4.2定時計數(shù)器資料

1、模塊模塊4 4 定時與中斷系統(tǒng)定時與中斷系統(tǒng)4.2 4.2 定時定時/ /計數(shù)器計數(shù)器定時定時/計數(shù)器計數(shù)器 單片機之所以在工業(yè)控制中得到大量應(yīng)用，就是在于它有獨特的定時、計數(shù)功能。89C51單片機內(nèi)部有兩個16位可編程的定時/計數(shù)器，即定時/計數(shù)器T0和T1。它們既有定時功能又有計數(shù)功能，通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)置與它們有關(guān)的特殊功能寄存器，可以選擇啟用定時功能或計數(shù)功能。定時器的初步認(rèn)識單片機工作的基本時序單片機工作的基本時序 （1 1） 振蕩周期振蕩周期: : 也稱也稱時鐘周期時鐘周期, , 是指為單片機提供是指為單片機提供時鐘脈沖信號的振蕩源的周期，實驗板上為時鐘脈沖信號的振蕩源的周期，實驗板上為

2、11.0592MHZ11.0592MHZ。 （2 2） 狀態(tài)周期狀態(tài)周期: : 每個狀態(tài)周期為時鐘周期的每個狀態(tài)周期為時鐘周期的 2 2 倍倍, , 是振蕩周期經(jīng)二分頻后得到的。是振蕩周期經(jīng)二分頻后得到的。 （3 3） 機器周期機器周期: : 一個機器周期包含一個機器周期包含 6 6 個狀態(tài)周期個狀態(tài)周期S1S6, S1S6, 也就是也就是 12 12 個時鐘周期個時鐘周期。 在一個機器周期內(nèi)在一個機器周期內(nèi), , CPUCPU可以完成一個獨立的操作?？梢酝瓿梢粋€獨立的操作。（4 4） 指令周期指令周期: : 它是指它是指CPUCPU完成一條操作所需的全完成一條操作所需的全部時間。部時間。 每

3、條指令執(zhí)行時間都是有一個或幾個機器每條指令執(zhí)行時間都是有一個或幾個機器周期組成。周期組成。MCS - 51 MCS - 51 系統(tǒng)中系統(tǒng)中, , 有單周期指令、雙周有單周期指令、雙周期指令和四周期指令。期指令和四周期指令。 定時器就是用來進行定時的。定時器內(nèi)部有一個寄定時器內(nèi)部有一個寄存器存器，我們讓它開始計數(shù)后，這個寄存器的值每經(jīng)寄存器的值每經(jīng)過一個機器周期就會加過一個機器周期就會加1 1一次一次，因此，我們可以把機器周期理解為定時器的計數(shù)周期。我們的秒表，每經(jīng)過一秒，數(shù)字加1，而這個定時器就是每過一個機器周期的時間，也就是12/11059200秒，數(shù)字加1。圖 定時/計數(shù)器的結(jié)構(gòu) 一、定時

4、一、定時/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)計數(shù)器的結(jié)構(gòu) 定時定時/計數(shù)器的實質(zhì)是加計數(shù)器的實質(zhì)是加1計數(shù)器（計數(shù)器（16位），由高位），由高8位和低位和低8位兩個寄存器組成。位兩個寄存器組成。TMOD是定時是定時/計數(shù)器的工作方式寄存計數(shù)器的工作方式寄存器，確定工作方式和功能；器，確定工作方式和功能；TCON是控制寄存器，控制是控制寄存器，控制T0、T1的啟動和停止及設(shè)置溢出標(biāo)志的啟動和停止及設(shè)置溢出標(biāo)志。 一一 定時定時/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)和工作原理計數(shù)器的結(jié)構(gòu)和工作原理二、定時二、定時/計數(shù)器的工作原理計數(shù)器的工作原理 加加1計數(shù)器計數(shù)器輸入的計數(shù)脈沖有兩個來源輸入的計數(shù)脈沖有兩個來源,一個是由一個是由系統(tǒng)的時鐘振

