第五章定时计数器与中断系统

单片机应用技术第五章定时/计数器与中断系统5.1定时/计数器结构特点及控制5.2中断系统结构及管理5.3定时/计数器及中断系统综合应单片机应用技术5.1定时/计数器结构特点及控制5.1.1定时/计数器结构5.1.2定时/计数器工作方式5.1.3定时/计数器控制寄存器5.1.4定时/计数器常数的计算返回本章首页单片机应用技术5.1.1定时/计数器结构定时/计数器简称定时器，8051单片机有2个16位的定时/计数器：定时器0（T0）和定时器1（T1）。它们都有定时器或事件计数的功能，可用于定时控制、延时、对外部事件计数和检测等场合。T0由2个特殊功能寄存器TH0和TL0构成，T1则由TH1和TL1构成。作计数器时，通过引脚T0（P3.4）和T1（P3.5）对外部脉冲信号计数，当输入脉冲信号从1到0的负跳变时，计数器就自动加1。计数的最高频率一般为振荡频率的1/24。返回本节单片机应用技术5.1.2定时/计数器工作方式每个定时/计数器还有4种工作方式，也就是每个定时器可构成4种电路结构模式。在方式0、1和2，T0和T1的工作方式相同，在方式3，两个定时器的方式不同。下面以T1为例，分述各种工作方式的特点和用法。单片机应用技术1．方式0工作方式0是13位定时/计数器。THx全部8位和TLx低5位(TLx的高3位无效)组成13位加1计数器。最大计数值为213 = 8192个脉冲。方式0采用13位计数器是为了与其早期的产品MCS-48系列单片机兼容，其初值的计算较麻烦，如果不是为了兼容，在实际应用中可不必使用，而采用方式1。方式0的全部功能，方式1都可以代替。单片机应用技术1．方式0图5-1定时/计数器T1（T0）工作模式0单片机应用技术2．方式1方式1逻辑结构如图5-2所示。THx和TLx组成了16位加法计数器。其中，THx为高8位，TLx为低8位。当TLx低8位计数溢出时自动向THx进位，而THx溢出时向中断位TFx进位(硬件自动置位)，并申请中断。图5-2定时/计数器T1（T0）工作模式1单片机应用技术2．方式1当=0时，多路开关连接12分频器输出，计数器对机器周期计数，此时为定时器。当=1时，多路开关与Tx相连，外部计数脉冲由Tx脚输入，当外部信号电平发生由1到0的负跳变时，计数器加1，此时为计数器。方式1下的计数器，其最大计数脉冲为65536。因此其最长定时时间(晶振为12MHz时)为：T×65536= 65.536ms，其中T为机器周期，是晶振周期的12分频，当晶振为12MHz时T=1s。TC/TC/单片机应用技术当GATE=0时，经非门后，或门输出1，这样TRx将直接控制定时器的启动和关闭。这时如果TRx=1，则接通控制开关，定时器从初值开始计数直至溢出。溢出时，16位计数器为0，TFx置位，并申请中断。如要循环计数，则计数器需重置初值，且需用软件将TFx复位。TRx=0，则与门被封锁，控制开关被关断，停止计数。当GATE=1时，与门的输出由输入INTx的电平和TRx位的状态来确定。这时若TRx=1，则引脚INTx可直接开启或关断计数器：当INTx为高电平时，允许计数；低电平时则停止计数。若TRx=0，则与门被封锁(即输出为0)，控制开关被关断，不能计数。2．方式1单片机应用技术以上控制启动、停止计数方式总结如下：1)非门控方式当GATE=0时，控制权由TRx决定，TRx=1计数启动，TRx=0计数停止。这种方式实际上是用软件控制启动、停止计数的。2)门控方式当GATE=1、TRx=1时，控制权由INTx决定，INTx=1计数启动，INTx=0计数停止。这种方式实际上是用外部硬件INTx引脚控制启动、停止计数的。2．方式1单片机应用技术3．方式2定时/计数器工作于方式2时，其逻辑结构如下图所示。由图可知方式2时，16位加法计数器的THx和TLx具有不同功能，其中TLx是8位计数器，THx是重置初值的8位缓冲器。在程序初始化时，TLx和THx由软件赋予相同的初值。