第06章 MCS-51单片机定时计数器

1.定时/计数器的结构2.定时/计数器的工作方式3.定时/计数器的应用4.单片机音乐第6章定时/记数器本章内容SingleChipMicrocomputer概述通常采用以下三种方法来实现定时或计数：1．硬件法硬件定时功能完全由硬件电路完成，不占用CPU时间。但当要求改变定时时间时，只能通过改变电路中的元件参数来实现，很不灵活。2．软件法软件定时是执行一段循环程序来进行时间延时，优点是无额外的硬件开销，时间比较精确。但牺牲了CPU的时间。3．可编程定时器／计数器MSC-51单片机定时/计数器的结构定时电路集成在芯片中，称为定时器/计数器。MCS-51的单片机内有两个16位可编程的定时器/计数器，分别称为定时器/计数器0和定时器/计数器1,它们具有四种工作方式，其控制字和状态均在相应的特殊功能寄存器中，通过对控制寄存器的编程，就可方便地选择适当的工作方式。定时/计数器结构定时器/计数器的控制寄存器1．工作方式控制寄存器（TMOD)位D7D6D5D4D3D2D1D0位符号GATEC/M1M0GATEC/M1M0←T1方式字段→←T0方式字段→GATE：门控位。GATE=0启动不受/INT0或/INT1的控制；GATE=1启动受/INT0或/INT1的控制。C/：外部计数器/定时器方式选择位。C/=0定时方式；C/=1计数方式。M1M0：工作模式选择位。M1M0模式说明00013位定时/计数器，高八位TH（7--0）+低五位TL（4--0）01116位定时/计数器，TH（7--0）+TL（7--0）1028位计数初值自动重装，TL（7--0）TH（7--0）113T0运行，而T1停止工作，8位定时/计数。TTTTT２．定时/计数器控制寄存器（TCON)位D7D6D5D4D3D2D1D0位符号TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0TR0：定时/计数器0运行控制位。软件置位，软件复位。与GATE有关，分两种情况：GATE=0时：若TR0=1，开启T0计数工作；若TR0=0，停止T0计数。GATE=1时：若TR0=1且/INT0=1时，开启T0计数；若TR0=1但/INT0=0，则不能开启T0计数。若TR0=0，停止T0计数。TR1：定时/计数器1运行控制位。用法与TR0类似。定时器/计数器的工作方式１．定时/计数器工作方式０工作方式0是13位计数结构的工作方式，其计数器由TH的全部8位和TL的低5位构成，TL的高3位没有使用。当C/T=0时，多路开关接通振荡脉冲的12分频输出，13位计数器以次进行计数。这就是定时工作方式。当C/T=1时，多路开关接通计数引脚（T0），外部计数脉冲由银南脚T0输入。当计数脉冲发生负跳变时，计数器加1，这就是我们常称的计数工作方式定时/计数器工作方式0逻辑结构在工作方式0下，计数器的计数值由下式确定：Ｎ＝213-X=8192-X计数值范围是：1～8192（213）定时器的定时值由下式确定：T=N*Tcy=(8192-X)*Tcy2.定时/计数器工作方式1当M1，M0=01时，定时/计数器处于工作方式1，此时，定时/及数器的等效电路如图所示可以看出，方式0和方式1的区别仅在于计数器的位数不同，方式0为13位，方式1则为16位，由TH0作为高8位，TL0为低8位，有关控制状态字与方式0相同。则只需将工作方式0的计算公式中的213改为216就可得到工作方式1的计数值计算公式和定时时间计算公式。定时/计数器工作方式１逻辑结构3．定时/计数器工作方式2当M1，M0=10时，定时/计数器处于工作方式2，此时，定时/及数器的等效电路如图所示定时/计数器工作方式２逻辑结构具有自动重装载功能，即自动加载计数初值，在这种工作方式中，16位计数器分为两部分，以TL0为计数器，以TH0作为预置寄存器，当计数溢出时，TH以硬件方法自动给计数器TL0重新加载。