定時器工作原理

1、定時器工作原理通電延時型。只要在定時的時間段內(nèi)（即1分鐘）定時器一直得電，則常開觸電就會閉合，只要定時器不斷電常開觸電就會一直閉合。定時器斷電則常開觸電斷開1，定時器/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)與功能主要介紹定時器0（T0）和定時器1（T1）的結(jié)構(gòu)與功能。圖6.1是定時器/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)框圖。由圖可知，定時器/計數(shù)器由定時器0、定時器1、定時器方式寄存器TMOD和定時器控制寄存器TCON組成。定時器0，定時器1是16位加法計數(shù)器，分別由兩個8位專用寄存器組成：定時器0由TH0和TL0組成，定時器1由TH1和TL1組成。  圖6.1  定時器/計數(shù)器結(jié)構(gòu)框圖 T

2、L0、TL1、TH0、TH1的訪問地址依次為8AH8DH，每個寄存器均可單獨訪問。定時器0或定時器1用作計數(shù)器時，對芯片引腳T0（P3.4）或T1（P3.5）上輸入的脈沖計數(shù)，每輸入一個脈沖，加法計數(shù)器加1；其用作定時器時，對內(nèi)部機器周期脈沖計數(shù)，由于機器周期是定值，故計數(shù)值確定時，時間也隨之確定。TMOD、TCON與定時器0、定時器1間通過內(nèi)部總線及邏輯電路連接，TMOD用于設(shè)置定時器的工作方式，TCON用于控制定時器的啟動與停止。6.1.1        計數(shù)功能計數(shù)方式時，T的功能是計來自T0(P3.4)T1

3、(P3.5)的外部脈沖信號的個數(shù)。輸入脈沖由1變0的下降沿時，計數(shù)器的值增加1直到回零產(chǎn)生溢出中斷，表示計數(shù)已達預(yù)期個數(shù)。外部輸入信號的下降沿將觸發(fā)計數(shù)，識別一個從“1”到“0”的跳變需2個機器周期，所以，對外部輸入信號最高的計數(shù)速率是晶振頻率的1/24。若晶振頻率為6MHz，則計數(shù)脈沖頻率應(yīng)低于1/4MHz。當(dāng)計數(shù)器滿后，再來一個計數(shù)脈沖，計數(shù)器全部回0，這就是溢出。脈沖的計數(shù)長度與計數(shù)器預(yù)先裝入的初值有關(guān)。初值越大，計數(shù)長度越??；初值越小，計數(shù)長度越大。最大計數(shù)長度為65536（216）個脈沖（初值為0）。6.1.2      &

4、#160; 定時方式定時方式時，T記錄單片機內(nèi)部振蕩器輸出的脈沖(機器周期信號)個數(shù)。    每一個機器周期使T0或T1的計數(shù)器增加1，直至計滿回零自動產(chǎn)生溢出中斷請求。定時器的定時時間不僅與定時器的初值有關(guān)，而且還與系統(tǒng)的時鐘頻率有關(guān)。在機器周期一定的情況下，初值越大，定時時間越短；初值越小，定時時間越長。最長的定時時間為65536（216）個機器周期（初值為0）。6.2  定時器/計數(shù)器控制寄存器與對定時器/計數(shù)器有關(guān)的控制寄存器共有4個：TMOD、TCON、IE、IP。IE、IP已在中斷一節(jié)中介紹，這里不再贅述。6.2

5、.1        定時器/計數(shù)器控制寄存器TCON特殊功能寄存器TCON用于控制定時器的操作及對定時器中斷的控制。其各位定義格式如下。其中D0D3位與外部中斷有關(guān)，已在中斷系統(tǒng)一節(jié)中介紹。 TF0和TF1：定時器/計數(shù)器溢出標(biāo)志位。當(dāng)定時器/計數(shù)器0（或定時器/計數(shù)器1）溢出時，由硬件自動使TF0（或TF1）置1，并向CPU申請中斷。CPU響應(yīng)中斷后，自動對TF1清零。TF1也可以用軟件清零。TR0和TR1：定時器/計數(shù)起運行控制位。TR0（或TR1）=0，停止定時器/計數(shù)器0（或定時器/計數(shù)器1）工作

