单片机原理及应用_第5章_定时器

5.3定时/计数器的结构及工作原理生活中计数的例子处处可见。例：家里面用的电度表、汽车上的里程表等等。再举一个工业生产中的例子，线缆行业在电线生产出来之后要计米，也就是测量长度，怎么测法呢？用尺量？不现实，太长不说，要一边做一边量呢，怎么办呢？行业中有很巧妙的方法，用一个周长是1米的轮子，将电缆绕在上面一周，由线带轮转，这样轮转一周不就是线长1米嘛，所以只要记下轮转了多少圈，就可以知道走过的线有多长了。从一个生活中的例子看起：一个水盆在水龙头下，水龙头没关紧，水一滴滴地滴入盆中。水滴不断落下，盆的容量是有限的，过一段时间之后，水就会逐渐变满。第五章MCS-51单片机的定时/计数器那么单片机中的计数器有多大的容量呢？MCS-51单片机中有两个计数器，分别称之为T0和T1，这两个计数器分别是由两个8位的RAM单元组成的，即每个计数器都是16位的计数器，最大的计数量是65536。5.3.1定时/计数器的结构及工作原理MCS-51系列单片机中的计数器除了可以作为计数之用外，还可以用作时钟，时钟的用途当然很大，如打铃器，手机定时开关机，空调定时开关等等，那么计数器是如何作为定时器来用的呢？一个闹钟，将它定时在1个小时后闹响，换言之，也可以说是秒针走了（3600）次，所以时间就转化为秒针走的次数，也就是计数的次数了，可见，计数的次数和时间之间关联密切。那么它们的关系是什么呢？那就是秒针每一次走动的时间正好是1秒。因此只要计数脉冲的间隔相等，则计数值就代表了时间的流逝。计数定时溢出水溢出是流到地上，而计数器溢出后将使得TF0变为“1”。一旦TF0由0变成1，就是产生了变化，产生了变化就会引发事件，就象定时的时间一到，闹钟就会响一样。现在我们来研究一个问题：要有多少个计数脉冲才会使TF0由0变为1。5.3.1定时/计数器的结构及工作原理再来看水滴的例子，当水不断落下，盆中的水不断变满，最终有一滴水使得盆中的水满了。这时如果再有一滴水落下，就会发生什么现象？水会溢出，用个术语来讲就是“溢出”。任意定时及计数的方法刚才已研究过，计数器的容量是16位，也就是最大的计数值到65536，因此计数计到65536就会产生溢出。问题是在现实生活中，经常会有少于65536个计数值的要求，如怎么样来满足这个要求呢？5.3.1定时/计数器的结构及工作原理我们采用预置数的方法，要计数100次，那就先放进65436，再来100个脉冲，不就到了65536了吗。定时也是如此，每个脉冲是1微秒，则计满65536个脉冲需时65.536毫秒。如果现在只要20毫秒定时怎么办？20毫秒为20000微秒，所以，只要在计数器里面放进65536-20000=45536就可以了。提示：如果是一个空的盆要1万滴水滴进去才会满，我在开始滴水之前就先放入一勺水（假设100滴），还需要10000滴嘛？定时/计数器的定时和计数功能在TMOD中，各有一个控制位（C／T），分别用于控制定时/计数器T0和T1是工作在定时器方式还是计数器方式。1.定时功能----计数输入信号是内部时钟脉冲，每个机器周期使寄存器的值加1。所以，计数频率是振荡频率的1/12。2.计数功能----计数脉冲来自相应的外部输入引脚，对负跳变脉冲计数，计数溢出可申请中断，标志位TFX,T0为P3.4，T1为P3.5。定时/计数器的核心部件是二进制加1计数器(TH0、TL0或TH1、TL1)。5.3.1定时/计数器的结构及工作原理5.2.1与定时器／计数器有关的控制寄存器有：5.3.2定时/计数器控制方式及相关控制寄存器单片机内部的定时/计数器是一种可编程器件，可设置为四种工作方式，由两个8位专用寄存器TMOD和TCON进行管理与控制。1.工作方式寄存器TMOD用于选定定时/计数器的工作方式、启动方式等。1）用于设置定时/计数器的工作方式(0~3)；M1M0M1M0工作方式说明00方式013位定时/计数器01方式116位定时/计数器10方式28位自动重装初值定时/计数器11方式3T0分为2个8位定时/计数器，TH0仅定时。