第12章 MCS-51的定时器-计数器.ppt

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,*,程序存储器,ROM,8051,CPU,并行接口,串行接口,中断系统,时钟电路,数据存储器,RAM,定时,/,计数器,2,16,T0,T1,P0,P1,P2,P3,内部中断,外部中断,INT0,INT1,T,X,D,R,X,D,第,12,章,MCS-51,的定时器,/,计数器,内容安排,一,.,内部结构及工作原理,二,.,定时器,/,计数器的控制,三,.,工作方式,四,.,初始化,五,.,应用举例,12.1,内部结构及工作原理,MCS-51,内部提供,2,个,16,位可编程的定时器,/,计数器，可编程修改定时或计数的参数,/,方式,不可编程硬件定时,定时,方式,软件定时,可编程硬件定时,分频器,定时器,/,计数器,功能,定时控制,事故记录,特点,：,T/C0,和,T/C1,的内部结构基本相同，它们即可独立工作，也可相互组合工作,T/C0,是一个,16,位,加,1,计数器，也可以拆成两个,8,位的专用寄存器,（,TH0,和,TL0,）,独立使用，它们各自占一个端口地址,TH0,8CH,，,TL0,8AH,，,TH1,8DH,，,TL1,8BH,16,位加,1,计数器复位后初始值为,0000H,，,用来存放定时或计数的初值,每来一个计数脉冲，计数器加,1,，加满后（,FFFFH,0000H,），,将产生一个溢出脉冲，使标志位,TF0,置“,1”,，该标志位可产生一个中断请求，也可供,CPU,查询,启动计数后与,CPU,并行工作,T/C0,可工作于定时模式或计数模式，工作方式有四种：方式,03,，由寄存器,TMOD,、,TCON,设定,定时脉冲周期,=,机器周期,定时方式,计数方式,通过,计数器,计数脉冲,的个数,计数脉冲,来源,系统的主时钟,fosc,，经,12,分频后,（,1,个机器周期）,，做定时功能,（,C/T=0,）,T0,的外部引脚,（,P3.4,）,，,做计数功能,（,C/T=1,）,T,0,&,&,B,A,&,TR0,：,定时,/,计数器的启动控制位，当,TR0,1,时，启动计数器计数,GATE,：,门控设置位，当,GATE=1,时，,T/C0,（或,T/C1,）,工作于门控工作方式，利用此工作方式可测量正方波宽度，被测方波信号由,INT0,引脚输入,T,0,&,&,B,A,&,1.,定时方式,计数固定周期的脉冲,2.,计数方式,外部输入信号是加到,T0,（,P 3.4,）或,T1,（,P3.5,）,端。外部输入脉冲信号产生由,1,至,0,的下降沿时，定时器加,1,外部输入信号最高的计数速率是晶振频率的,1/24,T,0,&,&,B,A,&,12.2,定时器,/,计数器的控制,定时器,/,计数器的工作模式及方式,由,SFR,（,TMOD,、,TCON,）,控制,方法,：由,软件,将控制字写入,TMOD,、,TCON,，,目的设定,T/C0,和,T/C1,的工作方式和控制功能,定时器,/,计数器的初始化,1.,工作方式寄存器,TMOD,（,89H,）,功能,：控制,T/C0,和,T/C1,的工作方式，其中高四位为,T/C1,的方式控制字段，低四位为,T/C0,的方式控制字,格式：,T/C1,T/C0,（,1,）,M1,、,M0,：,工作方式选择位,格式：,T/C1,T/C0,注意,：,TMOD,不能位寻址,，只能通过字节传送方式设定,格式：,T/C1,T/C0,T,0,&,&,B,A,（,2,）,C/T,：,计数,/,定时工作方式选择位,（,3,）,GATE,：,门控设置位,C/T,0,：,定时工作方式，对机器周期计数,C/T,1,：,计数工作方式，对来自,T0,或,T1,引脚的外来脉冲计数,GATE,0,：,禁止门控工作方式，只要,TR0,（,TR1,）,=1,，,