工作在方式２下，计数器的计数值由下式确定：Ｎ＝28-X=256-X计数范围为:1～256定时器的定时值由下式确定：T=N*Tcy=(256-X)*Tcy４．定时/计数器工作方式３当M1，M0=11时，定时/计数器处于工作方式3，此时，定时/计数器的等效电路如图所示定时/计数器工作方式3等效电路工作方式3只适用于定时/计数器T0。当T0工作在方式3时，TH0和TL0被分为两个独立的8位计数器。TL0可作为定时器或计数器使用，占用了T0本身的控制信号TF0和TR0。TH0只能作为定时器使用，且占用了定时/计数器T1的两个控制信号TR1和TF1。当T0工作于方式3时，T1只能工作在方式0、方式1或方式2，并且由于已没有计数溢出标志位TF1可供使用，只能把计数溢出直接送给串行口，作串行口的波特率发生器使用。等效电路图如下方式３下的Ｔ１作为波特率发生器等效电路TH1(8位)TL1(8位或5位)12分频OSCTL1(8位)TH1(8位)12分频OSCC/T=0C/T=1C/T=0C/T=1串行口串行口T1(P3.5)T1(P3.5)T1工作方式0(或1)T1工作方式2定时/计数器应用举例在使用定时/计数器时，应做好四件事：设置TMOD以选择工作方式；计算并设置计数初值THX,TLX；设置IE、IP以规定中断的开放/禁止及优先级；设置TCON以启动/停止定时/计数器的工作。１．工作方式０的应用设单片机晶振频率fosc=6MHZ，使用定时器1以方式0产生周期为600μs的等宽方波脉冲，并由P1.7输出，以查询方式完成。解：(1)计算计数初值欲产生周期为600μs的等宽方波脉冲，只需在P1.7端以300μs为周期交替输出高低电平即可，因此定时时间应为300μs。设待求计数初值为N，则：（213-N）×2×10-6=300×10-6N=8042=1F6AH＝0001111101101010B将低5位01010B=0A写入TL1，将高8位有效值11111011B=FBH写入TH1中。（2）TMOD初始化为把定时/计数器1设定为方式0，则M1M0=00。为实现定时功能应使C/=0，为实现定时器启动应使GATE=0，因此设定工作方式控制寄存器TMOD=00H。（3）由TR1启动和停止定时器TR1=1为启动，TR1=0为停止参考程序如下：ORG1000HSTART:MOVTCON,#00H;清TCONMOVTMOD,#00H;工作方式设定MOVTH1,#0FBH;计数初值设定MOVTL1,#0AHMOVIE,00H;关中断SETBTR1;启动TR1LOOP0:JBCTF1,LOOP1;查询是否溢出SJMPLOOP0LOOP1:MOVTH1,#0FBH;重设初值MOVTL1,#0AHCPLP1.7;输出取反SJMPLOOP0END２．工作方式１应用已知某生产线的传送带上不断地有产品单向传送，产品之间有较大间隔，如图6-6所示。使用光电开关统计一定时间内的产品个数。假定红灯亮时停止统计，红灯灭时才在上次统计结果的基础上继续统计，试用单片机定时/计数器T1的方式1完成该项产品的计数任务。解：(1)初始化:GATE=1,C/T=1,M0M1=01，故TMOD=11010000B=0D0H，TCON=00(2)T1在方式1时,溢出产生中断,且计数器回零,故在中断服务程序中,需用R0计数中断次数，以保护累积计数结果。(3)启动T1计数,开T1中断。参考程序如下：ORG0000HAJMPSTARTORG001BHAJMPT1INTORG0100HSTART:MOVSP,#60HMOVTCON,#00HMOVTMOD,#0D0HMOVTH1,#0FFH图６-７：产品传送带原理图MOVTL1,#0FFHMOVR0,#00HMOVP3,#28H;置P3.5，P3.3为输入状态SETBTR1SETBET1SETBEAMAIN:LCALLDISP…ORG0A00HT1INT:INCR0MOVTH1,#0FFHMOVTL1,#0FFHRETIDISP:…RETEND３．