周国运单片机原理及应用(C语言版)6

单片机原理及应用（C语言版）第6章MCS-51单片机定时器/计数器中国水利水电出版社第6章MCS-51单片机定时器/计数器目录6.1MCS-51定时器/计数器的结构及原理6.2定时器T0、T16.3定时器T26.4定时器应用举例本章主要讨论MCS-51单片机定时器/计数器T0、T1、T2的逻辑结构、工作原理、使用方法和应用。本章为单片机的主要内容，也是学习第七章串行口的基础。第6章MCS-51单片机的定时器/计数器6.1MCS-51单片机定时器/计数器的结构及原理主要内容6.1.1MCS-51单片机定时器的结构6.1.2MCS-51单片机定时器的工作原理6.1.3定时器/计数器的控制寄存器6.1.1MCS-51单片机定时器的结构MCS-51单片机定时器/计数器逻辑结构图CPU中断溢出溢出溢出定时器0定时器1定时器2TMODT2CONT2MODTCONTH0TL0TH1TL1TH2TL2RCAP2LRCAP2H模式模式T2(P1.0)T1(P3.5)T2EX(P1.1)T0(P3.4)模式控制控制控制中断重装捕获6.1.1MCS-51单片机定时器的结构MCS-51主要由如下构成：①三个16位的可编程定时器/计数器：定时器/计数器0、1和2。②每个定时器有两部分构成：THx和TLx③特殊功能寄存器TMOD和TCON，主要对T0和T1进行控制。④特殊功能寄存器T2MOD和T2CON，主要对T2进行控制，RCAP2H、RCAP2L为T2服务。⑤引脚P3.4、P3.5、P1.0，为计数脉冲输入。⑥定时器T0、T1和T2是3个中断源，可以向CPU发出中断请求。6.1.2MCS-51单片机定时器的工作原理定时器/计数器T0、T1、T2的内部结构简图如下图所示。C/T=0中断请求振荡器TLx(8位)THx(8位)Txn分频TFxC/T=1控制TRx6.1.2MCS-51单片机定时器/计数器的工作原理从上图可以看出：①定时器的实质是一个加1计数器。②C/T=0，为定时器计数频率：fosc/12计数信号由片内振荡电路提供，振荡脉冲n分频送给计数器，每个机器周期计数器值增1。③C/T=1，为计数器计数信号由Tx引脚(P3.4、P3.5和P1.0)输入，每输入一有效信号，相应的计数器中的内容进行加1计数器的最高计数频率为：fosc/241）每1个输入脉冲的下降沿使计数器计1个数；2）每1个机器周期对引脚采样1次，当上1个机器周期采样为高、本机器周期采样为低为1个下降沿6.1.2MCS-51单片机定时器/计数器的工作原理④控制信号TRx=1时，定时器启动。⑤当定时器由全1加到全0时计满溢出，TFx=1，向CPU申请中断；同时，定时器从0开始继续计数。6.1.3定时器/计数器0、1的控制寄存器1、T0、T1的工作模式寄存器TMOD功能：确定定时器的工作模式。其格式为：TMOD(89H)D7D6D5D4D3D2D1D0GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0GATE——外部门控制位。GATE＝1，使用外部控制门，且TRx=1当P3.2（P3.3）为高时启动定时器。6.1.3定时器/计数器的方式和控制寄存器GATE＝0，不使用外部门控制计数器C/T——定时或计数方式选择位C/T＝0，为定时器；C/T＝1，为计数器计数采样：CPU在每机器周期的S5P2期间，对计数脉冲输入引脚进行采样。若前一机器周期采样值为1，下一机器周期采样值为0，则计数器增1，即下降沿计数。6.1.3定时器/计数器的方式和控制寄存器M1、M0——工作模式选择位。表6-1定时器/计数器的工作模式M1M0工作模式功能00模式013位定时/计数01模式116位定时/计数10模式28位初值自动重装定时/计数11模式3定时器0：TL0可8位定时/计数，TH0为8位定时器。