不管,INT0,（,INT1,）,是高电平还是低电平，启动,T/C0,（,T/C0,）,GATE,1,：,允许门控工作方式，计数器工作于定时方式,T,0,&,&,B,A,工作于门控工作方式时，提前用指令,TR0/TR1=1,具备了启动定时器的条件,当,INT0/INT1,引脚出现,01,的跳变,自动启动计数器计数,当,INT0/INT1,引脚出现,10,的跳变,自动停止计数器计数，计数值就是被测信号的宽度,2.,控制寄存器,TCON,（,88H,）,功能,：,控制定时器的启动、停止以及定时器的溢出和中断情况,注意,：通过,软件,置位,/,复位,TR0/TR1,TCON,（88H）,88H,TF1,TR1,TF0,TR0,IE1 IT1 IE0 IT0,89H,8AH,8BH,8CH,8DH,8EH,8FH,0,停止,T/C0,计数,1,启动,T/C0,计数,停止,T/C1,计数,0,启动,T/C1,计数,1,1,计数器已满（,0000H,）,当工作于,查询,方式时，由,指令,将该位清,0,当工作于,中断,方式时，,CPU,响应中断时，由,硬件自动,清零,12.3,工作方式,1.,工作,方式,0,&,&,&,A,B,方式,0,是选择,T/C0,（,T/C1,）,高,8,位和低,5,位的,13,位计数器方式,16,位计数器,13,位计数器,TH0,TL0,TH0,进位,，,TH0,溢出（回零）,TF0,标志进位（,TF0=1,）,CPU,申请中断,通过查询,TF0=1,？,判断,TH0,是否回零溢出,两个开关,B,端“控制”信号控制决定是否启动,/,停止计数,C/T,信号控制决定工作方式,C/T=0,，,定时工作方式,C/T=1,，,计数工作方式,B=1,，,启动,B=0,，,停止,&,&,&,A,B,B,端“控制”信号的逻辑表达式,B=TR0,A=,TR0,（,INT0+GATE,）,GATE=0,A=1,封锁“或”门，,INT0,引脚输入信号无效，但是否能打开“与”门,B,，,取决于,TR0,状态，即,TR0,控制,T/C0,GATE=1,A=INT0,，当,TR0=1,且,INT0=1,时，,B=1,，,T/C0,开始计数；当,INT0,从,1,变为,0,时，,T/C0,停止计数，利用这一特性可以测量在,INT0,端出现的正脉冲宽度,&,&,&,A,B,注意,：,初值一次性有效，否则从,0,开始,再次计数，需通过软件重新装入初值,最大定时,/,计数值为,2,13,2.,工作,方式,1,是一个,16,位,定时器,/,计数器,方式,1,的结构几乎与方式,0,一样，唯一的,差别,：方式,1,中的,TH1,（,TH0,）和,TL1,（,TL0,）,均是,8,位的，构成,16,位计数器,最大定时,/,计数值为,2,16,&,&,&,A,B,(8位),3.,工作,方式,2,T/C0,（,T/C1,）,是一个,16,位计数器，被拆成一个,8,位的计数器,TH0,（,TH1,）,和一个,8,位计数器,TL0,（,TL1,），,且两者构成可以自动重装载的,8,位,T/C,TH0（TH1）,TL0（TL1）,CPU,中断,自动装入,FFH00H,编程时，须给,TH0,（,TH1,）和,TL0,（,TL1,）,置入,相同值,工作过程,：,注意,：,初值多次有效，硬件自动完成初值赋值,通过软件修改初值,最大定时,/,计数值,为,2,8,（满足）条件,T/C0,启动,TL0,加,1,计数,FFH00H,CPU,中断,TH0,值,TL0,（,8,位）,4.,工作,方式,3,0,0,TH0,只用于简单的内部定时功能,，占用,T/C1,的,TR1,和,TF1,位,T/C0,工作于此方式，,TL0,占用了,T/C0,：,C/T,、,GATE,、,TR0,、,TF0,、,T0,、,INT0,引脚，除仅用,8,位寄存器外，功能操作方式,1,完全相同,T/C1,不工作于