第6章 单片机原理及接口技术讲稿(第三版)-李朝青

1第6章定时器及应用§6.1定时器概述§6.1.18051定时器结构8051定时器的结构如图6-1所示。图6-189C51定时器有两个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。T0由两个8位特殊功能寄存器TH0和TL0构成；T1由TH1和TL1构成。§6.1.28051定时器功能每个定时器都可由软件设置为定时工作方式或计数工作方式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TMOD和TCON所控制。定时器工作不占用CPU时间，除非定时器/计数器溢出，才能中断CPU的当前操作。每个定时器/计数器还有四种工作模式。其中模式0-2对T0和T1是一样的，模式3对两者不同。定时工作方式定时器计数8051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8051采用12MHz晶振时，一个机器周期为1μs，计数频率为1MHz。计数工作方式通过引脚T0（P3.4）和T1（P3.5）对外部脉冲信号计数。当输入脉冲信号产生由1至0的下降沿时定时器的值加1。CPU检测一个1至0的跳变需要两个机器周期，故最高计数频率为振荡频率的1/24。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。对输入脉冲信号的基本要求如图6-2所示。2§6.2定时器的控制§6.2.1工作模式寄存器TMODTMOD用于控制T0和T1的工作模式。TMOD不能位寻址，只能用字节设置定时器的工作模式，低半字节设置T0，高半字节设置T1。8051系统复位时，TMOD的所有位被清0。TMOD各位的定义格式如图6-3所示。TMOD各位定义及具体的意义归纳如图6-4所示。①M1和M0—操作模式控制位。两位可形成四种编码，对应于四种模式。见表6-1。M1M0工作模式功能描述00模式013位计数器01模式116位计数器10模式2自动再装入8位计数器11模式3定时器0：分成二个8位计数器定时器1：停止计数②C/T—计数器/定时器方式选择位。C/T=0，设置为定时方式。定时器计数8051片内脉冲，即对机器周期计数。C/T=1，设置为计数方式。计数器的输入来自T0（P3.4）或T1（P3.5）端的外部脉冲。③GATE—门控位。GATE=0，只要用软件使TR0（或TR1）置1就可以启动定时器，而不管INT0（或INT1）的电平是高还是低。GATE=1，只有INT0（或INT1）引脚为高电平且由软件使TR0（或TR1）置1时，才能启动定时器工作。3§6.2.2控制器寄存器TCONTCON除可字节寻址外，各位还可位寻址。8051系统复位时，TCON的所有位被清0。TCON各位的定义格式如图6-5所示。TCON各位定义及具体的意义归纳如图6-6所示。①TF1（TCON.7)—T1溢出标志位。当T1溢出时，由硬件自动使中断触发器TF1置1，并CPU申请中断。当CPU响应中断进入中断服务程序后，TF1由被硬件自动清0。TF1也可以用软件清0。②TF0（TCON.5)—T0溢出标志位。其功能和操作情况同TF1。③TR1(TCON.6)—T1运行控制位。可通过软件置1（TR1=1）或清0（TR1=0）来启动或关闭T1。在程序中用指令“SETBTR1”使TR1位置1，定时器T1便开始计数。④TR0(TCON.4)—T0运行控制位。其功能和操作情况同TR1。⑤IE1，IT1，IE0，IT0(TCON.3～TCON.0)—外部中断INT1，INT0请求及请求方式控制位。前一章已经讲过。4§6.3定时器的四种模式及应用§6.3.1模式0及其应用一、模式0的逻辑电路结构T0在模式0的逻辑电路结构如图所示。（T1相同）二、模式0工作特点在这种模式下，16位寄存器（TH0和TL0）只用了13位。其中TL0的高3位未用，其余5位为整个13位的低5为，TH0占高8位。