第6章-单片机定时器计数器.pptx

1内容概要内容概要应用场合：在工业检测与控制过程中应用到计数计数或定时定时功能。例如，对外部脉冲计数，产生精确的定时时间等。定时器/计数器的结构结构与功能功能；2种工作模式工作模式和4种工作方式工作方式；2个个TMOD和TCON；介绍定时器/计数器的编程及应用实例。2学习要求：学习要求：n熟悉熟悉89C5189C51片内两个片内两个1616位定时器位定时器n掌握掌握T0T0和和T1T1的两种工作方式，即计数方式的两种工作方式，即计数方式与定时方式，四种工作模式（即计数器长与定时方式，四种工作模式（即计数器长度）度）n牢记牢记TMODTMOD和和TCONTCON各位的含意，学会定时各位的含意，学会定时器控制及应用方法；掌握定时器的四种模器控制及应用方法；掌握定时器的四种模式的应用式的应用36.1 89S516.1 89S51定时器结构定时器结构n有两个16位的定时器/计数器，即定时器0（T0）和定时器1（T1）。它们实际上都是16位加1计数器。nT0由两个8位特殊功能寄存器TH0和TL0构成；nT1由TH1和TL1构成。46.189S51定时器结构定时器结构5计数器的起始计数都是从计数器初值开始从计数器初值开始的的。单片机复位时计数器的初值为0，也可用指令给计数器装入一个新的初值。AT89S51的定时器/计数器属于增1计数器。6n每个定时器都可由软件设置为每个定时器都可由软件设置为 定时工作方式定时工作方式或或 计数工作方式计数工作方式及其他灵活多样的可控功能方式。这及其他灵活多样的可控功能方式。这些功能由特殊功能寄存器些功能由特殊功能寄存器TMODTMOD和和TCONTCON控制。控制。n定时器工作不占用定时器工作不占用CPUCPU时间，除非定时器时间，除非定时器/计数器计数器溢出，才能中断溢出，才能中断CPUCPU的当前操作。的当前操作。n每个定时器每个定时器/计数器还有计数器还有四种工作模式四种工作模式。7定时工作方式定时工作方式定时器计数片内振荡器输出经12分频后的脉冲，即每个机器周期使定时器（T0或T1）的数值加1直至计满溢出。当89C51采用12MHz晶振时，一个机器周期为1s，计数频率为1MHz。8计数工作方式计数工作方式n n通过引脚通过引脚T0T0（P3.4P3.4）和）和T1T1（P3.5P3.5）对外部脉冲信号计数。）对外部脉冲信号计数。当输入脉冲信号产生由当输入脉冲信号产生由1 1至至0 0的下降沿时定时器的值加的下降沿时定时器的值加1 1；n nCPUCPU检测一个检测一个1 1至至0 0的跳变需要两个机器周期，故最高计数的跳变需要两个机器周期，故最高计数频率为振荡频率的频率为振荡频率的1/241/24。n n为了确保某个电平在变化之前被采样一次，要求电平保持为了确保某个电平在变化之前被采样一次，要求电平保持时间至少是一个完整的机器周期。时间至少是一个完整的机器周期。图图 对输入脉冲宽度的要求对输入脉冲宽度的要求9图图6-2TMOD格式格式分两组：分两组：高高4位位控制T1，低低4位位控制T0。（1）GATE门控位门控位。0：仅由TRx（x=0,1）来控制定时器/计数器运行。1：用外中断引脚（或）上的电平与运行控制位TRx共同来控制定时器/计数器运行。96.1.1工作方式控制寄存器工作方式控制寄存器TMOD10图图6-3 TMOD各位定义及具体的意义各位定义及具体的意义11（2）M1、M0工作方式选择位工作方式选择位M1、M0共有4种编码，对应于4种工作方式种工作方式的选择。11（1）GATE门控位门控位。0：仅由TRx（x=0,1）来控制定时器/计数器运行。1：由外中断引脚上的电平与TRx共同来控制定时器/计数器运行。12（3）C/计数器方式和定时器模式选择位计数器方式和定时器模式选择位0：定时器，对晶体振荡器12分频后的脉冲进行计数。1：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。13（1）TF1、TF0计数溢出标志位。当计数器计数溢出时，该位置“1”。