6、。TR0（或TR1）=1，啟動定時器/計數(shù)器0（或定時器/計數(shù)器1）工作?？捎绍浖?（或清0）來啟動（或關(guān)閉）定時器/計數(shù)器，使定時器/計數(shù)器開始計數(shù)。用指令SETB （或CLR）使運行控制位置1（或清0）。6.2.2        工作方式寄存器TMODTMOD用于控制定時器/計數(shù)器的工作方式。字節(jié)地址為89H，不可位尋址，只能用字節(jié)設(shè)置其內(nèi)容。其格式如下：  定時器/計數(shù)器1定時器/計數(shù)器0位序D7D6D5D4D3D2D1D0位標(biāo)志GATEC/M1M0GATEC/M1M0

7、0;其中，低4位用于T0，高4位用于T1的。GATE：門控位。GATE0，只要用軟件使TR0（或TR1）置1就能啟動定時器/計數(shù)器0（或定時器/計數(shù)器1）；GATE1，只有在 （或 ）引腳為高電平的情況下，且由軟件使TR0（或TR1）置1時，才能啟動定時器/計數(shù)器0（或定時器/計數(shù)器1）工作。不管GATE處于什么狀態(tài)，只要TR0（或TR1）=0定時器/計數(shù)器便停止工作。C/ ：定時器/計數(shù)器工作方式選擇位。C/ 0，為定時工作方式；C/ 1，為計數(shù)工作方式。M0、M1：工作方式選擇位，確定4種工作方式。如表6.1所示。  表

8、6.1  定時器/計數(shù)器工作方式選擇M1M0工作方式功 能 說 明00113位計數(shù)器01216位計數(shù)器103自動再裝入8位計數(shù)器114定時器0：分成兩個8位計數(shù)器定時器1：停止計數(shù) 【例6.1】 設(shè)置定時器1工作于方式1，定時工作方式與外部中斷無關(guān)，則M1=0，M0=1，GATE=0，因此，高4位應(yīng)為0001；定時器0未用，低4位可隨意置數(shù)，但低兩位不可為11（因方式3時，定時器1停止計數(shù)），一般將其設(shè)為0000。因此，指令形式為：MOV  TMOD，#10H定時器/計數(shù)器工作方式與程序設(shè)計通過對特殊功能

9、寄存器TMOD中的設(shè)置M1、M0兩位的設(shè)置來選擇四種工作方式，定時器/計數(shù)器0、1和2的工作方式相同，方式3的設(shè)置差別較大。6.3.1        工作方式0工作方式寄存器TMOD中的M1M0為：00。定時器/計數(shù)器T0工作在方式0時，16位計數(shù)器只用了13位，即TH0的高8位和TL0的低5位，組成一個13位定時器/計數(shù)器。當(dāng)TL0的低5位計滿溢出時，向TH0進位，TH0溢出時，對中斷標(biāo)志位TF0置位，向CPU申請中斷。定時器/計數(shù)器0方式0的邏輯結(jié)構(gòu)如圖6.2所示。   1工作在定

10、時方式C/ 0，定時器對機器周期計數(shù)。定時器在工作前，應(yīng)先對13位的計數(shù)器賦值，開始計數(shù)時，在初值的基礎(chǔ)上進行減1計數(shù)。定時時間的計算公式為：定時時間（213 計數(shù)初值）×晶振周期×12或             定時時間（213 計數(shù)初值）×機器周期若晶振頻率為12MHz，則最短定時時間為213(2131)×(1/12)×106×121 s最長定時時間為（2130）×