工作方式２的应用使用定时器T0以方式2产生200微秒定时，在P1.0输出周期为400微秒的连续方波。已知晶振频率fosc=6MHz。（1）计算计数初值（256-N）×2×10-6=200×10-6N=156=9CH（2）TMOD初始化工作方式2时，M1M0=10，实现定时功能C/=0，GATE=0。定时器1不用，无关位设定为0，可得TMOD=02H。参考程序如下：ORG000BHLJMPLOOP0ORG0200HSTART:MOVTCON,#00HMOVTMOD,#02H;定时器方式2MOVTH0,#9CH;计数初值MOVTL0,#9CHSETBEA;允许总中断SETBET0;T0中断允许SETBTR0;启动T0HERE:SJMPHERE;等待中断ORG0500H;中断服务程序LOOP0:CPLP1.0RETIEND４．工作方式３的应用假设有一个用户系统中已使用了两个外部中断源,并置定时器T1于方式2,作串行口波特率发生器用,现要求再增加一个外部中断源,并由P1.0口输出一个5Hz的方波（假设晶振频率为6MHz）。在不增加其它硬件开销时，可把定时/计数器T0置于工作方式3，利用外部引脚T0端作附加的外部中断输入端，把TL0预置为0FFH，这样在T0端出现由1至0的负跳变时，TL0溢出，申请中断，相当于边沿激活的外部中断源。在方式3下，TH0总是作8位定时器用，可以靠它来控制由P1.0输出的5kHz方波。由P1.0输出5kHz的方波，即每隔100μs使P1.0的电平发生一次变化。则TH0中的初始值：X=M-N=256-100/2=206。下面是有关的程序：MOVTL0,＃0FFHMOVTH0,＃206MOVTL1,＃BAUD;BAUDMOVTH1,＃BAUDMOVTMOD,＃27H;置T0工作方式3,TL0工作于计数MOVTCON,＃55H;启动定时器T0、T1,置外部中断0和1为边沿激活方式MOVIE,＃9FH;开放全部中断TL0溢出中断服务程序（由000BH单元转来）:TL0INT:MOVTL0,＃0FFH;外部引脚T0引起中断处理程序RETITH0溢出中断服务程序（由001BH转来）:TH0INT:MOVTH0,＃206CPLP1.0RETI此处串行口中断服务程序、外中断0和外中断1的中断服务程序没有列出。5.定时器作外部中断源应用MCS—51单片机有两个定时器／计数器，当它们选择计数工作方式时，T0或T1引脚上的负跳变将使T0或T1计数器加1，若把定时器／计数器设置成计数工作方式，计数初值设定为满量程，一旦计数从外部引脚输入一个负跳变信号，计数器T0或T1加1，产生溢出中断，这样，便可把外部计数输入端T0(P3.4)或T1(P3.5)扩展为外部中断源输入。将T1设置为工作方式2(自动恢复常数)及外部计数方式，计数器TH1、TLl初值设置为FFH，当计数输入端T1(P3．5)发生一次负跳变，计数器加1并产生溢出标志，向CPU申请中断，中断处理程序使累加器A内容加1，送P1口输出，然后返回主程序。编程如下：ORG0000HAJMPMAINORG0013HAJMPINTMAIN:MOVSP,#53HMOVTMOD,#60H;T1方式2，计数MOVTL1,#0FFHMOVTH1,#0FFHSETBTR1;启动T1SETBET1;T1中断允许SETBEA;CPU中断开放LOOP:SJMPLOOP;等待INT:INCA;T1中断处理MOVP1,ARETI;中断返回END单片机音乐声音的频谱范围为20Hz-200KHz，人的耳朵能辨别的声音频率大概在200Hz-20KHz。利用定时/计数器可以方便地产生一定频率的矩形波，接上喇叭就能发出一定频率的声音，改变定时/计数器的初值，即可改变频率，即改变音调。用延时程序或另一个定时器控制某一频率信号持续的时间长短，就可以控制节拍。音调和节拍是音乐的两大要素，有了音调和节拍，就可以演奏音乐了。演奏音乐主要是控制音符和节拍，音符对应于不同的声音频率，而节拍表达的是音符持续的时间。通过设