定时计数器及应用

第六章定时/计数器及应用本章主要内容定时/计数器基本概念定时/计数器的结构定时/计数器的工作方式定时/计数器应用举例第一节定时/计数器基本概念一、问题提出即：为什么要学习定时/计数器？在测控技术中，往往需要定时检测某个物理参数，或按照一定的时间间隔来进行某种控制。这种定时的获得，可通过两种方法来实现：（1）采用软件来实现定时，即编制一段延时程序，但会降低CPU的工作效率；（2）采用硬件来实现定时，即使用定时/计数器，当用某个计数功能时，可以对某种事件进行计数，然后根据计数结果来进行控制。不管CPU对定时/计数器设置为定时功能还是计数功能，定时/计数器T0，T1在启动后，都会按照设定的工作方式独立运行，不再占用CPU的时间，只有在定时/计数器溢出后，才可能向CPU发出中断请求信号。因此，定时/计数器是单片机中效率较高，且工作灵活的部件！一、定时/计数器的结构8051的两个定时/计数器T0、T1实际上就是加1计数器，其中T0由两个8位特殊功能寄存器TH0和TL0构成，T1由两个8位特殊功能寄存器TH1和TL1构成，T0和T1都可由软件设置为定时或计数功能。第二节定时/计数器的结构对机器周期进行计数，每过一个机器周期，计数器加1，直至计数器计满溢出。由于一个机器周期由12个振荡周期组成，则计数频率为振荡频率的1/12。如：振荡频率为12MHz，振荡周期为（1/12M）s，则计数频率为1MHz，机器周期为1us。定时器的定时时间与计数器初值（计数长度）和系统时钟频率（振荡频率）有关!如：定时/计数器T0由TH0和TL0组成，共16位，每过一个机器周期，T0加1，若从初始值T0＝0开始，直至T0计数满溢出，则一共要经过216个机器周期，即：总定时时间＝216个机器周期×一个机器周期的时间此时，定时时间与计数器初始值和振荡频率有关。且由于振荡频率不易改变，通常改变计数器初值，从而达到改变定时时间的目的。①定时/计数器做定时用②定时/计数器做计数用计数器对来自输入引脚T0（P3.4）和T1（P3.5）的外部信号计数，在每一个机器周期的S5P2期间采样引脚输入电平，若前一个机器周期采样值为1（高电平），后一个机器周期采样值为0（低电平），则计数器加1。由于辨别一个信号由1到0的跳变，需要2个机器周期，所以计数频率为振荡频率的1/24。如：晶振频率为12MHz，则最高计数频率为0.5MHz。二、定时/计数器的功能及应用范围定时器/计数器具有定时和计数两种功能，应用范围如下：1.定时与延时控制方面可产生定时中断信号，以设计出各种不同频率的信号源；产生定时扫描信号，对键盘进行扫描以获得控制信号，对显示器进行扫描以不间断地显示数据。2.测量外部脉冲方面对外部脉冲信号进行计数可测量脉冲信号的宽度、周期，也可实现自动计数。3.监控系统工作方面对系统进行定时扫描，当系统工作异常时，使系统自动复位，重新启动以恢复正常工作。三、定时/计数器的控制使用定时/计数器时，除了要选择定时或计数功能外，每种功能还有4种工作方式，包括方式0、方式1、方式2和方式3。而工作方式和其他的设定都是由：定时/计数器方式寄存器TMOD和定时/计数器控制寄存器TCON决定的。即：对定时/计数器的设置也就是对TMOD和TCON的设置！1、定时/计数器的方式寄存器TMOD①GATE：门控位GATE=0：软件启动定时器。即用指令使TCON中的TR1(TR0)置1，则可启动定时/计数器1(定时/计数器0)。GATE=1：软件和硬件共同启动定时器。即用指令使TCON中的TR1(TR0)置1时，只有外部中断INT0(INT1)引脚输入高电平时才能启动定时/计数器1(定时/计数器0)。②C/T：功能选择位C/T=0时，以定时器方式工作。C/T=1时，以计数器方式工作。地址为89H，只能用字节寻址。③M1M0——操作方式控制位对应4种二进制编码，也就是4种工作方式。