第10讲-C8051F单片机的定时器计数器分析

第10讲C8051F020单片机定时器/计数器10.1C8051F020定时器/计数器概述10.2定时器的一般结构和工作原理10.3定时器/计数器T0和T110.4定时器/计数器T2和T410.1C8051F020定时器/计数器概述定时操作：定时采样，定时扫描，定时中断测量外部信号：累加统计，测量周期等定时输出：PWM等(1)定时器/计数器的功用C8051F020内部有5个定时器/计数器：其中三个16位定时器/计数器与标准8051中的计数器/定时器兼容，还有两个16位自动重装载定时器可用于ADC、SMBus、UART1或作为通用定时器使用。(2)C8051F020单片机定时器/计数器资源C8051F020定时器/计数器的工作方式10.2定时器的一般结构和工作原理方式选择计数器定时器启/停控制执行机构加1计数器：如T0～T4溢出标志查询中断实质是计数器，脉冲每一次下降沿，计数寄存器数值将加1。计数的脉冲如果来源于单片机内部的晶振,由于其周期极为准确，这时称为定时器。计数的脉冲如果来源于单片机的引脚，由于其周期一般不确定，可表示事件发生，这时称为计数器。外部输入信号的下降沿触发计数。计数器在每个时钟周期或时钟周期的12分频采样外部输入信号，若一个周期的采样值为1，下一个周期的采样值为0，则计数器加1，故识别一个从1到0的跳变需2个周期。所以，对外部输入信号最高的计数速率是时钟频率的1/2或1/24（取决于是否12分频）。同时，外部输入信号的高电平与低电平保持时间均需大于一个周期。(1)计数方式(2)定时方式每一个计数周期计数器加1，直至计满溢出，产生中断请求。对于一个N位的加1计数器，若计数周期Tclock是已知的，则从初值a开始加1计数至溢出所占用的时间为：2nclockTTa（）则，最大定时时间：maxclock2nTT式中n由工作方式决定，Tclock为定时器/计数器的计数脉冲周期，由C8051F的系统时钟或系统时钟经12分频提供，是否需要12分频取决于对时钟控制寄存器CKCON的设定。时钟控制寄存器CKCON位7：未用。读=0b，写=忽略。位6-3：T4M-T0M：T4到T0的时钟选择（不包含T3，T3的时钟选择由T3控制寄存器TMR3CN的第0位T3XCLK决定）。0：定时器按系统时钟的12分频计数1：定时器按系统时钟频率计数位2-0：保留。读=000b，写入值必须是000b。10.3定时器/计数器T0和T1对定时器0和定时器1的访问和控制是通过SFR实现的。定时器/计数器控制寄存器（TCON）用于允许/禁止定时器0和定时器1以及指示它们的状态.定时器/计数器方式寄存器（TMOD）中的方式选择位M1-M0来选择工作方式。T0和T1都是16位的加1计数器，访问时以两个字节的形式出现：TH0+TL0、TH1+TL11、计数寄存器TH与TL2、定时器控制寄存器TCON(88H)TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0TRx:Timer0/1运行控制位。=1启动计数；=0停止计数10.3.1与定时器有关的特殊功能寄存器TFx:Timer0/1计数溢出标志位。=1计数溢出；=0计数未满TFx标志位可用于申请中断或供CPU查询。在进入中断服务程序时会自动清零；但在查询方式时必须软件清零。3、定时器方式寄存器TMOD(89H)T0M0T0M1C/T0GATE0T1M0T1M1C/T1GATE1TMOD字节地址89HD7D6D5D4D3D2D1D0控制T0控制T1方式选择00：方式001：方式110：方式211：方式3定时/计数选择0：定时器1：计数器门控位定时器T0、T1的工作方式（1）工作方式1：——16位的定时/计数器10.3.2T0和T1的工作方式和电路结构16位计数器启/停控制GATE0=0时：TR0=1启动计数GATE0=1时：TR0=1且INT0=1启动计数时基选择定时/计数选择方式1：定时初值/定时时间计算若T0的计数初值为a，则T0从初值a加1计数至溢出所需的时间为：(10)1612(2)TMoscTasf式中fOSC为系统时钟频率，T0M为T0的时钟选择位。THx/TLx赋初值：THx赋高8位，TLx赋低8位工作方式1的编程要点：TMOD选方式：写“M1,M0”=01b选方式1若不用门控位,直接用软件写TRx控制启/停若使用门控位，先置位TRx，然后由INTx端的高/低电平来控制其启/停若要允许中断，还须先置位ETx、EA等中断允许控制位，并编写中断服务程序若不用中断，可查询“计数溢出标志TFx”的方式工作，但溢出标志TFx须软件清02、工作方式2：——8位自动重装的定时/计数器用于需要重复定时和计数的场合。最大计数值：256(28)THx/TLx赋相同初值在TLx计数达到0FFH再加“1”时，TL0将溢出,“TFx”置1去申请中断,同时THx中的值自动重装(Copy)进TLx工作方式2的编程：TMOD寄存器选方式：写“M1，M0”=10b选中方式2其他用法与各种方式1完全相同3、工作方式3方式3只适用于定时器0。此时，定时器0的TH0、TL0成为两个独立的计数器。TL0可作为定时器/计数器，占用定时器0在TCON和TMOD中的控制位和标志位。TH0只能作为定时器使用，占用定时器1在TCON和TMOD中的控制位和标志位。10.3.3T0和T1的编程确定定时器/计数器的工作方式----初始化TMOD根据需要初始化CKCON计算定时器/计数器的计数初值，装载TH和TL寄存器。中断设置（IE、IP）启动定时/计数器（TCON）1、初始化步骤2、计数初值的计算初值a=M－Ca为计数初值初值Ｍ为计数器的模，与工作方式有关，C为所需要的计数值最大定时时间（设fOSC＝12MHz、T0M=0）：方式0：TMAX=213×1μs=8.192ms方式1：TMAX=216×1μs=65.536ms方式2、3：TMAX=28×1μs=0.256ms(10)1612(2)TMoscTasf10.3.4定时器/计数器的应用实例例1若fOSC=12MHz，用系统时钟的十二分频作为计数源，请计算定时2ms所需的初值，并给出初始化程序。