此位作为供CPU查询的状态位，但应注意查询有效后，应使用软件及时将该位清“0”。使用中断方式时，此位作为中断请求标志位，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/计数器。0，停止工作。软件置“1”或清“0”。6.1.2定时器定时器/计数器控制寄存器计数器控制寄存器TCON146.2定时器定时器/计数器的计数器的4种工作方式种工作方式6.2.1方式方式0M1、M0=001413位位计数器，由TL1 1低低5位位和TH1高高8位位构成。TL1低5位溢出则向TH1进位，溢出则把TCON中的溢出标志位TFx置“1”。15（1）C/=0，电子开关打在上面位置，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/=1，电子开关打在下面位置，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。GATE位状态位状态决定定时器/计数器的运行控制取决TRx一个条件还是TRx和x（x=0,1）引脚状态两个条件两个条件。1516（1）GATE=0，A点（见图6-4）电位恒为1，B点电位仅取决于TRx状态。TRx=1，B点为高电平，控制端控制电子开关闭合，允许T1（或T0）对脉冲计数。TRx=0，B点为低电平，电子开关断开，禁止T1（或T0）计数。（2）GATE=1，B点电位由 （x=0,1）的输入电平和TRx的状态这两个条件来确定。当TRx=1，且 =1时，B点才为1，控制端控制电子开关闭合，允许T1（或T0）计数。故这种情况下计数器是否计数是由TRx和 两个条件两个条件来共同控制的。17模式模式 0工作特点工作特点n在这种模式下，在这种模式下，1616位寄存器（位寄存器（TH0TH0和和TL0TL0）只用了）只用了1313位。其中位。其中TL0TL0的高的高3 3位未用，其余位未用，其余5 5位为整个位为整个1313位的低位的低5 5位，位，TH0TH0占高占高8 8位。当位。当TL0TL0的低的低5 5位溢出时，向位溢出时，向TH0TH0进进位；位；TH0TH0溢出时，向中断标志溢出时，向中断标志TF0TF0进位（硬件置位进位（硬件置位TF0TF0），并申请中断。），并申请中断。n定时时间为：定时时间为：t=(2t=(21313T0T0初值初值)振荡周期振荡周期1212186.2.2方式方式1当M1、M0=01时；计数器的位数计数器的位数不同，方式1为16位计数器位计数器，由THx高8位和TLx低8位构成（x=0,1）。19 一、模式一、模式 1工作特点工作特点n该模式对应的是一个该模式对应的是一个1616位的定时器位的定时器/计数器计数器。n用于定时工作方式时，定时时间为：用于定时工作方式时，定时时间为：t=(2t=(21616T0T0初值初值)振荡周期振荡周期1212n用于计数工作方式时，计数长度最大为：用于计数工作方式时，计数长度最大为：2 21616=65536=65536（个外部脉冲）（个外部脉冲）20二、模式二、模式 1的应用举例的应用举例例例6-46-4：用定时器：用定时器T1T1产生一个产生一个50Hz50Hz的方波，由的方波，由 P1.1P1.1输输出，出，fosc=12MHz,fosc=12MHz,工作在方式工作在方式1 1下的初始值是多少？下的初始值是多少？解：解：方波周期方波周期T=1/50=0.02s=20msT=1/50=0.02s=20ms 用用T1T1定时定时10ms10ms 计数初值计数初值X X为：为：X=2X=2161612101000/1212101000/12 =65536 =6553610000=55536=D8F0H10000=55536=D8F0H21练习：定时器/计数器用作定时和计数模式时，其计数脉冲分别有谁提供，定时时间和哪些因素有关？答：定时答：定时/计数器作定时时，其计数脉冲由系统振荡计数器作定时时，其计数脉冲由系统振荡器产生的内部时钟信号器产生的内部时钟信号12分频后提供；分频后提供；作计数时计数脉冲由外部信号通过引脚作计数时计数脉冲由外部信号通过引脚P3.4和和P3.5提供。