51单片机定时器计数器

第5章定时器/计数器及其应用5.1定时器的结构及工作原理5.2定时器的TMOD和TCON寄存器5.3定时器的工作方式◦5.3.1方式0◦5.3.2方式1◦5.3.3方式2◦5.3.4方式35.4定时器的编程和应用1基本知识定时器/计数器简介1．计数概念同学们选班长时，要投票，然后统计选票，常用的方法是画“正”，每个“正”号五划，代表五票，最后统计“正”号的个数即可，这就是计数。单片机有两个定时/计数器T0和T1，都可对外部输入脉冲计数。2．计数器的容量我们用一个瓶子盛水，水一滴滴地滴入瓶中，水滴不断落下，瓶的容量是有限的，过一段时间之后，水就会逐渐变满，再滴就会溢出。单片机中的计数器也一样，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。3.定时一个钟表，秒针走60次，就是1分钟，所以时间就转化为秒针走的次数，也就是计数的次数，可见，计数的次数和时间有关。只要计数脉冲的间隔相等，则计数值就代表了时间，即可实现定时。秒针每一次走动的时间是1秒，所以秒针走60次，就是60秒，即1分钟。因此，单片机中的定时器和计数器是一个东西，只不过计数器是记录的外界发生的事情，而定时器则是由单片机提供一个非常稳定的计数源。4.溢出上面我们举的例子，水滴满瓶子后，再滴就会溢出，流到桌面上。单片机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，就会引发事件，就会申请中断。5.任意定时及计数的方法计数器的容量是16位，也就是最大的计数值到65536，计数计到65536就会产生溢出。如果计数值要小于65536，怎么办呢？一个空的瓶子，要1万滴水滴进去才会满，我们在开始滴水之前就先放入一些水，就不需要10000滴了。比如先放入2000滴，再滴8000滴就可以把瓶子滴满。在单片机中，我们也采用类似的方法，称为“预置数”的方法，我们要计1000，那就先放进64536，再来1000个脉冲，不就到了65536了吗？定时也是如此。6．单片机定时器/计数器的结构5.1定时器的结构及工作原理组成：两个16位的定时器T0和T1，以及他们的工作方式寄存器TMOD和控制寄存器TCON等组成。内部通过总线与CPU相连。定时器T0和T1各由两个8位特殊功能寄存器TH0、TL0、TH1、TL1构成。工作方式寄存器TMOD：用于设置定时器的工作模式和工作方式；控制寄存器TCON：用于启动和停止定时器的计数，并控制定时器的状态；单片机复位时，两个寄存器的所有位都被清0。8两个可编程的定时器/计数器T1、T0。每个定时器内部结构实际上就是一个可编程的加法计数器，由编程来设置它工作在定时状态还是计数状态。两种工作模式:(1)计数器工作模式就是对外部事件进行计数。计数脉冲来自相应的外部输入引脚T0（P3.4)或T1(P3.5)。当输入信号发生由1至0的负跳变(下降沿)时，计数器（TH0，TL0或TH1，TL1）的值增1。计数的最高频率一般为振荡频率的1/24。Why?(2)定时器工作模式也是通过计数实现的。计数脉冲来自内部时钟脉冲，每个机器周期计数值增1，每个机器周期=12个振荡周期，因此计数频率为振荡频率的1/12。所以定时时间=计数值×机器周期。4种工作方式(方式0-方式3)。1C/T=10当控制信号定时器工作在定时方式；加1计数器对脉冲f进行计数，每来一个脉冲，计数器加1，直到计时器计满溢出；因为，即一个计数脉冲的周期就是一个机器周期；计数器计数的是机器周期脉冲个数。从而实现定时。当控制信号定时器工作在计数方式；加1计数器对来自输入引脚T0(P3.4)和T1(P3.5)的外信号脉冲进行计数，每来一个脉冲，计数器加1，直到计时器计满溢出；TxTHxTFxTLxTRxINTx定时计数0f0/12ff控制信号K“1”启动，计数器运行；“0”停止，计数器停止；定时器/计数器原理框图加1计数器0/12ff0/12ff控制信号K可以控制计数器的“启动”和“停止”，K=TRx(INTx+GATE)11TCON（88H）在每个机器周期的S5P2期间采样检测引脚输入电平。