51单片机 定时器 中断

定时器/计数器及其应用2定时器/计数器及其应用定时器/计数器的应用场合:定时或延时控制、对外部事件的检测、计数等；MCS-51系列8031、8051单片机有两个16位定时器/计数器（即T0和T1）；8032、8052单片机有3个16位定时器/计数器（即T0、T1和T2）；3定时器/计数器及其应用所谓计数器就是对外部输入脉冲的计数；所谓定时器也是对脉冲进行计数完成的，计数的是MCS-51内部产生的标准脉冲，通过计数脉冲个数实现定时。所以，定时器和计数器本质上是一致的，在以后的叙述中将定时器/计数器笼统称为定时器。45第5章定时器/计数器及其应用5.1定时器的结构及工作原理5.2定时器的TMOD和TCON寄存器5.3定时器的工作方式5.3.1方式05.3.2方式15.3.3方式25.3.4方式35.4定时器的编程和应用6第5章定时器/计数器及其应用5.1定时器的结构及工作原理75.1定时器的结构及工作原理组成：两个16位的定时器T0和T1，以及他们的工作方式寄存器TMOD和控制寄存器TCON等组成。内部通过总线与CPU相连。定时器T0和T1各由两个8位特殊功能寄存器TH0、TL0、TH1、TL1构成。工作方式寄存器TMOD：用于设置定时器的工作模式和工作方式；控制寄存器TCON：用于启动和停止定时器的计数，并控制定时器的状态；单片机复位时，两个寄存器的所有位都被清0。8051定时器内部结构框图85.1定时器的结构及工作原理两个可编程的定时器/计数器T1、T0。每个定时器内部结构实际上就是一个可编程的加法计数器，由编程来设置它工作在定时状态还是计数状态。两种工作模式:(1)计数器工作模式就是对外部事件进行计数。计数脉冲来自相应的外部输入引脚T0（P3.4)或T1(P3.5)。当输入信号发生由1至0的负跳变(下降沿)时，计数器（TH0，TL0或TH1，TL1）的值增1。计数的最高频率一般为振荡频率的1/24。Why?(2)定时器工作模式也是通过计数实现的。计数脉冲来自内部时钟脉冲，每个机器周期计数值增1，每个机器周期=12个振荡周期，因此计数频率为振荡频率的1/12。所以定时时间=计数值×机器周期。4种工作方式(方式0-方式3)。95.1定时器的结构及工作原理当控制信号定时器工作在定时方式；加1计数器对脉冲f进行计数，每来一个脉冲，计数器加1，直到计时器计满溢出；因为，即一个计数脉冲的周期就是一个机器周期；计数器计数的是机器周期脉冲个数。从而实现定时。当控制信号定时器工作在计数方式；加1计数器对来自输入引脚T0(P3.4)和T1(P3.5)的外信号脉冲进行计数，每来一个脉冲，计数器加1，直到计时器计满溢出；TxTHxTFxTLxTRxINTx定时计数0f0/12ff控制信号K“1”启动，计数器运行；“0”停止，计数器停止；定时器/计数器原理框图加1计数器0/12ff1C/T=10控制信号K可以控制计数器的“启动”和“停止”，TCON（88H）K=TRx(INTx+GATE)125.1定时器的结构及工作原理在每个机器周期的S5P2期间采样检测引脚输入电平。若前一个机器周期采样值为“1”，后一个机器周期采样值为“0”，则计数器加1。新的计数值在检测到输入引脚电平发生“1”到“0”的负跳变（下降沿）后，于下一个机器周期的S3P1期间装入计数器中。由于CPU需要两个机器周期来识别一个“1”到“0”的跳变信号，所以最高的计数频率为振荡周期的1/24。P1P2S1振荡周期状态周期机器周期机器周期指令周期XTAL2(OSC)S2S3S4S5S6S1S2S4S5S3S6P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P2P2P2P2P2P2P2P2P2P2P2135.1定时器的结构及工作原理定时/计数器对输入信号的要求1.外部计数脉冲的最高频率为系统振荡器频率的1/24，例如选用12MHz频率的晶体，则可输入500KHz的外部脉冲。