M1M0工作方式功能说明00方式013位计数器（即使用THx的全8位和TLx的低5位）01方式116位计数器（即使用THx的全8位和TLx的全8位）10方式2自动再装入8位计数器11方式3定时器T0：被分成两个独立的8位定时/计数器；定时器T1：停止计数定时器操作方式选择位定义说明：TMOD是地址为89H的特殊功能寄存器，用于控制定时/计数器T0和T1的工作方式以及功能选择，TMOD不能按位寻址，只能用字节设置，低半字节定义定时/计数器T0，高半字节定义定时/计数器T1。复位时，所有位为0。2、定时/计数器的控制寄存器TCON地址为88H，可进行位寻址，也可进行字节寻址。各位的功能说明：①TF1(TCON.7)：定时器1溢出标志位。当定时器1计满溢出时，由硬件自动使TF1置1，并申请中断。对该标志位有两种处理方法：一种是以中断方式工作，即TF1置1并申请中断，响应中断后，执行中断服务程序，并由硬件自动使TF1清0；另一种以查询方式工作，即通过查询该位是否为1来判断是否溢出，TF1置1后必须用软件使TF1清0。②TR1(TCON.6)：定时器1启停控制位GATE=0时，用软件使TR1置1即启动定时器1，若用软件使TR1清0则停止定时器1。GATE=1时，用软件使TR1置1的同时外部中断INT1的引脚输入高电平才能启动定时器1。③TF0(TCON.5)：定时器0溢出标志位。其功能同TF1。④TR0(TCON.4)：定时器0启停控制位。其功能同TR1。⑤IE1(TCON.3)：外部中断1请求标志位。当检测到外部中断引脚上存在有效中断请求信号时，由硬件使IE1＝1或IE0＝1，CPU响应中断，转向中断服务程序。⑦IE0(TCON.1)：外部中断0请求标志位。其功能同IE1⑧IT0(TCON.0)：外部中断0触发方式选择位。其功能同IT1⑥IT1(TCON.2)：外部中断1触发方式选择位。IT1＝0，外部中断1为电平触发方式IT1＝1，外部中断1为边沿触发方式第三节定时/计数器的工作方式定时器/计数器的初始化步骤定时器/计数器是一种可编程部件，在使用定时器/计数器前，一般都要对其进行初始化，以确定其以特定的功能工作。初始化的步骤如下：确定定时器/计数器的工作方式，确定方式控制字，并写入TMOD。预置定时初值或计数初值，根据定时时间或计数次数，计算定时初值或计数初值，并写入TH0、TL0或TH1、TL1。根据需要开放定时器/计数器的中断，给IE中的相关位赋值。启动定时器/计数器，给TCON中的TR1或TR0置1。一、工作方式0及其应用当MIM0两位为00时，定时/计数器被选为工作方式0，其逻辑结构如下图所示。说明：工作方式0是一个13位的定时/计数器！16位的寄存器（TH0和TL0）只用了13位，即TH0的全8位和TL0的低5位。当TL0的低5位溢出时，向TH0进位；当TH0溢出时，则向中断标志TF0进位（硬件置位TF0），申请中断。启动定时/计数器工作的条件有两种情况：软件启动：GATE=0TRx＝1或软件与硬件共同启动：GATE=1TRx＝1INT0/INT1引脚电平为1看图：①软件启动②硬件与软件共同启动当GATE=0时，通过非门后，值取反为1，则使或门输出始终保持为1，此时，与引脚INTx的输入电平无关。控制位的电位取决于TRx的状态。若使TRx置1，则接通控制开关，启动定时/计数器开始计数；若使TRx清0，则断开控制开关，停止计数。当GATE=1时，通过非门后，值取反为0，则“或”门的输出取决于INTx引脚的输入电平，当INTx为高电平时，“或”门输出为高电平，此时，若TRx置1，则接通控制开关，启动定时/计数器开始计数；若TRx清0，则断开控制开关，停止计数。说明：假设T0工作在方式0，TH0的全8位和TL0的低5位组成一个13位的二进制数计数器，单片机开机或复位时，T0的值为0000H，当T0被启动后，从第一个输入脉冲开始计数，每来一个脉冲，计数加1，即从13个0一直加到13个1，再计数一个脉冲时，13位计数器则从13个1变成13个0，并产生溢出，溢出位就被送入TF0标志位，产生中断申请。