,N=M-,计数值,定时方式时：,N=M-,定时值,（,fosc/12,）。,其中：,M,为加,1,计数器的最大值（在不同的工作方式中，,M,可以为,213,、,216,或,28,），,fosc,为振荡器频率（即主振频率）。,补充： 定时器,/,计数器应用举例,一、 方式,0,的应用,例,1,利用定时器,T0,产生,1ms,定时，并使,P1.0,输出周期为,2 ms,的方波,设单片机晶振频率为,6 MHz,。 ,选用定时器,/,计数器,T0,作定时器,输出为,P1.0,引脚, 2 ms,的方波可由间隔,1 ms,的高低电平相间而成,因而只要每隔,1 ms,对,P1.0,取反一次即可得到这个方波。 ,定时,1 ms,的初值,: ,因为 机器周期,=126 MHz= 2 s,所以,1 ms,内,T0,需要计数,N,次,: ,N= 1 ms2 s = 500,由此可知,:,使用方式,0,的,13,位计数器即可, T0,的初值,X,为,X=M,N=8 192,500=7 692=1E0CH,但是,因为,13,位计数器中,低,8,位,TL0,只使用了,5,位,其余码均计入高,8,位,TH0,的初值,则,T0,的初值调整为,TH0=0F0H, TL0=0CH,TMOD,初始化,:,TMOD=00000000B=00H,（,GATE=0, C/T=0,M1=0, M0=0,）,TCON,初始化,:,启动,TR0=1,IE,初始化,:,开放中断,EA=1,定时器,T0,中断允许,ET0=1,补充： 定时器,/,计数器应用举例,程序清单如下,: ,ORG 0000H ,AJMP START;,复位入口,ORG 000BH,AJMP TOINT ; T0,中断入口,ORG 0030H,START,: MOV SP,60H;,初始化程序,MOV TH0,0F0H ; T0,赋初值,MOV TL0,0CH,MOV TMOD,00H ;,工作方式设定,SETB TR0 ;,启动,T0,补充： 定时器,/,计数器应用举例,SETB ET0 ;,开,T0,中断,SETB EA ;,开总允许中断,MAIN: AJMP MAIN ;,主程序,T0INT,: CPL P1.0 ;,取反,MOV TL0,0CH,；重装计数初值,MOV TH0,0F0H,RETI,END,补充： 定时器,/,计数器应用举例,一、 方式,1,的应用,例,2,利用定时器,T1,产生一个,25Hz,方波，并使,P1.0,输出的,设单片机晶振频率为,12 MHz,。 ,选用定时器,/,计数器,T1,作定时器,输出为,P1.0,引脚, 25Hz,的方波的周期为,1/25=40ms,，,T1,可由间隔,20ms,的高低电平相间而成,因而只要每隔,20ms,对,P1.0,取反一次即可得到这个方波。 ,定时,20ms,的初值,: ,因为 机器周期,=1212MHz= 1 s,所以,20ms,内,T1,需要计数的次数为,: ,20 ms1 s = 20000,次,由此可知,:,使用方式,1,的,16,位计数器即可, T1,的初值,X,为,X=M,N=65536,20000=45536=B1E0H,方式,1,为,16,位计数器,低,8,位,TL1,和高,8,位,TH1,可以直接赋初值,则,T1,的初值为,TH0=0B1H, TL0=0E0H,TMOD,初始化,:,TMOD=00010000B=10H,（,GATE=0, C/T=0,M1=0, M0=1,）,TCON,初始化,:,启动,TR1=1,IE,初始化,:,开放中断,EA=1,定时器,T0,中断允许,ET1=1,补充： 定时器,/,计数器应用举例,程序清单如下,: (,中断方式,),ORG 0000H ,AJMP START;,复位入口,ORG 001BH,AJMP TOINT ; T1,中断入口,ORG 0030H,START:,MOV SP,60H;,初始化程序,MOV TH0,0B1H ; T1,赋初值,MOV TL0,0E0H,MOV TMOD,10H ;,工作方式设定,SETB TR1 ;,启动,T1,补充： 定时器,/,计数器应用举例,SETB ET1 ;,开,T1,中断,SETB EA ;,开总允许中断,MAIN: AJMP MAIN ;,主程序,T0INT:,CPL P1.0 ;,取反,MOV TL0,0B1H,；重装计数初值,MOV TH0,0E0H,RETI,END,查询方式,二、 方式,1,应用,方式,1,与方式,0,基本相同,只是方式,1,改用了,16,位计数器。 