若前一个机器周期采样值为“1”，后一个机器周期采样值为“0”，则计数器加1。新的计数值在检测到输入引脚电平发生“1”到“0”的负跳变（下降沿）后，于下一个机器周期的S3P1期间装入计数器中。由于CPU需要两个机器周期来识别一个“1”到“0”的跳变信号，所以最高的计数频率为振荡周期的1/24。12P1P2S1振荡周期状态周期机器周期机器周期指令周期XTAL2(OSC)S2S3S4S5S6S1S2S4S5S3S6P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P2P2P2P2P2P2P2P2P2P2P25.1定时器的结构及工作原理13定时/计数器对输入信号的要求1.外部计数脉冲的最高频率为系统振荡器频率的1/24，例如选用12MHz频率的晶体，则可输入500KHz的外部脉冲。2.输入信号的高、低电平至少要分别保持一个机器周期。如图所示，图中Tcy为机器周期。可编程定时器的工作方式、启动、停止、溢出标志、计数器等都是可编程的——通过设置寄存器TMOD,TCON,TH0,TL0,TH1和TL1实现。当设置了定时器的工作方式并启动定时器工作后，定时器就按被设定好的工作方式独立工作，不再占用CPU，只有在计数器计满溢出时才向CPU申请中断，占用CPU。由此可见，定时器是单片机中工作效率高且应用灵活的部件。145.2定时器的TMOD和TCON寄存器8051单片机定时器主要有几个特殊功能寄存器组成：TMOD,TCON,TH0,TL0,TH1,TL1。TMOD：设置定时器的工作方式；TCON：控制定时器的启动和停止；TH0和TL0：存放定时器T0的初值或计数结果；TH0存放高8位，TL0存放低8位；TH1和TL1：存放定时器T1的初值或计数结果；TH1存放高8位，TL1存放低8位；155.2.1工作方式控制寄存器TMOD168位分为两组，高4位控制T1，低4位控制T0。(1)GATE—门控位0:以TRX(X=0,1)来启动定时器/计数器运行。1:用外中断引脚(INT0*或INT1*)上的高电平和TRX来启动定时器/计数器运行。(4)TMOD无位地址，不能位寻址。(5)复位时，TMOD所有位均为“0”。(3)C/T*—计数器模式和定时器模式选择位0:定时器模式。1:计数器模式。(2)M1、M0—工作方式选择位M1M0工作方式00方式0，13位定时器/计数器。01方式1，16位定时器/计数器。10方式2，8位常数自动重新装载11方式3，仅适用于T0，5.2.2控制寄存器TCON低4位与外部中断有关，后面介绍。高4位的功能如下:(1)TF1、TF0—计数溢出标志位定时器T0或T1计数溢出时，由硬件自动将此位置“1”；TFx可以由程序查询，也是定时中断的请求源；(2)TR1、TR0—计数运行控制位TRx=1:启动定时器/计数器工作TRx=0:停止定时器/计数器工作185.2.3定时/计数器的初始化MCS-51单片机的定时器/计数器是可编程的，但在进行定时或计数之前要对程序进行初始化，具体步骤如下：（1）对TMOD赋值，以确定定时器的工作模式；（2）置定时/计数器初值，直接将初值写入寄存器的TH0、TL0或TH1、TL1；（3）根据需要，对IE置初值，开放定时器中断；（4）对TCON寄存器中的TR0或TR1置位，启动定时/计数器，置位以后，计数器即按规定的工作模式和初值进行计数或开始定时。195.2.3定时/计数器的初始化初值计算：设计数器的最大值为M，则置入的初值X为：计数方式：X=M-计数值定时方式：由(M-X)T=定时值,得X=M-定时值/TT为计数周期，是单片机的机器周期。