5.3.2定时/计数器控制方式及相关控制寄存器2）选择定时/计数——C／T*；C/T=0---定时，C/T=1---3）启动控制方式选择---内/外；GATE：门控位，启动方式设定GATE＝0--允许软件位TR0或TR1启动；GATE＝1--允许外部引脚信号INT0/INT1以及TR0/TR1联合启动。2.定时器控制寄存器TCON(1)TF1定时器1溢出标志(2)TR1定时器1运行控制位(3)TF0定时器0溢出标志(4)TR0定时器0运行控制位(5)IE1外部中断1请求标志(6)IT1外中断1触发方式选择位(7)IE0外部中断0请求标志(8)IT0外部中断0触发方式选择位。应用时可通过中断和查询的方式获得溢出信息-----TF0=1/0例：启动T0工作，用指令SETBTR0注意：复位后TMOD、TCON各位均清零。通过控制TMOD中的M1、M0位选择定时器4种工作方式。这4种工作方式的实质是对T0（或T1）的两个8位计数器TH0、TL0（或TH1、TL1）的计数操作方式而言。1.方式0TF1TR1TF0TR0GATEC/TM1M0GATEC/TM1M01&≥110T0引脚INT0引脚00机器周期TH0TL08位5位溢出TCONTMODD0D7D7D0申请中断1（1）加1计数器为13位TL0=5位，TH0=8位（2）C/T*=1为计数工作方式，计数脉冲由T0引脚输入。计数个数N=（-初值）（3）C/T*=0为定时工作方式，时钟频率为fosc/12。定时时间t=（-初值）*时钟周期*12（4）计数器溢出，TF0置1。由硬件申请中断。能否被CPU响应？2132135.3.3、定时器／计数器的工作方式81922.方式1定时/计数器工作于方式1时为一个16位的计数器。其逻辑结构、操作及运行控制几乎与方式0完全—样，差别仅在于计数器的位数不同。在方式1中TL0和TH0均为8位，TL0和TH0一起构成了l6位计数器。定时工作方式1时，定时时间为：定时时间＝(216－计数初值TC)×机器周期用于计数器工作方式时，最大计数值为216＝65536。计数个数=216－计数初值TCTF1TR1TF0TR0GATEC/TM1M0GATEC/TM1M01&≥110T0引脚INT0引脚10机器周期TH0TL08位8位溢出TCONTMODD0D7D7D0申请中断3.方式2定时/计数器工作于方式2时，将两个8位计数器THx、TLx分成独立的两部分，组成一个可自动重装载的8位定时/计数器。方式2的控制运行与方式0、方式1相同。用于定时工作方式时，定时时间t为：t＝(28—计数初值X)×机器周期方式2用于计数工作方式时，最大计数值(初值＝0时)是28。方式2特别适合于用作较精确的定时和脉冲信号发生器。还常用作串行口波特率发生器。TF1TR1TF0TR0GATEC/TM1M0GATEC/TM1M01&≥110T0引脚INT0引脚10机器周期TH0TL08位溢出TCONTMODD0D7D7D0申请中断4.方式3方式3只适用于定时器T0。在方式3下，T0被分成两个相互独立的8位计数器TL0和TH0，如图所示。（1）TH0和TL0变成2个分开的计数器。（2）TL0占用了全部的定时器控制位。（C/T,GATE,TR0,TF0）（3）TH0只能用于定时方式，运行控制位和溢出标志位则借用定时器1的TR1和TF1。此时的定时器1用于串行口波特率发生器。在T0设置为方式3工作时，一般是将定时器T1作为串行口波特率发生器，或用于不需要中断的场合。TF1TR1TF0TR0GATEC/TM1M0GATEC/TM1M01&≥110T0引脚INT0引脚11机器周期TH0TL08位溢出TCONTMODD0D7D0申请中断机器周期8位申请中断溢出一、定时/计数器计数初始化1.定时／计数器的初始化方法初始化的主要内容是对TCON和TMOD编程，计算和装载T0和T1的计数初值。