解：（1）工作方式的选择∵fOSC=12MHz，用系统时钟的十二分频作为计数源时，方式2、3的最大定时时间只有0.256ms，因此要想获得2ms的定时时间，必须用方式0或方式1。（2）定时器初值计算方式0a=213－2ms/1us=6192=1830H即：TH0=0C1H；TL0=10H（高三位为0）方式1a=216－2ms/1us=63536=F830H即：TH0=0F8H；TL0=30H（3）初始化程序voidT0_mode1_2ms_init(void){CKCON&=0xf7;//T0计数源选择系统脉冲的12分频TMOD=0x01;//T0，方式1TH0=0xf8;//初值TL0=0x30;TCON|=0x10;//启动T0，可用TR0=1代替}给定时器赋初值的语句也可以采用如下方法：TH0=(65536-2000)/256;TL0=(65536-2000)%256;或TH0=-2000/256;TL0=-2000%256;例2若fOSC=12MHz，T1工作于方式1，产生50ms的定时中断，TF1为高级中断源。试编写主程序和中断服务程序，使P1.0产生周期为1s的方波。解：让P1.0每500ms取反一次即可实现。定时器的单次定时时间不可能达到500ms，可让定时器多次定时产生500ms的定时时间，如让T1工作在方式1，单次定时时间为50ms，那么T1中断10次就是500ms的时间。（1）定时器初值计算a=216－50ms/1us=63536-50000=15536=3CB0H即：TH0=0x3c；TL0=0xb0（2）初始化程序包括T1初始化和中断系统初始化，主要是对IP、IE、CKCON、TCON、TMOD的相应位进行正确的设置，并将时间常数送入T1。本例中将初始化操作放在主程序中完成，当程序规模较大时，应编写单独的初始化程序，以利于程序的模块化设计。（3）中断服务程序中断服务程序除了完成要求的方波产生这一工作之外，还要注意将时间常数重新送入T1中，为下一次产生中断作准备。#includec8051f020.hsbitP1_0=P1^0;intcount=10;//10次T1中断为500msvoidmain(void){WDTCN=0xde;//关看门狗WDTCN=0xad;XBR2=0x40;//使能端口输出CKCON&=0xef;//T1的计数源选择系统脉冲的12分频TMOD=0x10;//T1方式1P1_0=0;TH1=0x3c;//初值TL1=0xb0;IE|=0x88;//允许T1中断IP|=0x08;//TF1中断为高级中断TCON|=0x20;//启动T1while(1);//死循环，等待中断，产生方波}主程序voidTimer1_ISR(void)interrupt3{TH1=0x3c;//重装初值TL1|=0xb0;count--;//中断计数if(count==0)//500ms到，重赋计数初值，P1.0取反{count=10;P1_0=!P1_0;}}中断服务程序问题：为什么用TL1|=0xb0;而非TL1=0xb0？例3在频率为12MHz的标准51单片机上，在P1.0引脚上输出周期为2.5S，占空比为20％的脉冲信号。中断次数加1次数＝高电平?次数＝周期?P1.0=0P1.0=1返回解：#includec8051f020.hsbitWAVE=P1^0;ucharperiod=250;ucharhigh=50;ucharoverflow_count=0;voidmain(void){WDTCN=0xde;//关看门狗WDTCN=0xad;XBR2=0x40;//使能端口输出CKCON&=0xef;//T1的计数源选择系统脉冲的12分频TMOD=0x10;//T1方式1WAVE=0;TH0=(65536–10000)/256;//初值TL0=(65536–10000)%256;IE|=0x88;//允许T1中断IP|=0x08;//TF1中断为高级中断while(1);//死循环，等待中断，产生方波}voidtimer1_ISR(void)interrupt1{TH0=(65536–10000)/256;TL0=(65536–10000)%256;if(++overflow_count==high)WAVE=0;elseif(overflow_count==period){overflow_count=0;WAVE=1;}}中断服务程序10.4定时器/计数器T2和T4定时器/计数器T2和T4的结构基本相同，具有三种工作方式：（1）T2用做UART0的波特率发生器T4用做UART1的波特率发生器T2和T4其主要区别在于：自动重装初值的16位定时器/计数器方式、带捕捉的16位定时器/计数器方式波特率发生器方式10.4.1概述（2）T2可以用于启动ADC数据转换和触发DAC输出更新T4可用于触发DAC输出更新10.4.2定时器/计数器T2的功能特点T2为16位定时/计数器，由TL2（低字节）和TH2（高字节）组成。C/T2=0时作为定时器，系统时钟作为定时器的输入（由CKCON的T2M位指定不分频或12分频）。C/T2=1时作为计数器，T2输入引脚上的负跳变使计数器加“1”。T2还可以用于启动ADC数据转换。三种工作方式（由T2CON中的配置位选择）：自动重装初值的16位定时器/计数器方式、带捕捉的16位定时器/计数器方式和波特率发生器方式。T2控制寄存器T2CONCP/RL2C/T2TR2EXEN2TCLK0RCLK0EXF2TF2字节地址C8HD7D6D5D4D3D2D1D0位7（TF2）：T2溢出标志位T2溢出时由硬件置位。允许T2中断时，使CPU转向T2的中