方式,3,，且只能按非中断的方式工作，常常利用它的定时功能作,串行口波特率发生器,T/C1,设置为方式,3,，则,T/C1,立即停止计数，并保持原有的计数值,T/C1,可设置为方式,02,TR1,及,TF1,已被,T/C0,（,TH0,）,占用，计数开关已被接通，此时仅用,T/C1,的,C/T,来切换定时或计数工作方式，就可使,T/C1,工作,计数器（,8,、,13,、,16,位）回零溢出，只能将输出送入串行口或不需要中断的场合,0,0,12.4,初始化,1.,初始化,步骤,T/C,的,初始化,：通过程序设定和控制,T/C,的工作方式和模式,初始化的,步骤,：,确定工作方式，即根据题目要求先给,TMOD,送一个方式控制字,计算计数,/,定时初值，并写入,TH0,、,TL0,或,TH1,、,TL1,中,根据需要，置位,EA,使,CPU,开放中断，同时置位,ET0/ET1,允许,T/C,中断（,IE,），,IP,设定中断优先级,给,TCON,送命令控制字，即置位,TR0/TR1,，,启动,T/C,计数,2.,计数器,初值的计算,计数,/,定时器工作于计数模式时，首先给计数器送初值到,TH0/TL0,、,TH1/TL1,中,计数器,/,定时器是加,1,计数，全“,1”,到全“,0”,溢出，置位,TF0/TF1,中断标志，向,CPU,提出中断请求,设需要计数器计数的个数,为,X,，,计数初值为,C,，,则计算计数初值表达式：,C=M-X,M,（,计数器的模值）,=,2,13,（方式,0,）,2,16,（方式,1,）,2,8,（方式,2,、,3,）,3.,定时器,初值的计算,定时模式下，计数器对单片机振荡频率,f,osc,经,12,分频后的机器周期进行加,1,计数,设,X,表示计数个数,，,M,表示模，,C,表示定时初值，,Tcy,表示机器周期,（,Tcy,=12/,f,osc,），,则定时时间,T,的计算公式：,T=X,Tcy,=,（,M-C,）,Tcy,C=M T/,Tcy,定时器的,溢出率,：,1/T=,f,osc,/,（,12X,）,=,f,osc,/,（,12,（,M-C,）,方式,0,：,Tmax,=2,13,1,s=8.192 ms,方式,1,：,Tmax,=2,16,1,s=65.536 ms,方式,2,、,3,：,Tmax,=2,8,1,s=0.256 ms,f,osc,=12MHz,例,12-1,：设单片机主时钟,f,osc,=12MHz,，,定时时间,2ms,，,请编出初始化程序,解,：设置工作方式控制字,（,TMOD,）（,89H,）,=0 0 0 0 0 0 0,0,=00H,（,方式,0,）,=0 0 0 0 0 0 0,1,=01H,（,方式,1,）,初始化程序,MOV TMOD,，,#00H,（,#01H,）,；,送控制字,MOV TH0,，,#0C1H,（,#0F8H,）,；,送初值高,8,位,MOV TL0,，,#10H,（,#30H,）,；,送初值低,8,位,SETB EA,；,开中断,SETB ET0,SETB TR0,；,启动定时器,计算计数器初值：,方式,0,：,Tc,2,13,2ms/1 s=6192=,1830H,方式,1,：,Tc,2,16,2ms/1 s=63536=F830H,12.5,应用举例,1.,方式,0,的应用,例,12-2,：利用,T/C0,方式,0,产生,1ms,定时，在,P1.0,输出周期为,2ms,的方波。