（1）初始化1）分析定时器／计数器的工作方式，将方式字写入TMOD寄存器；（定/计、内/外启动、工作方式）2)计算T0或T1中的计数初值，并将其写入TH0、TL0或TH1、TL1；3)根据需要开放CPU和定时／计数器的中断，即对IE和IP寄存器编程；4)启动定时器／计数器工作：若要求用软件启动，编程时对TCON中的TR0或TR1置位即可启动；若由外部中断引脚电平启动，则对TCON中的TR0或TR1置位后，还需给外引脚加启动电平。5.3.4定时/计数器的应用举例（2）计数器初值的计算1）计数器模式时的计数初值TC＝2M－N（M为计数器位数，N为要求的计数值）方式0：M＝13，计数器的最大计数值213＝8192。方式1：M＝16，计数器的最大计数值216＝65536；方式2：M＝8，计数器的最大计数值28＝256；方式3同方式2。例如，设T0工作在计数器方式2，求计数10个脉冲的计数初值，TC＝28－10＝246＝(11110101)B＝0F5H2）定时器模式时的计数初值在定时器方式下，定时器T0(或T1)是对机器周期进行计数的。定时时间为：t＝(2M－计数初值X)×机器周期则计数初值X＝2M-（t/12*Tosc）①TMOD确定控制字01H要产生500μs的方波脉冲，只需在P1.2端以250μs为间隔，交替输出高低电平即可实现。为此，定时时间应为250μs。使用6ＭＨz晶振，则一个机器周期为2μs，设待求计数初值为Ｘ，则：②计算计数器的计数初值；例1：设晶振频率fOSC=6MHz，使用定时器0以方式1产生周期为500μs的方波脉冲，并由P1.2输出。试以中断方式实现。8051P1.2500μs（216–X）×2×10-6=250×10-6即216–X=125X＝216-125=10000H-7DH＝0FF83H所以，初值为：TH0=0FFH，TL0=083H③采用中断方式：编程时打开全局和局部中断。④由定时器控制寄存器TCON中的TR0位控制定时器的启动和停止。TR0＝1，启动；TR0＝0，停止。程序设计ORG0000HLJMPMAIN；主程序入口ORG000BHLJMPT0INT；T0中断入口主程序：ORG0040HMAIN：MOVTMOD，#01H；T0为方式1MOVTH0，#0FFHMOVTL0，#83H；初值SETBEA；允许中断T0INT：PUSHPSWPUSHACCMOVTH0，#0FFH;重新设置初值MOVTL0，#83HCPLP1.2；输出取反POPACCPOPPSWRETISETBET0SETBTR0；启动定时SJMP$；等待中断中断处理程序：2.定时/计数器初始化举例编写初始化程序的步骤；（1）方式控制字送TMODMOVTMOD，#——（2）计数器的初值送TH、TL（0/1）MOVTH0，#——MOVTL0，#——（3）根据需要开放中断和设定优先级即对IE和IP赋初值。（4)启动T0/T1开始工作---置位TR0/1SETBTR0/1（5）等待溢出信号的出现（如何进入处理程序？）（查询法或中断法）注意：不同方式下，M的取值不同。若系统时钟频率fOSC＝12MHz，则方式0：M＝13，定时器的最大定时值为213*机器周期＝8192µS；方式1：M＝16，定时器的最大定时值为216*机器周期＝65536µS；方式2：M＝8，定时器的最大定时值为28*机器周期＝256µS；方式3同方式2。二、定时/计数器计数应用举例在应用定时／计数器时，溢出标志TFx置位后既可由硬件向CPU申请中断，也可通过用户程序查询TFx的状态，因此对计数溢出信息的处理有以下两种方法。中断法：在定时器初始化时要开放对应的源允许（ET0或ET1）和总允许，在启动后等待中断。当计数器溢出中断，CPU将程序转到中断服务程序入口，因此应在中断服务程序中安排相应的处理程序。查询法：既在定时器初始化并启动后，在程序中安排指令查询TFx的状态。LP：JBCTF0，NEXT；TF0为1，转后面的处理程序，并将TF0复位SJMPLP；