定时器1：无此方式6.1.3定时器/计数器的方式和控制寄存器2、T0、T1的控制寄存器TCONTCON(88H)D7D6D5D4D3D2D1D0TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0TF1、TF0：T1、T0的溢出标志位计数溢出，TFx=1。中断方式：自动清零；查询方式：软件清零。6.1.3定时器/计数器的方式和控制寄存器TR1、TR0：T1、T0启停控制位。置1，启动定时器；清0，关闭定时器。IE1、IE0：外部中断1、0请求标志位IT1、IT0：外部中断1、0触发方式选择位注意：GATE=1，TRx与P3.2（P3.3）的配合。6.2定时器T0、T1的工作模式及应用主要内容6.2.1模式16.2.2模式26.2.3模式36.2.4T0、T1应用6.2.1模式1模式0与模式1的区别仅仅是计数器的位数不同，前者是13位，后者是16位，其它完全相同，现在一般都不使用模式0，故不讲。当设置M1M0＝01时，选择模式1，为16位定时器/计数器。模式1原理结构模式1原理结构由4部分构成（下页图）：信号源运行控制计数器溢出标志6.2.1模式1的逻辑结构及应用图6-6T0模式1原理结构模式0是出于与MCS-48单片机的兼容振荡器12分频TL0(8位)TH0TF0+＆T0(P3.4)TR0(P3.2)GATEC/T=0C/T=1中断(8位)01运行控制计数器溢出标志信号源6.2.1模式1的逻辑结构及应用信号源C/T设为1，为计数器，用P3.4引脚脉冲C/T设为0，为定时器，用内部脉冲运行控制GATE=1，由外部信号控制运行此时应该设置TR0=1P3.2引脚为高电平，T0运行GATE=0，由内部控制运行TR0设置为1，T0运行6.2.2模式2M1M0＝10时，选择模式2，为8位定时器/计数器，且初值自动重装。模式2原理结构原理结构如下页图所示，由4部分构成：信号源运行控制计数器溢出标志在能够满足计数要求时，尽可能地选择模式2。6.2.2模式2图6-7T0模式2原理结构振荡器12分频T0（P3.4）TR0TF0中断GATE+＆C/T=0C/T=1TL0（8位）TH0（8位）P3.201运行控制计数器溢出标志信号源6.2.3模式31、T0模式3的结构特点M1M0＝11，选择模式3。逻辑结构如图6-8和6-9所示：结构：TL0、TH0分为两个独立的8位计数器TL0：8位定时器/计数器使用T0所有的资源和控制位TH0：8位定时器使用T1所有的资源(中断向量、中断控制ET1、PT1)和控制位（TR1、TF1）6.2.3模式3图6-8模式3下T0的原理结构图振荡器12分频TR1振荡器T0(P3.4)TR0TF1GATE+＆C/T=0C/T=1TL0（8位）TH0P3.2中断中断TF012分频（8位）6.2.3模式32、T0模式3时T1的工作模式T1可以模式0～模式2工作。T1的结构如图6-9所示由于TF1及中断矢量被TH0占用，所以T1仅用作波特率发生器或其它不用中断的地方。T1作波特率发生器，其计数溢出直接送至串行口。设置好工作方式，串行口波特率发生器开始自动运行。TMOD中T1的M1M0=11，T1停止工作，因为T1没有模式3。6.2.3模式3图6-9T0模式3时T1的原理结构串行口重新装入C/T=0C/T=1C/T=1C/T=0T1(P3.5)T1(P3.5)(a)T1模式1振荡器12分频振荡器12分频串行口TH1（8位）TL1（8位）TL1（8位）TH1（8位）(b)T1模式26.2.4T0、T1应用1、定时器/计数器工作模式的选择方法（1）首先计算计数值N对定时器，设已知定时时间为t，则对应的计数值N与t的关系为（因每个机器周期计一个数）：t=N×机器周期所以N=t/机器周期对计数器，便直接给出了计数值N。（2）由N确定工作模式原则尽可能选择模式2若N≤256选择模式2，否则选择模式1。（3）模式3的选择如果定时器/计数器不够用，需要多个8位定时器/计数器时，选择T0以模式3工作。