提供。定时时间与时钟频率和定时初值有关。定时时间与时钟频率和定时初值有关。226.2.3方式方式2方式0和方式1的最大特点是计数溢出后，计数器为全0。因此就存在用指令反复装入计数初值的存在用指令反复装入计数初值的问题问题。这不仅影响定时精度，也给程序设计带来麻烦。方式2就是针对此问题而设置的。设定M1、M0为10，方式方式2为自动恢复初值为自动恢复初值（初值自动装入）的8位位定时器定时器/计数器计数器。THx（x=0,1）作为常数缓冲器，当TLx计数溢出时，在溢出标志TFx置“1”的同时，还自动将自动将THx中的初值送至中的初值送至TLx，使TLx从初值开始重新计数。2323图6-6定时器/计数器方式2逻辑结构框图24图图6-7方式2工作过程可省去用户软件中重装初值的指令执行时间，简化定时初值的计算方法，可以相当精确地确定相当精确地确定定时时间定时时间。2425模式模式 2工作特点工作特点n该模式把该模式把TL0(TL1)TL0(TL1)配置成一个可以配置成一个可以自动重装载自动重装载的的8 8位定时器位定时器/计数器。计数器。n在在程序初始化程序初始化时，时，TL0TL0和和TH0TH0由由软件赋予软件赋予相同的初值。相同的初值。n用于定时工作方式时，用于定时工作方式时，定时时间定时时间为：为：t=(2t=(28 8TH0TH0初值初值)振荡周期振荡周期1212n用于计数工作方式时，用于计数工作方式时，计数长度最大计数长度最大为：为：2 28 8=256=256（个外部脉冲）（个外部脉冲）n该模式可省去软件中重装常数的语句，并可产生该模式可省去软件中重装常数的语句，并可产生相相当精确当精确的定时时间，适合于作的定时时间，适合于作串行口波特率发生器串行口波特率发生器。266.2.4方式方式3为增加一个增加一个8位定时器位定时器/计数器计数器而设，具有3个个定时器/计数器。方式方式3只适用于只适用于T0，T1不能工作在方式不能工作在方式3。T1处于方式3时相当于TR1=0，停止计数（此时T1可用来作为串行口波特率产生器）。1工作方式工作方式3下的下的T0M1，M0为为11时，T0的工作方式被选为方式3。定时器/计数器T0分为独立的分为独立的8位计位计TL0和和TH0，TL0使用T0的状态控制位C/、GATE、TR0、TF0，而TH0被固定为一个固定为一个8位定时器，位定时器，并使用TR1和TF1。26272T0工作在方式工作在方式3时时T1的各种工作方式的各种工作方式一般情况下，T0处于工作方式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。28 28图图6-8定时器/计数器T0方式3的逻辑结构框图29（1 1）T1T1工作在方式工作在方式0 0T1的控制字中M1、M0=00时，T1工作在方式0，工作示意图如图图6-9所示所示。29图6-9T0工作在方式3时T1为方式0的工作示意图30（2）T1工作在方式工作在方式1当T1的控制字中M1、M0=01时，T1工作在方式1，工作示意图如图6-10所示。30图图6-10T0工作在方式3时T1为方式1的工作示意图31（3）T1工作在方式工作在方式2当T1的控制字中M1、M0=10时，T1的工作方式为方式2，工作示意图如图6-11所示。31（4）T1设置在方式设置在方式3当T0设置在方式3，再把T1也设成方式3，此时T1停止计数停止计数。32练习：如果采用晶振频率为练习：如果采用晶振频率为3MHz，定时器，定时器/计数器工作在方计数器工作在方式式1和和2下的最大定时时间各为多少？下的最大定时时间各为多少？答：因为机器周期：定时器/计数器工作方式1下，最大定时时间为：同样可以求得方式2下的最大定时时间为1024ms。1042261616262)(144.msTTCMAX=-33练习：若单片机时钟频率为练习：若单片机时钟频率为6MHz,若要求定时值为若要求定时值为0.1ms定定时器时器0工作在模式工作在模式1和模式和模式2时，其定时器初值各应是多少？