5、蕩器輸出脈沖經(jīng)系統(tǒng)的時鐘振蕩器輸出脈沖經(jīng)12分頻后送來；一個分頻后送來；一個是是T0或或T1引腳輸入的外部脈沖源。每來一個脈沖引腳輸入的外部脈沖源。每來一個脈沖計數(shù)器加計數(shù)器加1，當(dāng)加到計數(shù)器為全，當(dāng)加到計數(shù)器為全1時，再輸入一個脈時，再輸入一個脈沖就使計數(shù)器回零，且計數(shù)器的溢出使沖就使計數(shù)器回零，且計數(shù)器的溢出使TCON中中TF0或或TF1置置1，向，向CPU發(fā)出中斷請求（定時發(fā)出中斷請求（定時/計數(shù)計數(shù)器中斷允許時）。如果定時器中斷允許時）。如果定時/計數(shù)器工作于定時模計數(shù)器工作于定時模式，則表示定時時間已到；如果工作于計數(shù)模式，式，則表示定時時間已到；如果工作于計數(shù)模式，則表示計數(shù)值已滿

6、。則表示計數(shù)值已滿。 可見，由溢出時計數(shù)器的值減去計數(shù)初值才是加可見，由溢出時計數(shù)器的值減去計數(shù)初值才是加1計數(shù)器的計數(shù)值計數(shù)器的計數(shù)值。 圖4.4 定時/計時器的工作原理框圖 小提示小提示單片機雖然具有對外來脈沖計數(shù)的功能，但并不是任意頻率的脈沖都可直接計數(shù)，單片機的晶振頻率限制了所測計數(shù)脈沖的最高頻率最高頻率。計數(shù)脈沖來自相應(yīng)的外部輸入引腳T0(P3.4)或T1(P3.5)，CPU確認(rèn)一次脈沖負(fù)跳沿需要花兩個機器周期，即24個振蕩周期，因此外部計數(shù)脈沖的最高頻率為晶振頻率的1/24。例如選用12 MHz頻率的晶振，則最高可輸入500 kHz的外部脈沖。3. 定時定時/計數(shù)器的方式寄存器和控

7、制寄存器計數(shù)器的方式寄存器和控制寄存器單片機在使用定時/計數(shù)器功能時，通過對兩個與定時/計數(shù)器有關(guān)的寄存器(方式寄存器TMOD和控制寄存器TCON)中的內(nèi)容進行設(shè)置，從而達到對定時/計數(shù)器進行控制的目的。TMOD用于確定定時用于確定定時/計數(shù)器的工作方式和功能；計數(shù)器的工作方式和功能；TCON用于用于控制控制T0、T1的啟動、停止和設(shè)置溢出標(biāo)志等。的啟動、停止和設(shè)置溢出標(biāo)志等。1) 方式寄存器方式寄存器TMODTMOD的格式如下：TMOD的高4位用于設(shè)置定時器T1，低4位用于設(shè)置定時器T0。 (1) GATE：門控制位：門控制位。GATE=0：軟件啟動方式，定時/計數(shù)器的啟動與停止僅受TCON

8、寄存器中TR0或TR1的控制；GATE=1：硬件軟件共同啟動方式，定時/計數(shù)器的啟動與停止由TCON中的TR0或TR1和外部中斷引腳(P3.2)或(P3.3)共同控制。(2) C/：功能模式選擇位：功能模式選擇位。C/=0：定時：定時功能模式；C/=1：計數(shù)計數(shù)功能模式。(3) M1、M0：工作方式選擇位。：工作方式選擇位。定時/計數(shù)器有4種工作方式，可由M1M0來設(shè)定 INT0INT1TTT2) 控制寄存器控制寄存器TCONTCON的的格式如下：格式如下：TCON的高的高4位用于定時位用于定時/計數(shù)器計數(shù)器；低低4位用于外部中斷位用于外部中斷。各對應(yīng)位的含義如表所示。 8051單片機的定時/

9、計數(shù)器有四種工作方式，它們分別是工作方式03。1. 工作方式工作方式0設(shè)置M1M0為00，則定時器工作于方式0，此時為13位的定時/計數(shù)器。其邏輯結(jié)構(gòu)如圖4.5所示。以T0為例，定時/計數(shù)器T1的結(jié)構(gòu)和操作與定時/計數(shù)器T0相同。此方式下，16位寄存器(TH0和TL0)只用13位，就是TH0的8位和TL0的低5位，其中TL0的高3位沒有用。C/=0時，計數(shù)脈沖來自于內(nèi)部時鐘脈沖12分頻的機器周期脈沖；C/=1時，計數(shù)脈沖來自于外部事件脈沖輸入引腳T0(P3.4)。啟動控制由TR0、GATE和共同決定，GATE=0時，或門被TT4.2.2 定時定時/計數(shù)器的工作方式計數(shù)器的工作方式封鎖，信號無效