2.输入信号的高、低电平至少要分别保持一个机器周期。如图所示，图中Tcy为机器周期。14可编程定时器的工作方式、启动、停止、溢出标志、计数器等都是可编程的——通过设置寄存器TMOD,TCON,TH0,TL0,TH1和TL1实现。当设置了定时器的工作方式并启动定时器工作后，定时器就按被设定好的工作方式独立工作，不再占用CPU，只有在计数器计满溢出时才向CPU申请中断，占用CPU。由此可见，定时器是单片机中工作效率高且应用灵活的部件。5.1定时器的结构及工作原理15第5章定时器/计数器及其应用5.2定时器的TMOD和TCON寄存器165.2定时器的TMOD和TCON寄存器8051单片机定时器主要有几个特殊功能寄存器组成：TMOD,TCON,TH0,TL0,TH1,TL1。TMOD：设置定时器的工作方式；TCON：控制定时器的启动和停止；TH0和TL0：存放定时器T0的初值或计数结果；TH0存放高8位，TL0存放低8位；TH1和TL1：存放定时器T1的初值或计数结果；TH1存放高8位，TL1存放低8位；175.2.1工作方式控制寄存器TMOD8位分为两组，高4位控制T1，低4位控制T0。(1)GATE—门控位0:以TRX(X=0,1)来启动定时器/计数器运行。1:用外中断引脚(INT0*或INT1*)上的高电平和TRX来启动定时器/计数器运行。(2)M1、M0—工作方式选择位M1M0工作方式00方式0，13位定时器/计数器。01方式1，16位定时器/计数器。10方式2，8位常数自动重新装载11方式3，仅适用于T0，T0分成两个8位计数器，T1停止计数。(3)C/T*—计数器模式和定时器模式选择位0:定时器模式。1:计数器模式。(4)TMOD无位地址，不能位寻址。(5)复位时，TMOD所有位均为“0”。18低4位与外部中断有关，后面介绍。高4位的功能如下:(1)TF1、TF0—计数溢出标志位定时器T0或T1计数溢出时，由硬件自动将此位置“1”；TFx可以由程序查询，也是定时中断的请求源；(2)TR1、TR0—计数运行控制位TRx=1:启动定时器/计数器工作TRx=0:停止定时器/计数器工作5.2.2控制寄存器TCON205.2.3定时/计数器的初始化MCS-51单片机的定时器/计数器是可编程的，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）对TMOD赋值，以确定定时器的工作模式；（2）置定时/计数器初值，直接将初值写入寄存器的TH0、TL0或TH1、TL1；（3）根据需要，对IE置初值，开放定时器中断；（4）对TCON寄存器中的TR0或TR1置位，启动定时/计数器，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。215.2.3定时/计数器的初始化初值计算：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/TT为计数周期，是单片机的机器周期。（模式0:M为213，模式1:M为216，模式2和3:M为28）例如：机器周期为1μs时，若工作在模式0，则最大定时值为:213×1μs=8.192ms若工作在模式1,则最大定时值为:216×1μs=65.536ms22第5章定时器/计数器及其应用5.3定时器的工作方式23MCS-51的定时器T0有4种工作方式：即：方式0，方式1，方式2，方式3。MCS-51的定时器T1有3种工作方式：即：方式0，方式1，方式2。5.3定时器的工作方式245.2.1方式0M1、M0设置为00，为13位计数器，以T1为例，其框图如下:5.3定时器的工作方式——方式0计数脉冲输入加1计数器255.3定时器的工作方式——方式0TH1D12D11D10D9D8D7D6D5TL1×××D4D3D2D1D0在这种方式下，16位寄存器TH1和TL1只用13位，由TH1的8位和TL1的低5位组成。TL1的高3位不定。