一旦TLx计数溢出，TFx将被置位，同时，THx中的计数初值自动装入TLx，从而进入新一轮计数，如此循环不止。单片机应用技术3．方式2方式0和方式1用于循环计数时，每次计满溢出后，计数器都复位为0，要进行新一轮计数还须重置计数初值。这不仅导致编程麻烦，而且影响定时时间精度。方式2具有初值自动装入功能，避免了上述缺陷，适合用作较精确的定时脉冲信号发生器。方式2最大计数值为256，最长定时时间(晶振12MHz时T = 1s)为256s。单片机应用技术4．方式3返回本节定时/计数器工作于方式3时，其逻辑结构如图所示。由图可知，方式3时，T0被分解成两个8位定时/计数器，其中：TL0作为一个定时/计数器，占用了原定时/计数器T0的控制位、引脚和中断源，即GATE、TR0、TF0和T0(P3.4)引脚、INT0(P3.2)引脚。除计数位数不同于方式0、方式1外，其功能、操作与方式0、方式1完全相同，可定时亦可计数。单片机应用技术4．方式3返回本节TH0作为另一个定时/计数器，占用原定时/计数器T1的控制位TF1和TR1，同时还占用了T1的中断源，其启动和关闭仅受TR1置1或清0控制。TH0只能对机器周期进行计数，因此，TH0只能用作简单的内部定时，不能用作对外部脉冲进行计数，是定时器T0附加的一个8位定时器。因定时/计数器T1的控制位TF1和TR1被TH0计数时占用，所以T1无工作方式3。一般情况下，方式3用于串行通信波特率发生时选用。单片机应用技术5.1.3定时/计数器控制寄存器定时器共有2个控制寄存器TMOD和TCON，由软件写入TMOD和TCON两个8位寄存器，设置各个定时器的操作模式和控制功能。单片机应用技术1．工作模式控制寄存器—TMOD（89H）GATEC/TM10MGATEC/T1M0M控制T1控制T089H和T类同01M0M00011011方式方式0方式1方式2方式301定时器模式计数器模式01与INT无关00与INT有关图5-5定时器工作模式寄存器TMOD单片机应用技术2．定时器控制寄存器—TCON（88H）TCON位地址0DD1D2D3D4D5D6D7IT0IE0IT11IETR0TF0TR1TF188898A8B8C8D8E8F见下一节{00：停T计数01：启T计数00：无T中断（硬件复位）{1：有T溢出中断00：无T中断（硬件复位）10：停T计数{1：有T溢出中断1：启T计数{111图5-6定时器工作模式寄存器TCON返回本节单片机应用技术由于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。3.定时/计数器的编程和应用举例在编程时主要注意两点：第一要能正确写入控制字；第二要进行计数初值的计算。一般情况下，编程包括以下几个步骤：(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、TL1中。(3)需要时，置位ETx以允许定时/计数器中断，置位EA以开放中断。(4)置位TRx启动计数。单片机应用技术一般的程序如下：MOVTMOD，#xxH；选择方式MOVTHx，#xx；装入Tx计数初值MOVTLx，#xxSETBEA；开Tx中断SETBETx；允许Tx定时器中断SETBTRx；启动Tx定时器3.定时/计数器的编程和应用举例单片机应用技术5.1.4定时/计数器常数的计算1．计数器初值的计算把计数器计满为零所需要的计数值设定为C，计数初值设定为TC，由此可得到公式：TC=M-C式中，M为计数器模值，该值和计数器工作方式有关。在方式0时M为213；在方式1时M为216；在方式2和方式3时M为28。单片机应用技术2．定时器初值的计算返回本节在定时器模式下，计数器由单片机主脉冲经12分频后计数。因此，定时器定时时间T的公式：T=（M-TC）T计数上式也可写成：TC=M-T/T计数式中，M为模值，和定时器的工作方式有关；T计数是单片机振荡周期TCLK的12倍；TC为定时器的定时初值。