设,8031,单片机晶振频率,f,osc,=12MHz,解,：,（,1,）确定,T/C0,的工作方式,要使,P1.0,输出周期为,2ms,的方波，只要使,P1.0,每隔,1ms,取反一次即可,（,2,）送,T/C0,的方式控制字,定时,：（,TMOD,）,=0000 0000B=00H,，即,T/C0,方式,0,，只由,TR0,启动，,T/C1,不用，高,4,位取,0,（,3,）计算定时初值,Tcy,=12/,f,osc,=12/(1210,6,)s=1 s,计数个数,：,X=1 ms/1s=1000,定时初值：,C=,（,2,13,X,）,=8192,1000=7192 D=,1C18H=,11100000 11000B,TH0,初值为,E0H,，,TL0,初值为,18H,（,4,）编程,方法：,中断,或,查询,两种方式,中断方法,ORG0000H,LJMPMAIN,；,转到主程序,MAIN,ORG,000BH,LJMP TC0S,；,转到,T/C0,的中断服务程序,TC0S,主程序,：,ORG 1000H,MAIN,：,MOV SP,#6FH,MOV TMOD,#00H,；置,T/C0,的方式,0,，定时,MOV TH0,#0E0H,；,送定时初值,MOV TL0,#18H,SETB EA,；,CPU,开中断,SETB ET0,；,T/C0,允许中断,SETB TR0,；,启动,T/C0,定时,HERE,：,SJMP HERE,；,等待中断,中断服务程序,：,ORG1200H,TC0S,：,MOV TH0,#0E0H,；,重新装入计数初值,MOV TL0,#18H,CPL P1.0,；,输出方波,RETI,END,查询方式,程序,：,ORG 0000H,LJMP MAIN,；,转到主程序,MAIN,ORG 1000H,MAIN,：,MOV SP,#6FH,MOV TMOD,#00H,；置,T/C0,的方式,0,，定时,MOV TH0,#0E0H,；,送定时初值,MOV TL0,#18H,SETB TR0,；,启动,T/C0,定时,LOOP,：,JBC TF0,，,DO1,；,查询定时时间到否,SJMP LOOP,DO1,：,MOV TH0,#0E0H,；,重新装入计数初值,MOV TL0,#18H,CPL P1.0,；,输出方波,SJMP LOOP,；,周而复始,END,2.,方式,1,的应用,例,12-3,：例,12-2,也可采用方式,1,定时，只需修改,TMOD,及,TH0,、,TL0,，,其他不变,3.,方式,2,的应用,例,12-4,：利用,T/C1,方式,2,实现以下功能：,当,T1,（,P3.5,）,每输入一个负脉冲时，使,P1.0,输出一个,500s,的同步脉冲，如图所示。设,f,osc,=6MHz,T1（P3.5）,P1.0,外部计数,初值（,0FFH,）,外部计数,初值,(0FFH),定时方式,(500s),定时方式,(500s),解,：（,1,）,确定,T/C1,的工作方式,对,T1,（,P3.5,）,输入的负脉冲采用方式,2,计数，而后,P1.0,输出,500s,的同步脉冲采用方式,2,定时,。,T/C1,先计数，后定时，分时操作,（,2,）,送,T/C1,的方式控制字,计数时：,（,TMOD,）,=0110 0000B=60H,定时时：,（,TMOD,）,=0010 0000B=20H,（,3,）,计算计数初值,计数个数：,X=1,计数初值：,C=256,X=256,1=255=0FFH,（,TH1,）,=,（,TL1,）,=0FFH,（,4,）,计算定时初值,计数个数：,X=T/,Tcy,=500s/2s=250,计数初值：,C=256,X=256,250=6=06H,（,TH1,）,=,（,TL1,）,=06H,（,5,）编程（,查询法,）：,查询,TF1,且由软件,将,TF1,清零的方法,程序,：,ORG0000H,LJMP START,；,转到主程序,START,ORG 1000H,START,：,MOV SP,#6FH,MOV TMOD,#60H,；置,T/C1,的方式,2,，外部计数,MOV TH1,#0FFH,；,计一个数,MOV TL0,#0FFH,SETB TR1,；,启动,T/C1,计数,LOOP1,：,JBC TF1,，,TIS,；,溢出否,SJMP