10、，TR0直接控制定時/計數(shù)器T0的啟動和停止；GATE=1時，或門被打開，和TR0共同控制定時/計數(shù)器T0的啟動和停止。在加1脈沖的作用下開始加1計數(shù)，當(dāng)TL0的低5位計滿后向TH0進一位，直到把TH0也計滿，向溢出標(biāo)志位TF0進位(稱硬件置位TF0)。TH0、TL0可設(shè)置初值，并從設(shè)置的初值開始加法計數(shù)，直到溢出，所設(shè)置的初值不同，計數(shù)值就不同。當(dāng)初值為0時，就有最大的計數(shù)值M=213=8192。INT0INT0圖4.5 定時/計數(shù)器T0方式0邏輯結(jié)構(gòu)圖 2. 工作方式工作方式1設(shè)置M1M0為01，則定時器工作于方式1，此時為16位的定時/計數(shù)器。其邏輯結(jié)構(gòu)如圖4.6所示。此方式下，16位寄

11、存器(TH0和TL0)全部用上。在加1脈沖的作用下開始加1計數(shù)，當(dāng)TL0的8位計滿后向TH0進一位，直到把TH0也計滿，向溢出標(biāo)志位TF0進位。最大的計數(shù)值M=216=65 536。圖4.6 定時/計數(shù)器T0方式1邏輯結(jié)構(gòu)圖 3. 工作方式工作方式2設(shè)置M1M0為10，則定時器工作于方式2，此時為初值自動重載的8位定時/計數(shù)器。其邏輯結(jié)構(gòu)如圖4.7所示。此方式下，TL0作為8位加1計數(shù)器使用，TH0作為初值寄存器使用，兩者由軟件在初始化時賦相同的初值。在加1脈沖的作用下開始加1計數(shù)，當(dāng)TL0的8位計滿后，向溢出標(biāo)志位TF0進位。同時發(fā)出重裝載信號，硬件電路自動將TH0中的初值裝入TL0中，使8

12、位計數(shù)器TL0又從初值重新開始計數(shù)。最大的計數(shù)值M=28=256。 圖4.7 定時/計數(shù)器T0方式2邏輯結(jié)構(gòu)圖 4. 工作方式工作方式3設(shè)置M1M0為11，則定時器工作于方式3，工作方式3僅對T0有意義。此時定時器T0被分成兩個互相獨立工作的8位計數(shù)器TH0和TL0。其邏輯結(jié)構(gòu)如圖4.8所示。TL0既能用于定時，又能用于計數(shù)，它占用T0的控制位、引腳和中斷源，包括、GATE、TR0、TF0、T0(P3.4)引腳和 (P3.2)引腳；TH0只能用于定時功能，不能對外部事件計數(shù)，它占用T1的控制位TF1和TR1，同時還占用了T1的中斷源，其啟動和關(guān)閉僅受TR1控制。最大的計數(shù)值M=28=256。T

13、C/INT0圖4-8 定時/計數(shù)器T0方式2的邏輯結(jié)構(gòu)圖小提示小提示定時器T0工作在方式3時，原則上定時器T1仍可設(shè)置為方式02，但由于TR1、TF1和T1中斷源均被T0占用，使T1的功能受限，只能用在不需要中斷功能和啟?？刂频膱龊?。此時T1僅有控制位切換其定時或計數(shù)功能模式，計數(shù)溢出時只能將溢出送入串行口。在這種情況下，T1一般設(shè)置為方式2，用作串行口波特率發(fā)生器。方式3適用于要求增加一個額外的8位定時器的場合。 定時/計數(shù)器是單片機應(yīng)用系統(tǒng)中的重要組成部件，其工作方式的靈活應(yīng)用對提高編程技巧、減輕CPU負(fù)擔(dān)和簡化外圍電路有很大好處。1. 定時定時/計數(shù)器的初始化計數(shù)器的初始化由于89C51