时，其定时器初值各应是多少？解：解：模式模式1：模式模式2：（THO）0FFH；（TLO）0CEH（THO）（TLO）0CEH346.4 6.4 定时器定时器/计数器的编程和应用计数器的编程和应用4 4种方式，方式种方式，方式0 0与方式与方式1 1基本相同，只是计数位数不同。方基本相同，只是计数位数不同。方式式0 0初值计算复杂，初值计算复杂，一般不用方式一般不用方式0 0，而，而用方式用方式1 1。6.4.1 6.4.1 方式方式1 1的应用的应用【例例6-16-1】假设系统时钟频率采用假设系统时钟频率采用6MHz6MHz，在在P1.0P1.0引脚上输出引脚上输出一个一个周期为周期为2ms2ms的的方波方波。34图图6-13P1.0引脚上输出周期为引脚上输出周期为2ms的方波的方波35基本思想基本思想：方波周期，：方波周期，T0T0确定，确定，T0T0每隔每隔1ms1ms计数溢出计数溢出1 1次，次，即即T0T0每隔每隔1ms1ms产生一次中断，产生一次中断，CPUCPU响应中断后，在中断服务响应中断后，在中断服务子程序中对子程序中对P1.0P1.0取反取反。编程步骤：编程步骤：使用定时器使用定时器/计数器首先要对其进行计数器首先要对其进行初始化初始化，采用中断，采用中断方式初始化内容包括：方式初始化内容包括：1.设置控制字设置控制字TMOD，用户应根据实际需要的定时时，用户应根据实际需要的定时时间或计数值选择相应的工作模式；间或计数值选择相应的工作模式；2.装初值装初值；3.启动启动定时器定时器/计数器（软件或外部信号）；计数器（软件或外部信号）；4、开中断（、开中断（IE）和优先级设置）和优先级设置IP（可省）（可省）36（1 1）计算计数初值）计算计数初值X X机器周期机器周期=2=2 s=2s=2 10106 6s s设需要设需要装入装入T0T0的的初值为初值为X X，则有，则有 (2 (21616X X)2 2 10106 6=1=1 10103 3，2 21616X X=500=500，X X=65036=65036。X X化为十六进制数，即：化为十六进制数，即：65036=FE0CH65036=FE0CH。T0T0的的初值初值为为TH0=FEHTH0=FEH，TL0=0CHTL0=0CH。3637参考程序如下：参考程序如下：ORG0000H；程序入口RESET：AJMPMAIN；转主程序ORG000BH；T0中断入口AJMPIT0P；转T0中断处理程序IT0PORG0100H；主程序入口MAIN：MOVSP，#60H；设堆栈指针MOVTMOD，#01H；设置T0为方式1定时ACALLPT0M0；调用初始化子程序PT0M0HERE：AJMPHERE；原地循环，等待中断37（2）程序设计）程序设计方式1的应用，中断服务子程序除完成所要求的产生方波产生方波的工作之外，还要将计数初值重新装入定时器初值重新装入定时器，为下一次产生中断做准备。38PT0M0：MOVTL0，#0CH；T0初始化，装初值的低8位MOVTH0，#0FEH；装初值的高8位SETBET0；允许T0中断SETBEA；总中断允许SETBTR0；启动T0RETIT0P：MOVTL0，#0CH；中断子程序，T0重装初值MOVTH0，#0FEHCPLP1.0；P1.0的状态取反RETI程序说明：程序说明：当单片机复位时，从程序入口0000H跳向主程序MAIN处执行。其中调用了T0初始化子程序PT0M0。3839子程序返回后，程序执行程序执行“AJMPHERE”指令，则循环指令，则循环等待。等待。当执行完中断返回的指令执行完中断返回的指令“RETI”后，又返回断点处继续执行循环指令“AJMPHERE”。在实际的程序中，“AJMPHERE”实际上是一段主程序。当下一次定时器T0的1ms定时中断发生时，再跳向T0中断入口，从而重复执行上述过程。如CPU不做其他工作，也可用查询方式也可用查询方式进行控制，程序要简单得多。