LOOP1,TIS,：,CLR TR1,MOV TMOD,#20H,；置,T/C1,的方式,2,，定时,MOV TH0,#06H,4H,；,定时,500s,MOV TL0,#06H,4H,CLR P1.0,SETB TR1,；,（,1,个机器周期,2s,）,LOOP2,：,JBC TF1,，,TIS1,；,溢出,否（,2,个机器周期,4s,）,SJMP LOOP2,TIS1,：,SETB P1.0,；,输出同步脉冲（,1,个机器周期,2s,）,CLR TR1,AJMP,START,END,注意,：,考虑到程序中“,”,指令的机器周期数，定时初值应调整为,06H+4H=0AH,，,也就是使,T/C1,少计,4,个机器周期，以确保,P1.0,输出的负脉冲宽度为,500s,4.,方式,3,的应用,解,：,（,1,）,确定,T/C0,的工作方式,T/C0,方式,3,中，,TL0,可以计外部脉冲，令,TL0,对,T0,输入的负脉冲计数；,TH0,定时,500s,，,TF1=1,，使,P1.0,输出一个负脉冲为,500s,的同步脉冲,T0（P3.4）,P1.0,外部计数,初值（,0FFH,）,外部计数,初值,(0FFH),定时方式,(500s),定时方式,(500s),例,12-5,：利用,T/C0,方式,3,实现以下功能：,当,T0,（,P3.4,）,每输入一个负脉冲时，使,P1.0,输出一个,500s,的同步脉冲，如图所示。设,f,osc,=6MHz,（,3,）,计算计数初值,（,TL0,）,计数个数,：,X=1,计数初值：,C=256,X=256,1=255=0FFH,（,TL0,）,=0FFH,（,4,）,计算定时初值,（,TH0,）,计数个数：,X=T/,Tcy,=500s/2s=250,计数初值：,C=256,X=256,250=6=06H,（,TH0,）,=06H,（,2,）,送,T/C0,的方式控制字,计数时：（,TMOD,）,=0000 0111B=07H,由于,TH0,只能定时工作，故方式字中以,TL0,的计数方式定义,主程序,：,ORG 1000H,MAIN,：,MOV SP,#6FH,MOV TMOD,#07H,；置,T/C0,的方式,3,MOV TH0,#06H,；,定时,MOV TL0,#0FFH,；,计一个数,MOV IE,#1000 1010B,；,CPU,开中断,；,T/C0,、,T/C1,允许中断,SETB TR0,；,启动,T/C0,计数,HERE,：,SJMP HERE,；,等待中断,（,5,）编程（,中断法,）：,程序,：,ORG 0000H,LJMP MAIN,；,转到主程序,MAIN,ORG,000BH,LJMP T00S,；,转到,TF0,的中断服务程序,TC0S,ORG,001BH,LJMP T01S,；,转到,TF1,的中断服务程序,TC1S,TF1,中断服务程序,：,ORG 1300H,TC1S,：,SETB P1.0,；,输出波形,CLR TR1,；,关闭,T/C1,计数,MOV TH0,#06H,；,重新,赋,TH0,初值,RETI,END,注意,：,程序执行时,TF0,与,TF1,中断不会同时产生（,？,）,根据,8051,响应单级中断延误时间（,3,个机器周期）计算，调整,TH0,在中断服务程序中重新装入的初值,？,TF0,中断服务程序,：,ORG 1200H,TC0S,：,CLR P1.0,；,输出波形,SETB TR1,；,启动,T/C1,计数,MOV TL0,#0FFH,；,重新赋,TL0,初值,RETI,例,12-6,：设,8031,时钟频率,f,osc,=12MHz,，,请编出利用定时器,/,计数器,T0,在,P1.0,引脚上输出,2,秒的方波程序,解,：,（,1,）问题分析,MCS-51,系列单片机中有一个,16,位定时,器,/,计数器,（,T/C,）。