14、的定時/計數(shù)器是可編程的，即它的功能是由軟件編程確定的，因此一般在使用定時/計數(shù)器前需對其進行初始化，使其按設(shè)定的功能工作。1) 基本步驟(1) 確定T0和T1的工作方式，對TMOD賦值。(2) 計算初值，并將初值寫入TH0、TL0或TH1、TL1。(3) 根據(jù)需要開放中斷，中斷方式時，對IE賦值；查詢方式時，此步驟沒有。(4) 對TR0或TR1置位，啟動定時/計數(shù)器工作。三三 定時定時/計數(shù)器的應(yīng)用計數(shù)器的應(yīng)用2) 計算初值X(1) 計數(shù)功能：X=最大計數(shù)值N-計數(shù)值n(2) 定時功能：X=最大計數(shù)值N-t/T，其中t為定時時間；T為機器周期?！纠?】 選擇T0方式0用于定時，實現(xiàn)在P3.6

15、上輸出頻率為1 kHz的方波，晶振頻率fosc=12 MHz。分析：1 kHz的方波信號其周期為1 ms，只要使P3.6每隔半個周期(即500 s)取反一次，即可得到輸出頻率為1 kHz的方波。因而T0的定時時間為500 s，可選方式0和方式1，因定時時間不長，這里取方式0即可，M1M0=00。定時/計數(shù)器用于定時，所以=0；在此用軟件啟動T0，所以GATE=0。T1這里不用，方式字可任意設(shè)置，一般取0。故TMOD=0 x00。TC/66osc131212T10 s1sf12 102500X76921111000001100B1機器周期TH=11110000B=0 xf0TL=00001100

16、B=0 x0c2. 定時定時/計數(shù)器的應(yīng)用計數(shù)器的應(yīng)用【例2】 單片機系統(tǒng)晶體振蕩器的頻率為12 MHz，利用定時/計數(shù)器0實現(xiàn)在P3.6引腳上輸出周期為500 s的方波。分析：要在P3.6引腳上輸出周期為500 s的方波，只要每半個周期即250 s取反一次即可，因此只要利用定時/計數(shù)器實現(xiàn)定時250 s，定時時間到取反就可以實現(xiàn)。利用T0讓其在工作方式2下實現(xiàn)定時，對應(yīng)TMOD=0X01，TH0=TL0=256-250=6。程序如下：#includesbit P3_6=P36; void main( ) TMOD=0 x02; / T0工作于方式2，用于定時TH0=6; / 設(shè)置定時/計數(shù)器

17、0的計數(shù)初值TL0=6;P3_6=1;TR0=1; / 啟動定時while(1) if(TF0=1) / 判斷定時時間到了沒有P3_6=!P3_6; / 定時時間到了，波形取反TF0=0； / 查詢方式下用軟件將溢出標(biāo)志位清零 程序如下程序如下：#includesbit P3_6=P36; void timer0 ()；void main( ) TMOD=0 x02; / T0工作于方式2，用于定時 TR0=1; / 啟動定時 While(1) P3_6=1; void timer0 ()； P3_6=0; / 定時時間到了，波形取反 void timer0 ()； void timer0 (

18、) / 定義定時函數(shù) TH06; / 設(shè)置定時/計數(shù)器0的計數(shù)初值，以確定定時時間250 us TL06;while(TF0=0) ; / 判斷定時時間250 us到了沒有，沒有到則等待 TF0=0; / 溢出標(biāo)志清零 【例3】 一交通路口設(shè)紅、黃、綠三盞交通燈，當(dāng)紅燈亮2 s后，黃燈亮400 ms，綠燈亮1 s，試用單片機模擬交通燈控制。分析：單片機采用發(fā)光二極管模擬交通燈控制，即利用P1.0P1.2分別接紅燈(LED0)、黃燈(LED1)、綠燈(LED2)三個發(fā)光二極管，電路如圖所示。問題是這里用到三個不同定時時間(2 s、400 ms、1 s)，是不是每個定時時間都編寫不同的定時程序？其實不需要，可以采用軟件定時器的方式，即找到這幾個定時時間的公約數(shù)如50 ms，利