3940查询方式参考程序：查询方式参考程序：MOVTMOD，#01H；设置T0为方式1 MOVTH0，#0FEH；T0置初值MOVTL0，#0CHSETBTR0；接通T0LOOP1：JNBTF0，LOOP1CLRTF0CLRTR0；T0溢出，关断T0CPLP1.0；P1.0的状态求反SJMPLOOP结论：查询程序虽简单程序虽简单，但CPU必须要不断查询TF0标志，工作效率低效率低。40LOOP：；查TF0，TF0=0，T0未溢出；TF0=1，T0溢出，41【例例6-2】系统时钟为6MHz，编写定时器T0产生1s定时的程序。基本思想：基本思想：采用定时器模式。因定时时间较长，首先确定采用哪一种工作方式采用哪一种工作方式。时钟为6MHz的条件下，定时器各种工作方式最长可定时时间：方式方式0最长可定时16.384ms；方式方式1最长可定时131.072ms；方式方式2最长可定时512 s。由上可见，可选选方式方式1，每隔，每隔100ms中断一次中断一次，中断中断10次次为1s。4142（1）计算计数初值）计算计数初值X(216X)2106=101，X=15536=3CB0H。（TH0）=3CH，（TL0）=B0H。（2）10次计数的实现次计数的实现对于中断10次的计数，采用B寄存器寄存器作为中断次数计数器中断次数计数器。（3）程序设计）程序设计参考程序如下：4243ORG0000H；程序运行入口RESET：LJMPMAIN；跳向主程序入口MAINORG000BH；T0的中断入口LJMPIT0P；转T0中断处理子程序IT0PORG1000H；主程序入口MAIN：MOVSP，#60H；设堆栈指针MOVB，#0AH；设循环次数10次MOVTMOD，#01H；设置T0工作在方式1定时MOV TL0，#0B0H；给T0设初值MOV TH0，#3CHSETBET0；允许T0中断SETBEA；总中断允许SETBTR0；启动T0HERE：SJMPHERE；原地循环，等待中断4344IT0P：MOVTL0，#0B0H；T0中断子程序，T0重装初值MOVTH0，#3CHDJNZB，RTURN；B中断次数计数，减1非0则；中断返回 CLRTR0；1s定时时间到，停止T0工作SETBF0；1s定时时间到标志F0置1RTURN：RETI程序说明：程序说明：不论1s定时时间是否已到，都返回到“SJMPHERE”指令处。“SJMPHERE”指令实际是一段主程序。在这段主程序中再通过对再通过对F0标志标志的的判定判定，可知1s定时是否到，再进行具体处理。4445【例例6-4】当T0（P3.4）引脚上发生负跳变时，作为P1.0引脚产生方波的启动信号。开始从P1.0脚脚上输出一个周期为周期为1ms的方波方波，如图图6-14所示所示（系统时钟6MHz）。456.4.2方式方式2的应用的应用方式2：自动重新装载初值自动重新装载初值的8位计数器/定时器。可省省去去重装初值指令。当某个定时器/计数器不使用时，可扩展一个扩展一个负跳沿触负跳沿触发发的的外中断源外中断源。46 46图图6-14 6-14 负跳变触发输出一个周期为负跳变触发输出一个周期为1ms1ms的方波的方波47基本思想：基本思想：T0设为方式方式1计数计数，初值初值为FFFFH。当外部计数输入端T0（P3.4）发生一次负跳变发生一次负跳变时，T0加1且溢出溢出，溢出标志TF0置“1”，向CPU发出中断请求，此时T0相当于一个负跳沿触发的外部中断源。进入T0中断程序后，F0标志置“1”，说明T0引脚上已接收过负跳变信号。T1定义为方式方式2定时定时。在T0引脚产生一次负跳变后，启动T1每每500 s产生一次中断产生一次中断，在中断中断服务子程序服务子程序中对P1.0求反求反，使P1.0产生周期周期1ms的方波。由于省去重新装初值指令，所以可产生精确精确的定时时间。