11、;（1/12）×106×128 192 s2工作在計數(shù)方式C/ 1，13位計數(shù)器對外部輸入信號進行加1計數(shù)。利用 由0變?yōu)?時，開始計數(shù)， 由1變?yōu)?時，停止計數(shù)，可以測量在 端出現(xiàn)的正脈沖的寬度。計數(shù)值的范圍是1213=8192 (個外部脈沖)?！纠?.2】假設(shè)AT89S52單片機晶振頻率為12MHz，要求定時時間8ms，使用定時器T0，工作方式0，計算定時器初值X。解： t = （213 X）×機器周期       當(dāng)單片

12、機晶振頻率為12MHz時，機器周期=1s     8×103 = （213 X）×1       X = 8192-8000 = 192       轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)為：11000000B【例6.3】假設(shè)AT89S52單片機晶振頻率為12MHz，所需定時時間為250s，當(dāng)T0工作在方式0時T0計數(shù)器的初值是多少？解： t = （213

13、60;X）×機器周期       當(dāng)單片機晶振頻率為12MHz時，機器周期=1s     250 = （213 X0）×1       X 0= 8192-250 = 7942       轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)為：1111100000110B【例6.4】利用T0方式0產(chǎn)生1ms的定時，在P1.2

14、引腳上輸出周期為2ms的方波。設(shè)單片機晶振頻率fosc12MHz。解：（1）解題思路要在P1.2引腳輸出周期為2ms的方波，只要使P1.2每隔1ms取反一次即可。執(zhí)行指令為CPL  P1.2。（2）確定工作方式 :  方式0  TMOD=00H  C/ 0：T0為定時功能；（D2位）GATE0，只要用軟件使TR0（或TR1）置1就能啟動定時器T0（或T1）；    M1M0 = 00，工作方式0     T

15、MOD的值為 = 00H    TMOD.4TMOD.7可取任意值，因T1不用，這里取0值。    使用 MOV  TMOD , #00H 即可設(shè)定T0的工作方式（3）計算1 ms定時時T0的初值機器周期  T = 1fosc×12 = 1s計數(shù)個數(shù)：X =1ms/ls = 1000設(shè)T0的計數(shù)初值為x0，則 x0 (213一X)s       &

16、#160;                  81921000                          7192D  轉(zhuǎn)換成二進制

17、數(shù)為：11100000  11000B                                       高8位   低5位  &

18、#160;將高8位11100000 = 0E0H裝入TH0   將低5位11000 = 18H裝入TL0                  1                    

19、0;                  1    EA = 1 ,CPU開放中斷；    ET0 = 1，允許T0中斷；（4）編程可采用中斷和查詢兩種方式編寫程序。方法一：中斷方式ORG  0000H          

20、     AJMP  MAIN         ；轉(zhuǎn)主程序MAIN               ORG  000BH             

21、;  AJMP  IT0P           ；轉(zhuǎn)T0中斷服務(wù)程序IT0P                      ORG  1000H MAIN：MOV   SP，

22、#60H     ；設(shè)堆棧指針               MOV  TH0 , #0E0H      ；給定時器T0送初值        MOV TMOD，#00H    ；設(shè)置T0為方式0，定時&

23、#160;       MOV  TL0 , #18H     ；送定時初值        MOV TH0，#0E0HSETB  EA            ；CPU開中斷     

24、0;  SETB  ET0           ；T0允許中斷        SETB TR0             ；啟動T0定時HERE： SJMP   HERE  

25、0;      ；等待中斷中斷服務(wù)程序：IT0P：  ORG   1200H         ；T0中斷入口       MOV   TL0，#18H     ；重新裝入計數(shù)初值      

26、   MOV  TH0，#0E0H         CPL   P1.2             ；輸出方波        RETI       &#

27、160;           ；中斷返回 END方法二：查詢方式            MOV  TMOD，#00H   ；設(shè)置T0為方式0，定時            MOV &

28、#160;TL0，#18H      ；送初值            MOV  TH0，#0E0H             SETB  TR0         

29、   ；啟動T0定時LOOP： JBC   TF0，NEXT     ；查詢定時時間到否?            SJMP  LOOPNEXT：MOV  TL0，#18H      ；重新裝入計數(shù)初值     