6.2.4T0、T1应用2、定时器/计数器初值X的计算方法因为X+N=28或X+N=216所以X=28-N或X=216-N（1）对定时器的初值X已知定时时间为t，则N=t/机器周期所以X=28-t/机器周期或X=216-t/机器周期（2）对计数器的初值XX=28-N或X=216-N6.2.4T0、T1应用例6-1对单片机的定时器/计数器0进行编程，用中断方式实现从P1.0引脚产生周期为1000µs的方波。设单片机的振荡频率为12MHz。分析：（1）方波产生原理将T0设为定时器，计算出合适的初值，定时到了之后对P1.0引脚取反即可。（2）选择工作模式计算计数值NP1.06.2.4T0、T1应用定时时间t：周期为1000µs的方波要求t=周期/2=1000/2=500(µs)对应计数值：N=t/机器周期=500/1=500N=500256，所以选择模式1。模式字：TMOD=00000001B=0x01（3）初值XX=65536–N=65036=0xfe0c方波周期T定时时间t6.2.4T0、T1应用C语言程序：#includereg52.h//包含特殊功能寄存器库sbitP1_0=P1^0;//定义位变量voidmain(){TMOD=0x01;//T0用模式1、定时TL0=0x0c;TH0=0xfe;//设置定时器的初值ET0=1;//允许T0中断EA=1;//允许CPU中断TR0=1;//启动定时器while(1);//等待中断}6.2.4T0、T1应用voidtime0_int(void)interrupt1{//中断服务程序TL0=0x0c;TH0=0xfe;//定时器重赋初值P1_0=~P1_0;//P1.0取反，输出方波}汇编语言程序：ORG0000HSJMPMAINORG000BHLJMPTIME06.2.4T0、T1应用MAIN:;主程序MOVSP,#0DFH；设置堆栈指针MOVTMOD,#01H；T0模式1定时MOVTL0,#0CH；置定时初值MOVTH0,#0FEHSETBET0；定时器T0开中断SETBEA；CPU开中断SETBTR0；启动定时器T0SJMP$；等待定时器溢出TIME0:;中断服务程序MOVTL0,#0CHMOVTH0,#0FEH；重装定时初值CPLP1.0；P1.0取反RETI；中断返回END6.2.4T0、T1应用例6-2试对MCS-51单片机编程，用定时器/计数器0定时，实现从P1.0输出周期为500µs的方波。设单片机的振荡频率为12MHz分析：（1）选择工作模式需要计算计数值N先定时时间t：周期为500µs的方波要求t=周期/2=500/2=250(µs)计算计数值N：N=t/机器周期=250/1=250N=250256，所以选择模式2。6.2.4T0、T1应用模式字：TMOD=00000010B=0x02（2）初值计算（256-X）×1µs=250µsX=6则TH0=TL0=6（3）程序：采用中断处理方式的程序：方波周期T定时时间t6.2.4T0、T1应用C语言程序（中断方式）：#includereg52.h//包含特殊功能寄存器库sbitP1_0=P1^0;voidmain(){TMOD=0x02;//设置工作模式TL0=0x06;TH0=0x06;//为定时器赋初值ET0=1;//允许定时0中断EA=1;TR0=1;//启动定时器0while(1);//等待中断}voidtime0_int(void)interrupt1{P1_0=~P1_0;}6.2.4T0、T1应用中断方式汇编语言程序：ORG0000HLJMPMAINORG000BH；中断处理程序CPLP1.0RETIORG0030H；主程序MAIN:MOVSP，#0DFHMOVTMOD，#02HMOVTL0，#06HMOVTH0，#06HSETBET0；允许定时器0中断SETBEA；允许CPU中断SETBTR0；启动定时器0SJMP$；等待中断END6.2.4T0、T1应用采用查询方式C语言程序：#includereg52.hsbitP1_0=P1^0;voidmain(){TMOD=0x02;TL0=0x06;TH0=