（模式0:M为213，模式1:M为216，模式2和3:M为28）20例如：机器周期为1μs时，若工作在模式0，则最大定时值为:213×1μs=8.192ms若工作在模式1,则最大定时值为:216×1μs=65.536ms5.3定时器的工作方式MCS-51的定时器T0有4种工作方式：即：方式0，方式1，方式2，方式3。MCS-51的定时器T1有3种工作方式：即：方式0，方式1，方式2。215.3定时器的工作方式——方式05.2.1方式0M1、M0设置为00，为13位计数器，以T1为例，其框图如下:22计数脉冲输入加1计数器5.3定时器的工作方式——方式0TH1D12D11D10D9D8D7D6D5TL1×××D4D3D2D1D023在这种方式下，16位寄存器TH1和TL1只用13位，由TH1的8位和TL1的低5位组成。TL1的高3位不定。当TL1的低5位计数溢出时，向TH1进位。而TH1计数溢出时，则向中断标志位TF1进位（即硬件将TF1置1），并请求中断。可通过查询TF1是否置“1”或考察中断是否发生来判定定时器T1的操作完成与否。5.3定时器的工作方式——方式0当C/T=0时，为定时工作模式，开关接到振荡器的12分频器输出上，计数器对机器周期脉冲计数。其定时时间为：(213-初值)×振荡周期×12例如：若晶振频率为12MHz，则最长的定时时间为(213-0)×(1/12)×12us=8.191ms当C/T=1时，为计数工作模式，开关与外部引脚T1(P3.5)接通，计数器对来自外部引脚的输入脉冲计数。当外部信号发生负跳变时计数器加1。245.3定时器的工作方式——方式0GATE控制定时器Tx(T1或T0)的条件：(1)当GATE=0时，“或门”输出恒为1，“与门”的输出信号K由TRx决定(即此时K=TRx)，定时器不受INTx输入电平的影响，由TRx直接控制定时器的启动和停止。TRx=1；计数启动；TRx=0；计数停止；(2)当GATE=1时，“与门”的输出信号K由INTx输入电平和TRx位的状态一起决定(即此时K=TRx·INTx)，当且仅当TRx=1且INTx=1(高电平)时，计数启动；否则，计数停止。255.3定时器的工作方式——方式15.3.2方式1M1、M0=01，为16位的计数器，除位数外，其他与方式0相同。其定时时间为：(216-初值)×振荡周期×12例如：若晶振频率为12MHz，则最长的定时时间为(216-0)×(1/12)×12us=65.536ms265.3定时器的工作方式——方式25.3.3方式2M1、M0=10，为自动恢复初值的8位计数器，等效框图如下:TLx作为8位计数器，THx作为重置初值的缓冲器。27THx作为常数缓冲器，当TLx计数溢出时，在置“1”溢出标志TFx的同时，还自动的将THx中的初值送至TLx，使TLx从初值开始重新计数。定时器/计数器的方式2工作过程如图(x=0,1)。5.3定时器的工作方式——方式2优点：方式0和方式1用于循环重复定时或计数时，在每次计数器挤满溢出后，计数器复0。若要进行新一轮的计数，就得重新装入计数初值。这样一来不仅造成编程麻烦，而且影响定时精度。而方式2具有初值自动装入的功能，避免了这个缺点，可实现精确的定时。缺点：只有8位计数器，定时时间短、计数范围小。其定时时间为：(28-初值)×振荡周期×12若晶振频率为12MHz，则最长的定时时间为(28-0)×(1/12)×12us=0.256ms28方式2工作过程图(x=0,1)。5.3定时器的工作方式——方式35.3.4方式3只适用于定时器/计数器T0。T1不能工作在方式3。如果将T1置为方式3，则相当于TR1=0，停止计数(此时T1可用来作串行口波特率产生器)。1.工作方式3下的T0T0在方式3时被拆成两个独立的8位计数器：TH0和TL0。8位计数器TL0使用T0的状态控制位C/T*、GATE、TR0、INT0，它既可以工作在定时方式，也可以工作在计数方式。8位定时器TH0被固定为一个8位定时器(不能作外部计数模式)，并使用定时器T1的状态控制位TR1，同时占用定时器T1的中断请求