30、      MOV TH0，#0E0H           CPL   P1.2             ；輸出方波       SJMP  LOOP  

31、60;        ；重復(fù)循環(huán)6.3.2        工作方式1工作方式寄存器TMOD中的M1M0為：01。定時器T0工作方式1與工作方式0類同，差別在于其中的計數(shù)器的位數(shù)。工作方式1以16位計數(shù)器參與計數(shù)。定時器/計數(shù)器0方式1的邏輯結(jié)構(gòu)如圖6.3所示。 1工作在定時方式C/ 0，定時器對機器周期計數(shù)。定時時間的計算公式為：定時時間（213 計數(shù)初值）×晶振周期×12或 

32、            定時時間（213 計數(shù)初值）×機器周期若晶振頻率為12MHz，則最短定時時間為216(2161)×(1/12)×106×121 s最長定時時間為（2160）×（1/12）×106×1265 536 s65.5 ms2工作在計數(shù)方式C/ 1，16位計數(shù)器對外部輸入信號進行加1計數(shù)。計數(shù)值的范圍是1216=65 536 (個外部脈沖)?！纠?.5】假設(shè)AT89S52單

33、片機晶振頻率為12MHz，所需定時時間為10ms，當(dāng)T0工作在方式1時T0計數(shù)器的初值是多少？解： t = （216 X0）×機器周期       當(dāng)單片機晶振頻率為12MHz時，機器周期=1s     10×103 = （213 X0）×1       X = 65536-10000 = 55536 

34、60;  轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)為：1101100011110000 B = 0D8F0H【例6.6】假設(shè)AT89S52單片機晶振頻率為12MHz，定時器T0的定時初值為9800，計算T0工作在方式1時的定時時間。解： t = （216 X0）×機器周期       當(dāng)單片機晶振頻率為12MHz時，機器周期=1s     t = （216 9800）×1   

35、60;   t = 65536-9800 = 55736s【例6.7】 用定時器T0產(chǎn)生50HZ的方波。由P1.0輸出此方波（設(shè)時鐘頻率為12MHZ）。采用中斷方式。解：50HZ的方波周期T為  T = 1/50 = 20ms    可以用定時器產(chǎn)生10ms的定時，每隔10ms改變一次P1.0的電平，即可得到50HZ的方波。定時器T0應(yīng)工作在方式1。（1）工作在方式1時的T0初值，根據(jù)下式計算：     t = （216 X）

36、×機器周期       時鐘頻率為12MHz，則機器周期 = 1µs     10×103 = （216 X）× 1     X = 65536 10000 = 55536轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)：11011000   11001100B       

37、0;           高8位     低8位高8位 = 0D8H裝入TH0，低8位 = 0CCH裝入TL0。（2）程序ORG  0000H                     

38、60;        AJMP  MAIN                 ORG  000BH                  

39、;   ；T0的中斷入口地址AJMP  T0INT                 ORG  0100HMAIN： MOV  TMOD , #01H      ；設(shè)置T0為工作方式1MOV  TH0 , #0D8 H   

40、;    ；裝入定時器初值MOV  TL0 , #0CC HSETB  ET0                     ；設(shè)置T0允許中斷SETB  EA            &

41、#160;；CPU開中斷SETB  TR0                     ；啟動T0SJMP  $                    &

42、#160;    ；等待中斷 中斷服務(wù)程序；ORG  0300HT0INT：CPL  P1.0                 ；P1.0取反MOV  TH0 , #0D8H ；重新裝入定時初值MOV  TL0 , #0CCHRETI 注：  SETB

43、0; ET0                     ；設(shè)置T0允許中斷SETB  EA             ；CPU開中斷這兩條指令可以等效為  MOV  IE , #82H。6.3.3