要求定时周期较长时, 13,位计数器不够用,可改用,16,位计数器。 ,例,2,已知某生产线的传送带上不断地有产品单向传送,产品之间有较大间隔。使用光电开关统计一定时间内的产品个数。 假定红灯亮时停止统计,红灯灭时才在上次统计结果的基础上继续统计,试用单片机定时器,/,计数器,T1,的方式,1,完成该项产品的计数任务。,补充： 定时器,/,计数器应用举例,图,6.7,硬件原理图,补充： 定时器,/,计数器应用举例,(1),初始化,: TMOD=11010000B=0D0H,（,GATE=1, C/T=1, M0M1=01,）,TCON=00H,(2) T1,在方式,1,时,溢出产生中断,且计数器回零,故在中断服务程序中,需用,R0,计数中断次数,以保护累积计数结果。,补充： 定时器,/,计数器应用举例,(3),启动,T1,计数,开,T1,中断。 ,程序清单如下,:,ORG 0000H ,AJMP START ;,复位入口,ORG 001BH,AJMP T1INT ; T1,中断入口,ORG 0100H,START: MOV SP,60H ;,初始化程序,MOV TCON,00H,MOV TMOD,0D0H,MOV TH1,00H,补充： 定时器,/,计数器应用举例,MOV TL1,00H,MOV R0,00H ;,清中断次数计数单元,MOV P3,28H;,设置,P3.5,第二功能,SETB TR1 ;,启动,T1,SETB ET1;,开,T1,中断,SETB EA ;,开总中断,MAIN: ACALL DISP ;,主程序,调显示子程序,ORG 0A00H,T1INT: INC R0 ;,中断服务子程序,RETI,DISP:,;,显示子程序,RET,补充： 定时器,/,计数器应用举例,三、 方式,2,应用,方式,2,是定时器自动重装载的操作方式,在这种方式下,定时器,0,和,1,的工作是相同的,它的工作过程与方式,0,、 方式,1,基本相同,只不过在溢出的同时,将,8,位二进制初值自动重装载,即在中断服务子程序中,不需要编程送初值,这里不再举例。定时器,T1,工作在方式,2,时,可直接用作串行口波特率发生器,补充： 定时器,/,计数器,应用,举例,补充： 定时器,/,计数器应用举例,例,3,利用定时器,T1,，采用工作方式,2,，计数，要求每计数,156,次，将,P1.7,取反。 ,选用定时器,/,计数器,T1,工作于计数方式,外部计数脉冲由,T1,（,P3.5,）引脚引入,每来一个由,1,至,0,的跳变计数器加,1,，,由程序查询,TF1,的状态。 ,计数初值,: X=256-156=100=64H,TH1=TL1=64H,TMOD,初始化,:,TMOD=01100000B=60H,（,GATE=0, C/T=1,M1=1, M0=0,）,TCON,初始化,:,启动,TR1=1,ORG 2000H,MOV TMOD,60H;T1,方式,2,，计数方式,MOV TH1,64H,；,T1,计数初值,MOV TL1,64H,SETB TR1,；启动,T1,START: JBC TF1,，,REP,；,TF1=1,转移,SJMP LOOP,；等待,REP: CPL P1.7,；取反输出,SJMP LOOP,补充： 定时器,/,计数器应用举例,四、 方式,3,的应用,定时器,T0,工作在方式,3,时是,2,个,8,位定时器,/,计数器。 且,TH0,借用了定时器,T1,的溢出中断标志,TF1,和运行控制位,TR1,。 ,例,3,假设有一个用户系统中已使用了两个外部中断源,并置定时器,T1,于方式,2,作串行口波特率发生器用,现要求再增加一个外部中断源,并由,P1.0,口输出一个,5K Hz,的方波（假设晶振频率为,6 MHz,）。