当TL0的低5位溢出时，向TH0进位；TH0溢出时，向中断标志TF0进位（硬件置位TF0），并申请中断。定时时间为：t=(213－T0初值)×振荡周期×12三、模式0的应用举例(例6-1)例6-1：设定时器T0选择工作模式0，定时时间为1ms，fosc=6MHz。试确定T0初值，计算最大定时时间T。解：当T0处于工作模式0时，加1计数器为13位。（1）试确定T0初值设T0的初值位X。则：(213－X)×1/6×10-6×12=1×10-3sX=7692D=1111000001100BT0的低5位：01100B=0CH即(TL0)=0CHT0的高8位：11110000B=F0H即(TH0)=F0H（2）计算最大定时时间TT0的最大定时时间对应于13位计数器T0的各位全为1，即(TL0)=1FH，(TH0)=FFH.则：T=213×1/6×10-6×12=16.384ms三、模式0的应用举例(例6-2)例6-2：设T0工作在模式0，定时时间为1ms，fosc=6MHz。编程实现其定时功能。定时时间到，P1.0取反。解：（1）计算T0初值X计算步骤见例6-1。结果：(TH0)=0F0H,(TL0)=0CH。（2）程序清单：初始化引导程序ORG0000HRESET:AJMPMAIN；跳过中断服务程序区ORG000BH；中断服务程序入口AJMPITOP主程序：5ORG0100HMAIN:MOVSP,#60H；设堆栈指针ACALLPTOMDHERE:AJMPHERE；等待时间到，转入中断服务程序PTOMD:MOVTMOD,#00H；选择工作模式MOVTL0,#0CH；送初值MOVTH0,#0F0HSETBTR0；启动定时SETBET0；T0开中断SETBEA；CPU开中断RET中断服务程序ORG0120HITOP:MOVTL0,#0CH；重新装如初值MOVTH0,#0F0HCPLP1.0；P1.0取反RETI三、模式0的应用举例(例6-3)例6-3：利用T0的工作模式0产生1ms定时，在P1.0引脚输出周期为2ms的方波。设单片机晶振频率fosc=12MHz。编程实现其功能。解：要在P1.0引脚输出周期为2ms的方波，只要使P1.0每隔1ms取反一次即可。（1）选择工作模式T0的模式字为TMOD=00H，即M1M0=00，C/T=0，GATE=0，其余位为0。（2）计算1ms定时时T0的初值(213－X)×1/12×10-6×12=1×10-3sX=7193D=1110000011000BT0的低5位：11000B=18H即(TL0)=18HT0的高8位：11100000B=E0H即(TH0)=E0H（3）采用查询方式的程序程序清单：MOVTMOD,#00H；设置T0为模式0MOVTL0,#18H；送初值MOVTH0,#0E0HSETBTR0；启动定时LOOP：JBCTF0，NEXT；查询定时时间到否SJMPLOOPNEXT：MOVTL0,#18H；重装计数初值MOVTH0,#0E0HCPLP1.0；取反SJMPLOOP；重复循环（4）采用定时器溢出中断方式的程序程序清单：主程序ORG0000HRESET:AJMPMAIN；跳过中断服务程序区6ORG0030HMAIN：MOVTMOD,#00H；设置T0为模式0MOVTL0,#18H；送初值MOVTH0,#0E0HSETBEA；CPU开中断SETBET0；T0中断允许SETBTR0；启动定时HERE：SJMPHERE；等待中断，虚拟主程序中断服务程序ORG000BHAJMPCTC0ORG0120HCTC0:MOVTL0,#18H；重新装如初值MOVTH0,#0E0HCPLP1.0；P1.0取反RETI§6.3.2模式1及其应用一、模式1的逻辑电路结构T0在模式1的逻辑电路结构如图6-7所示。（T1相同）二、模式1工作特点该模式对应的是一个16位的定时器/计数器。