4748（2）计算）计算T1的初值的初值设T1的初值为x，则(28x)2106=5104x=28250=6=06H（3）程序设计）程序设计48ORG0000H；程序入口RESET：LJMPMAINORG000BH；T0中断入口LJMPIT0P；ORG001BH；T1中断入口LJMPIT1P；ORG0100H；主程序入口 MAIN：MOVSP，#60H；设堆栈指针ACALLPT0M2；调用初始化子程序 MOVC，F0；T0有有中断标志F0置1JNCLOOP；T0未中断，则等待T0中断SETBET1；允许T1产生定时中断SETBTR1；启动T1HERE：AJMPHERE49LOOP：PT0M2：MOVTMOD，#26H;初始化T0,T1MOVTL0，#0FFH；T0置初值MOVTH0，#0FFHSETBET0；允许T0中断MOVTL1，#06H；T1置初值MOVTH1，#06HCLRF0；T0已中断标志F0清0SETBEA；总中断允许SETBTR0；启动T0RETIT0P：CLRTR0SETBF0RETIIT1P：CPLP1.0 RETI参考程序参考程序1：50程序说明：程序说明：单片机复位，从0000H跳向主程序MAIN处。调用了对T0，T1初始化子程序PT0M2。子程序返回后执行标号LOOP处指令，等待T0引脚上负脉冲。50当T0（P3.4）脚）脚发生负跳变发生负跳变时，T0计数溢出，执行T0中断服务子程序。停止T0计数，标志F0置1。当中断返回中断返回时，由于F0已被置已被置1，则程序跳出LOOP处的循环等待。此时来允许T1中断，并启动T1，执行“AJMPHERE”指令，等待等待T1的的500 s定时中断定时中断到来。当T1的500s定时到，则进入则进入T1的中断服务子程序的中断服务子程序IT1P，把P1.0脚电平取反。由于是自动装初值，省去对T1重装初值指令。中断返回后，到“AJMPHERE”处继续等待T1的500s定时中断。如此重复。5151ORG0000H；程序入口RESET：LJMPMAINORG000BH；T0中断入口LJMPIT0P；ORG001BH；T1中断入口LJMPIT1P；ORG0100H；主程序入口MAIN：MOVSP，#60H；设堆栈指针MOVTMOD，#26H;初始化T0,T1MOVTL0，#0FFH；T0置初值MOVTH0，#0FFHSETBEA；总中断允许SETBET0；允许T0中断HERE：AJMPHEREIT0P：CLRTR0MOVTL0，#06H；MOVTH0，#06HSETBET1SETBTR1RETIIT1P：CPLP1.0 RETI参考程序参考程序2：52START：MOVTMOD,#26H；MOVTL0,#0FFH；MOVTH0,#0FFH；SETBTR0；LOOP1：JBCTF0，PTFO1；SJMPLOOP1；设置设置T0，T1工作方式工作方式T0计数器初值计数器初值启动启动T0计数计数查查T0溢出标志，溢出标志，TF0=1时转且清时转且清TF0=0PTFO1：CLRTR0；MOVTL1,#06H；MOVTH1,#06H；SETBTR1；LOOP2:JBCTF1,PTFO2；SJMPLOOP2CPLP1.0；SJMPSTART停止计数停止计数送初值，定时送初值，定时500s启动定时启动定时500s查询查询TF1=1时转，且清时转，且清TF1=0（500s到否？）到否？）P1.0取反取反重复重复参考程序参考程序3：53【例例6-5】利用定时器T1的方式方式2计数计数，每计满计满100个个数，将P1.0取反。本例是方式方式2计数模式计数模式的应用举例。（1）选择工作方式）选择工作方式外部信号由T1（P3.5）引脚输入，一次负跳变计数器便加1，每输入100个脉冲，计数器将产生溢出中断，在中断服务程序中将P1.0取反一次。T1工作在方式方式2的控制字TMOD=60H。不使用T0时，TMOD低4位任取，但不能使T0为方式3，这里取全0。（2）计算）计算T1的初值的初值X=28100=156=9CHTL1的初值为9CH，重装初值寄存器TH1=9CH。5354（3）参考程序：）参考程序：ORG0000H；程序运行入口LJMP MAIN；跳向主程序MAINORG001BH；T1中断服务程序入口CPLP1.0；P1.0位取反RETIORG0100H；主程序入口MAIN：MOV TMOD，#60H；设置T1为方式2计数MOVTL0，#9CH；T0置初值MOVTH0，#9CHSETBTR1；启动T1HERE：AJMPHEREEND5455作业：n第六章5