,补充： 定时器,/,计数器应用举例,在不增加其它硬件开销时,可把定时器,/,计数器,T0,置于工作方式,3,利用外部引脚,T0,端作附加的外部中断输入端,把,TL0,预置为,0FFH,这样在,T0,端出现由,1,至,0,的负跳变时, TL0,立即溢出,申请中断,相当于边沿激活的外部中断源。 在方式,3,下, TH0,总是作,8,位定时器用,可以靠它来控制由,P1.0,输出的,5 kHz,方波。 ,由,P1.0,输出,5 kHz,的方波,即每隔,100 s,使,P1.0,的电平发生一次变化。则,TH0,中的初始值,X=M,N=256,100/2=206,。,下面是有关的程序。,补充： 定时器,/,计数器应用举例,MOV TL0,0FFH ,MOV TH0,206,MOV TL1,BAUD ; BAUD,根据波特率要求设置常数,MOV TH1,BAUD,MOV TMOD,27H ;,置,T0,工作方式,3,计数，置,T1,为方式,2,定时,MOV TCON,55H ;,启动定时器,T0,、,T1,置外部中断,0,和,1,;,为跳沿触发方式,MOV IE,9FH ;,开放全部中断,补充： 定时器,/,计数器应用举例,TL0,溢出中断服务程序（由,000BH,单元转来）,: ,TL0INT: MOV TL0,0FFH,；,TL0,重新装入初值,;,外部引脚,T0,引起中断处理程序,RETI,TH0,溢出中断服务程序（由,001BH,转来）,: ,TH0INT: MOV TH0,206,；,TH0,重新装入初值,CPL P1.0,；,P1.0,取反输出,RETI,此处串行口中断服务程序、 外中断,0,和外中断,1,的中断服务程序没有列出。,补充： 定时器,/,计数器应用举例,本讲小结：,MCS51,定时,/,计数器的两个,SFR,：,TMOD,、,TCON,定时,/,计数器的,4,种工作方式,定时,/,计数器的初值计算？,编程时如何初始化？,小结：1、定时/计数的四种方式是怎样的？,2、如何计算计数初值？如何编程送入计数初值？,3,、,GATE,的用法是怎样的？,布置作业：,P141 10,、,11,习题与思考题,2-1,为什么外扩存贮器时，口要外接地址锁存器，而口却不接？,2-2,在使用外部程序存贮器时，单片机还有多少条线可用？在使用外部数据存贮器时，还有多少条线可用？,2-3,单片机,8031,的时钟频率为，若要求定时值分别为,0.1ms,1ms,和,10ms,，定时器工作在方式，方式和方式时，其定时器初值各应是多少？,MCS-51,单片机的定时器在何种设置下可提供个位计数定时器？这时定时器可作为串行口波特率发生器。若波特率,9600,，,4800,，,2400,，,1200,，,600,，,100,来考虑，则此时可选用的波特率是什么（允许一定误差）？设时钟为,12MHZ,。,2-5,什么是中断？单片机为什么采用中断处理方式？中断处理的特点是什么？中断系统应具备哪些功能？,2-6,什么是中断处理的优先级？优先级处理的原则是什么？优先级排队是如何实现的？中断嵌套处理的原则是什么？,2-7,什么是中断矢量，中断矢量如何设定，它与中断源和中断服务子程序入口地址有什么关系？,2-8,中断处理和,CPU,调用子程序处理有什么相同点，最关键的一点区别是什么，试具体说明。,2-9,保护断点和保护现场各解决什么问题？,2-10,MCS,51,的个中断源、中断矢量的名称和地址是什么？若每个中断源的服务程序字节数超过了个单元以上，用户将如何处理这个问题？,2-11,若要求中断源,T0,、,T1,、,INT0,和,INT1,允许中断，禁止串行口中断，将,T0,、,T1,设定为高优先级，,INT0,，,INT1,设定为低优先级，试填写,IE,、,IP,的各控制位，并进行初始化程序设定。,2-12,要求用,8031,的,T0,控制,P1.0,输出周期为,2ms,的连续方波。以知时钟为,6MHZ,；主程序入口地址为,0500H,；,T0,实际中断入口地址为,0800H,。试编写,T0,编写初始化主程序及对应的中断服务程序。,2-13 T1,设定为计数器方式，从引脚输入,1000,个脉冲后在,T1,中断程序中将,A,左移一位。试编制,T1,初始化主程序及中断服务程序,。,