用于定时工作方式时，定时时间为：t=(216－T0初值)×振荡周期×12用于计数工作方式时，计数长度最大为：216=65536（个外部脉冲）三、模式1的应用举例（例6-4）例6-4：用定时器T1产生一个50Hz的方波，由P1.1输出。，使用程序查询方式，fosc=6MHz。解：∵方波周期T=1/50=0.02s=20ms∴用T1定时10ms计数初值X为：X=216－12×10×1000/12=65536－10000=55536=D8F0H源程序清单：MOVTMOD,#10H；设置T1为模式1SETBTR1；启动定时LOOP：MOVTL1,#0D8H；送初值MOVTH1,#0F0H7JNBTF1，$；查询定时时间到否CLRTF1;产生溢出，清标志位CPLP1.1；取反SJMPLOOP；重复循环§6.3.3模式2及其应用一、模式2的逻辑电路结构T0在模式2的逻辑电路结构如图6-8所示。（T1相同）TL0计数溢出时，不仅使溢出中断标志位TF0置1，而且还自动把TH0中的内容重新装载到TL0中。TL0用作8位计数器，TH0用以保存初值。二、模式2工作特点该模式把TL0(TL1)配置成一个可以自动重装载的8位定时器/计数器。在程序初始化时，TL0和TH0由软件赋予相同的初值。用于定时工作方式时，定时时间为：t=(28－TH0初值)×振荡周期×12用于计数工作方式时，计数长度最大为：28=256（个外部脉冲）该模式可省去软件中重装常数的语句，并可产生相当精确的定时时间，适合于作串行口波特率发生器。三、模式2的应用举例（例6-5）例6-5：当P3.4引脚上的电平发生负跳变时，从P1.0输出一个500μs的同步脉冲。请编程序实现该功能。查询方式，fosc=6MHz。解：（1）模式选择选T0为模式2，外部事件计数方式。当P3.4引脚上的电平发生负跳变时，T0计数器加1，溢出标志TF0置1；然后改变T0为500μs定时工作方式，并使P1.0输出由1变为0。T0定时到产生溢出，使P1.0输出恢复高电平，T0又恢复外部事件计数方式。如图6-9所示。（2）计算初值T0工作在外部事件计数方式，当计数到28时，再加1计数器就会溢出。设计数初值为X，当再出现一次外部事件时，计数器溢出。则:X+1=28X=28－1=11111111B=0FFHT0工作在定时工作方式，设晶振频率为6MHz，500μs相当于250个机器周期。因此，初值X为(28－X)×2μs=500μsX=6=06H（3）程序清单START：MOVTMOD,#06H；设置T0为模式2,外部计数方式8MOVTL0,#0FFH；T0计数器初值MOVTH0,#0FFHSETBTR0；启动T0计数LOOP1：JBCTF0，PTFO1；查询T0溢出标志，；TF0=1时转，且清TF0=0SJMPLOOP1；PTFO1：CLRTR0；停止计数MOVTMOD,#02H；设置T0为模式2，定时方式MOVTL0,#06H；送初值，定时500μsMOVTH0,#06HCLRP1.0;P1.0清0SETBTR0；启动定时500μsLOOP2:JBCTF0,PTFO2；查询T0溢出标志，；TF0=1时转，且清TF0=0;（第一个500μs到否？）SJMPLOOP2；等待中断，虚拟主程序PTFO2:SETBP1.0；P1.0置1CLRTR0；停止计数SJMPSTART三、模式2的应用举例（例6-6）例6-6：利用定时器T1的模式2对外部信号计数。要求没计满100次，将P1.0端取反。解：（1）选择模式外部信号由T1（P3.5）引脚输入，每发生一次负跳变计数器加1，每输入100个脉冲，计数器发生溢出中断，中断服务程序将P1.0取反一次。T1计数工作方式模式2的模式字为（TMOD）=60H。T0不用时，TMOD的低4位可任取，但不能进入模式3，一般取0。（2）计算T1的计数初值X=28－100=156=9CH因此:TL1的初值为9CH，重装初值寄存器TH1=9CH。（3）程序清单MAIN：MOVTMOD,#60H；设置T1为模式2,外部计数方式MOVTL1,#9CH；T1计数器初值MOVTH1,#9CHMOVIE，#88H