当,f,osc,=12MHz,时，最大定时为,65.536 ms,；当,f,osc,=6MHz,时，最大定时,为,131.072 ms,；,都达不,到,1 s,时间,怎么实现？,解决方法,：,方法,1,：采用两个,T/C,级联的方法,一个,T/C,定时，回,0,溢出时，使,P1.0,输出一个负脉冲送到另一个,T/C,的外部脉冲输入端用以计数,如,：当,f,osc,=12MHz,时，最大定时时间可以达到,T=,（,65536 65536,）,1s=4294967296s=4294967.296 ms=4294.967296 s,。,若再与软件计数相结合，会产生更长时间,方法,2,：,采用一个,T/C,定时与软件计数相结合的方法,思路,：在主程序中设定一个初值为,20,的软件计数器和使,T0,定时,50ms,。,这样，每当,T0,定时到,50ms,时,CPU,就响应它的溢出中断请求，从而进入它的中断服务程序。在中断服务程序中，,CPU,先使用软件计数,减,1,，然后判断它是否为零。若它为零，则表示定时,1,秒钟已到，便可恢复软件计数器初值和改变,P1.0,引脚上电平，然后返回主程序；若它不为零，则表示定时,1,秒未到，也返回主程序，如此重复上述过程，我们便可,在,P1.0,引脚上观察到周期为,2,秒的方波,（,1,）,确定,T/C0,的工作方式,要,使,P1.0,输出周期,为,2 s,的方波，只要使,P1.0,每隔,1 s,取反一次即可。方式,1,（,2,）,送,T/C0,的方式控制字,定时：,（,TMOD,）,=0000 0001B=01H,（,3,）,计算定时初值,计数个数：,X=T/,Tcy,=50ms/1s=50000,计数初值,：,C=65536-X=65536-50000=15536=,3CB0H,（,TH0,）,=3CH,；（,TL0,）,=0B0H,主程序,：,ORG1000H,START:MOV TMOD,#01H,；令,T0,为定时器方式,1,MOV TH0,#3CH,；,装入定时初值,MOV TL0,#0B0H,MOV R2,#00H,；,软件计数器,R2,赋初值,MOV IE,#82H,；开,T0,中断,SETB P1.0,SETB TR0,；,启动,T0,计数,HERE:SJMP HERE,；,等待中断,（,4,）,编程,（,中断法,）,程序,：,ORG0000H,LJMP 1000H,ORG 000BH,LJMP BRT0,中断服务程序,：,ORG 0100H,BRT0:INC R2,CJNZ R2,#14H,，,NEXT,；,若未到,1,秒钟，则,NEXT,CPL P1.0,；,若已到,1,秒，则改变,P1.0,电平,MOV R2,#00H,；,恢复,R2,初值,NEXT:MOV TH0,#3CH,；,重装定时器初值,MOV TL0,#0B0H,RETI,END,方法,1,：自己完成！,作业,MCS-51,单片机内部有几个定时器,/,计数器？各是几位定时器,/,计数器？计数脉冲的来源有哪些？,定时器,/,计数器用作定时器时，定时时间与哪些因素有关？定时器,/,计数器用作计数时，对输入信号频率有何限制？,MCS-51,单片机内部一个定时器的定时时间有限，如何计算某种工作方式下的最大定时时间？如何实现两个内部定时器的串行定时，以满足较长定时时间的要求？,MCS-51,系统中，如何通过软、硬件结合的方法，实现内部定时器较长时间的定时？,MCS-51,系统中，以内部定时器,/,计数器,1,（,T/C1,）,对外部事件计数。每计数,1000,个脉冲后，,T/C1,转为定时工作方式。定时,10ms,后，又转为计数方式，如此循环不止。假定单片机晶振频率为,6MHz,，,请使用方式,1,编程实现,利用,T/C1,方式,1,产生,1ms,定时，在,P1.0,输出周期为,2ms,的方波。设,8031,单片机晶振频率,f,osc,=12MHz,