44、0;       工作方式2定時器/計數(shù)器0方式2的邏輯結(jié)構(gòu)如圖6.4所示。工作方式寄存器TMOD中的M1M0為：10定時器/計數(shù)器在工作方式2時，16位的計數(shù)器分成了兩個獨立的8位計數(shù)器TH和TL。此時，定時器/計數(shù)器構(gòu)成了一個能重復(fù)置初值的8位計數(shù)器。其中，TL用作8位計數(shù)器，TH用來保存計數(shù)的初值。每當(dāng)TL計滿溢出時，自動將TH的初值再次裝入TL。1工作在定時方式C/ 0，定時器對機器周期計數(shù)。定時時間的計算公式為：定時時間（28 計數(shù)初值）×晶振周期×12或 

45、0;           定時時間（28 計數(shù)初值）×機器周期若晶振頻率為12MHz，則最短定時時間為28(281)×(1/12)×106×121 s最長定時時間為（280）×（1/12）×106×12256 s  2工作在計數(shù)方式C/ 1，8位計數(shù)器對外部輸入信號進行加1計數(shù)。計數(shù)值的范圍是128=256 (個外部脈沖)。【例6.8】利用T0方式2實現(xiàn)以下功能：當(dāng)T0(P3.

46、4)引腳每輸入一個負脈沖時，使P1.0輸出一個500s的同步脈沖。設(shè)晶振頻率為6MHz，請編程實現(xiàn)該功能。其波形如圖6.5所示。 圖6.5  例6.6波形圖(1) 確定工作方式首先選T0為方式2，外部事件計數(shù)方式。當(dāng)P3.4引腳上的電平發(fā)生負跳變時，T0計數(shù)器加1，溢出標(biāo)志TF0置1；然后改變T0為500s定時工作方式，并使P1.0輸出由1變?yōu)?。T0定時到產(chǎn)生溢出，使P1.0引腳恢復(fù)輸出高電平。T0先計數(shù)，后定時，分時操作。根據(jù)題目要求方式控制字TMOD是：計數(shù)時：(TMOD) = 0000 0110B = 06H定時時：(TMOD) = 0000 0

47、010B = 02H（2）計算初值機器周期T = 12fosc = 12/6MHZ =2s計數(shù)時：計數(shù)個數(shù)  X = 1計數(shù)初值 = (256X) = (2561) =255=0FFH，(TH0)=(TL0)=0FFH定時時：計數(shù)個數(shù)  X =/ Tm= 500s2s =250定時初值 = 256X = 256250 = 6，(TH0) = (TL0) = 06H    （3）編程方法采用查詢方法START：MOV  TMOD，#06H   &#

48、160;   ；T0方式2，外部計數(shù)方式            MOV  TH0，#0FFH        ；T0計數(shù)初值            MOV  TL0，#0FFH   

49、         SETB  TR0                ；啟動T0計數(shù)LOOPl：JBC  TF0，PTF01    ；查詢T0溢出標(biāo)志，TF01時轉(zhuǎn)移，且TF00(查P3.4負跳變)      &

50、#160;     SJMP LOOPlPTF01：CLR TR0             ；停止計數(shù)            MOV  TMOD，#02H  ；T0方式2，定時       

51、     MOV  TH0，#06H    ；T0定時500s初值            MOV  TL0，#06H            CLR   P1.0   &#

52、160;       ；P1.0清0            SETB  TR0           ；啟動定時500sLOOP2：JBC  TF0，PTF02     ；查詢溢出標(biāo)志，定時到TF0=l 

53、;轉(zhuǎn)移，且TF00(第一個500s到否?)            SJMP  LOOP2PTF02：SETB  P1     ；P1.0置1(到了第一個500s)            CLR  TR0    

54、                   ；停止計數(shù)            SJMP  START6.3.4        工作方式3工作方式寄存器TMOD中的M1M0為：11。工作方式3僅對定時器/計數(shù)器0有效，此時，將16位的計數(shù)器分為兩個獨立的8位計數(shù)器TH0和TL0。當(dāng)定時器/計數(shù)器0工作在方式3時，定時器/計數(shù)器1只能工作在方式02，并且工作在不需要中斷的場合。在一般情況下，當(dāng)定時器/計數(shù)器1用作串行口波特率發(fā)生器時，定時器/計數(shù)器0才設(shè)置為工作方式