5.1.4定时/计数器常数的计算单片机应用技术5.1.5定时/计数器应用举例例1：如下图所示，已知MCS-51单片机系统晶振频率为12MHz，试编写程序，用定时器T0，工作方式2，使P1.0引脚输出如下周期方波。分析：每隔0.1ms改变一次P1.0的输出状态，即形成周期方波，用T0方式2，定时实现。图5.1.1定时器输出图单片机应用技术计算初值：C=28-t/T=256-(0.0001)/10-6=256-100=156= 9CH程序如下：ORG0000HAJMPMAINORG000BH；T0中断的硬件入口地址CPLP1.0；取反，产生方波RETI；中断返回ORG0030HMAIN：MOVTMOD，#02H；中断方式MOVTL0，#9CH；计数初值MOVTH0，#9CH单片机应用技术SETBEA；开放总中断SETBET0；开放T0中断SETBTR0；启动定时器T0SJMP$；等待定时中断，；相当于执行其它任务END需要说明的是，例题程序在定时器初始化之后进入主程序，用执行SJMP$等待定时器溢出产生中断。这是主程序处于无事状态等待中断的一种方法。在实际系统中的等待期间CPU完全可以去做其它事情。单片机应用技术例2：如图所示，用P1.7驱动LED亮1s、灭1s地闪烁，设晶振频率为12MHz。分析：MCS-51定时器最长的定时时间达不到1s，这里采用了一种长定时方法：先做一个10ms，即0.01s的定时，增加一个软件计数器(如R7)，记录0.01s定时中断次数，计满100个中断为1s。图5.1.2定时器电路图单片机应用技术计数初值:C = 216-t/T = 65536 -0.01/10-6 = D8F0H程序如下：ORG0000HAJMPMAIN；转主程序ORG001BH；T1中断的硬件入口地址AJMPPT1INT；跳转到PT1INTORG0030H；主程序START：MOVR7，#64H；中断次数计数器；R7 = 100MOVTMOD，#10H；中断方式MOVTL1，#0F0H；计数初值MOVTH1，#0D8H单片机应用技术SETBEA；开放总中断SETBET1；开放T1中断SETBTR1；启动定时器T1SJMP$；等待定时100ms的中断PT1INT：MOVTL1，#0F0H；恢复计数初值MOVTH1，#0D8HDJNZR7，PEND；判断是否发生了；100次0.01s的中断MOVR7，#100；恢复R7 = 100，；汇编软件允许用十；进制数据CPLP1.7；1s后，将P1.7反相PEND：RETI；中断返回END单片机应用技术此例中的中断服务程序超过了8个字节，所以在T1中断的硬件入口地址001BH处放了一条跳转程序AJMPPT1INT，将中断服务程序放在了其它地址区域。单片机应用技术分析：采用T1的门控制方式，使T1的启动受的控制，当GATA=1，TR1=1时，一旦引脚输入高电平，T1就启动计数，直至出现低电平，停止计数。为了确保真正从高电平上升沿开始计数，T1的计数要先等到出现一个高电平后，下一个高电平到来时才开始进行，见图5.1.3。INT1INT1例3：引脚输入被检测信号，用门控方式测量正脉冲宽度(设脉宽小于65.5ms)。INT1单片机应用技术图5.1.3定时器例3图单片机应用技术程序主要部分如下：START：MOVTMOD，#90H；T1，门控方式、定时器，;工作方式1MOVTL1，#00H；计数初值MOVTH1，#00HWAIT1：JBP3.3，WAIT1；检测到的第一个高电平放;弃，等待INT1低。如果没有；这条语句，可能计数不是;从正脉冲开始瞬间计数的为；计SETBTR1；数做好准备WAIT2：JNBP3.3，WAIT2；等待下一个高电平的到来WAIT3：JBP3.3，WAIT3；INT1高电平时计数，低电；平时停止CLRTR1；停止计数MOVR2，TL1；将计数结果送R2、R3以便进一步处理MOVR3，TH1单片机应用技术注意：本例是在停止了计数后读取计数值的，这时计