当TL1的低5位计数溢出时，向TH1进位。而TH1计数溢出时，则向中断标志位TF1进位（即硬件将TF1置1），并请求中断。可通过查询TF1是否置“1”或考察中断是否发生来判定定时器T1的操作完成与否。265.3定时器的工作方式——方式0当C/T=0时，为定时工作模式，开关接到振荡器的12分频器输出上，计数器对机器周期脉冲计数。其定时时间为：(213-初值)×振荡周期×12例如：若晶振频率为12MHz，则最长的定时时间为(213-0)×(1/12)×12us=8.191ms当C/T=1时，为计数工作模式，开关与外部引脚T1(P3.5)接通，计数器对来自外部引脚的输入脉冲计数。当外部信号发生负跳变时计数器加1。275.3定时器的工作方式——方式0GATE控制定时器Tx(T1或T0)的条件：(1)当GATE=0时，“或门”输出恒为1，“与门”的输出信号K由TRx决定(即此时K=TRx)，定时器不受INTx输入电平的影响，由TRx直接控制定时器的启动和停止。TRx=1；计数启动；TRx=0；计数停止；(2)当GATE=1时，“与门”的输出信号K由INTx输入电平和TRx位的状态一起决定(即此时K=TRx·INTx)，当且仅当TRx=1且INTx=1(高电平)时，计数启动；否则，计数停止。返回285.3.2方式1M1、M0=01，为16位的计数器，除位数外，其他与方式0相同。其定时时间为：(216-初值)×振荡周期×12例如：若晶振频率为12MHz，则最长的定时时间为(216-0)×(1/12)×12us=65.536ms5.3定时器的工作方式——方式1295.3.3方式2M1、M0=10，为自动恢复初值的8位计数器，等效框图如下:TLx作为8位计数器，THx作为重置初值的缓冲器。5.3定时器的工作方式——方式2THx作为常数缓冲器，当TLx计数溢出时，在置“1”溢出标志TFx的同时，还自动的将THx中的初值送至TLx，使TLx从初值开始重新计数。定时器/计数器的方式2工作过程如图(x=0,1)。30优点：方式0和方式1用于循环重复定时或计数时，在每次计数器挤满溢出后，计数器复0。若要进行新一轮的计数，就得重新装入计数初值。这样一来不仅造成编程麻烦，而且影响定时精度。而方式2具有初值自动装入的功能，避免了这个缺点，可实现精确的定时。缺点：只有8位计数器，定时时间短、计数范围小。其定时时间为：(28-初值)×振荡周期×12若晶振频率为12MHz，则最长的定时时间为(28-0)×(1/12)×12us=0.256ms5.3定时器的工作方式——方式2方式2工作过程图(x=0,1)。315.3.4方式3只适用于定时器/计数器T0。T1不能工作在方式3。如果将T1置为方式3，则相当于TR1=0，停止计数(此时T1可用来作串行口波特率产生器)。1.工作方式3下的T0T0在方式3时被拆成两个独立的8位计数器：TH0和TL0。8位计数器TL0使用T0的状态控制位C/T*、GATE、TR0、INT0，它既可以工作在定时方式，也可以工作在计数方式。8位定时器TH0被固定为一个8位定时器(不能作外部计数模式)，并使用定时器T1的状态控制位TR1，同时占用定时器T1的中断请求源TF1。此时，定时器TH0的启动或停止只受TR1控制。TR1=1时，启动TH0的计数；TR1=0时，停止TH0的计数5.3定时器的工作方式——方式3325.3定时器的工作方式各引脚与T0的逻辑关系如图所示:332.T0工作在方式3下T1的各种工作方式注意：当T0处于方式3时，T1仍可设置为方式0、方式1和方式2。当时由于TR1、TF1和T1的中断源都已被定时器T0(中的TH0)占用，所以定时器T1仅有控制位C/T来决定其工作在定时方式或计数方式。当计数器计满溢出时，不能置位“TF1”，而只能将输出送往串口。所以，此时定时器T1一般用作串口的波特率发生器，或不需要中断的场合。(1)T1工作在方式05.3定时器的工作方式34(2)T1工作在方式1(3)T1工作在