因此，T0工作在方式0，引起一次中断所允许的计数脉冲最多为：213个但是，如果定时/计数器每次都固定从全0开始计数，计满后溢出，发出中断申请，就达不到不同定时时间的目的，因此，可以预先向TH0和TL0中装入初始值X，使计数器T0从X值开始计数，直至计满溢出，这样就可得到不同的定时时间。设需要计数的脉冲个数为Y，则：Y＝213－X在计数方式下，当输入第213－X个脉冲时，产生溢出中断申请；在定时方式下，当计第213－X个机器周期时，产生溢出中断申请。即定时时间间隔：t＝（213－X）×振荡周期×12例：设定时/计数器T0选择工作方式0，定时时间为1ms，振荡频率为12MHz，试编程实现在P1.0输出周期为2ms的方波。解：分析如下①系统采用12MHz的晶振：则振荡周期Tc＝1/12M（s），机器周期Tm＝12Tc＝1us。②若定时/计数器从全0开始计数，直至计满溢出，共需213个机器周期，引起中断所需的定时时间为：213×1us＝8.192ms，而题目要求定时时间为1ms，则需将T0赋初始值X。③要在P1.0得到输出周期为2ms的方波，要使P1.0每1ms取反一次。初始化过程：①计算T0定时1ms的初始值t=(213-X)×1us=1ms8192-X=1000X=7192D=11100000,11000B则：TH0＝11100000B＝E0HTL0＝00011000B＝18H②确定工作方式：对TMOD寄存器赋值TMOD.1，TMOD.0：有M1M0＝00，选定T0为方式0TMOD.2：有C/T＝0，选定T0为定时功能（即计机器周期数）TMOD.3：有GATE＝0，表示不受INT0控制，直接由TR0＝1，可启动T0TMOD.4～TMOD.7：用于T1，因此，这里不用，可设为0值则：TMOD＝00H③开放定时器中断：对IE寄存器赋值EA－－ESET1EX1ET0EX0则：IE＝1000,0010B④启动定时/计数器T0：使TCON的TR0置位则：TR0＝1解法①：在定时/计数器T0中断被禁止的情况下，采用查询TF0状态来控制P1.0的输出，程序清单如下：MOVTMOD，#00H；MOVTL0，#18HMOVTH0，#0E0H；SETBTR0；LOOP：JBCTF0，NEXT；SJMPLOOP；NEXT：MOVTL0，#18HMOVTH0，#0E0H；CPLP1.0；SJMPLOOP；置T0为工作方式0，且为定时功能，并直接由TR0=1启动T0赋初值启动T0TF0=1时，对TF0清0且转移；TF0=0时，查询等待重装计数初值输出取反重复循环采用查询方式的程序简单，但在定时/计数过程中，CPU要不断查询溢出标志位TF0的状态，当查询在TF0=1时，用指令对TF0清0，且对P1.0取反。这种方法占用了很多CPU的工作时间，使CPU效率下降，因此要采用中断方式！解法②：采用定时/计数器溢出中断方式（CPU响应中断后，TF0自动清0）程序清单如下：主程序：MAIN：MOVTMOD，#00H；MOVTL0，#18HMOVTH0，#0E0H；SETBTR0；SETBEA；SETBET0；HERE：SJMPHERE；置T0为工作方式0，定时功能，并直接有TR0=1启动赋初始值启动T0CPU打开中断T0中断允许等待中断中断服务子程序：ORG000BH；AJMPCTC0；CTC0：MOVTL0，#18H；MOVTH0，#0E0HCPLP1.0；RETI；规定T0中断入口转中断服务子程序重装初值输出取反，达到方波效果中断返回例：12MHZ晶振，选择T0工作于方式0解：分析如下：①系统采用12MHz的晶振：则振荡周期Tc＝1/12M（s），机器周期Tm＝12Tc＝1us。②选择T0方式0，若定时/计数器从全0开始计数，直至计满溢出，共需213个机器周期，引起中断所需的定时时间为：213×1us＝8.192ms，而题目要求定时时间为2