單片機應用課件四

1、第七章 定時器/計數(shù)器的應用1、定時器/計數(shù)器 MCS-51單片機內有2個16位可編程的定時/計數(shù)器，即定時器0（T0）和定時器1（T1）。 兩個定時/計數(shù)器都有定時或事件計數(shù)的功能，可用于定時控制、延時、對外部事件計數(shù)和檢測等應用。第七章、定時器/計數(shù)器的應用2、定時/計數(shù)器的結構與原理 T0和T1受特殊功能寄存器TMOD和TCON控制?？捎绍浖O置為定時或計數(shù)工作方式。1）定時/計數(shù)器T0、T1結構Timer ControllerTimer Mode圖1 定時/計數(shù)器的內部結構框圖2）加1計數(shù)器T0、T1都是16位加1計數(shù)器，TH0、TL0構成定時/計數(shù)器T0加1計數(shù)器的高8位和低8位。加

2、1計數(shù)器的初值可以通過程序進行設定，設定不同的初值，就可以獲得不同的計數(shù)值或定時時間。 圖1 定時/計數(shù)器的內部結構框圖3）定時控制寄存器（TCON）TF0、TF1：計數(shù)溢出標志位。 TF0=1或TF1=1是計數(shù)溢出； TF0=0或TF1=0是計數(shù)未滿。TR0、TR1：啟/?？刂莆弧?TR0=1或TR1=1，使T0或T1啟動計數(shù)； TR0=0或TR1=0，使T0或T1停止計數(shù)。表1 TCON各位的地址、定義及其對應的功能Timer RunTimer Full4）工作方式控制寄存器（TMOD）GATE：門控信號。當GATE=0時，TRx=1即可啟動定時器工作； 當GATE=1時，要求同時有TRx

3、=1和INTx=1才可啟動 定時器工作C/T：定時/計數(shù)器選擇位。 C/T =1，為計數(shù)器工作方式； C/T =0，為定時器工作方式。M1、M0： 定時/計數(shù)器工作模式選擇位M1M0=00 工作方式0（13位方式）M1M0=01 工作方式1（16位方式）M1M0=10 工作方式2(8位自動再裝入方式)M1M0=11 工作方式3（T0為2個8位方式）表1 TCON地址及其各位定義5）T0、T1定時功能和計數(shù)功能的選擇通過選擇控制C/T實現(xiàn)定時器或計數(shù)器的功能選擇。 當C/T=0時，選擇定時器功能； 當C/T=1時，選擇計數(shù)器功能。圖2 定時/計數(shù)器T0邏輯結構 對單片機內部機器周期產(chǎn)生的脈沖進行

4、計數(shù)，計數(shù)器每個機器周期自動加1。如果單片機的晶振頻率為12MHz，則計數(shù)頻率為1MHz，或者說計數(shù)器每加1，可實現(xiàn)1s的計時。 定時功能（ C/T =0）5）T0、T1定時功能和計數(shù)功能的選擇 對外部事件產(chǎn)生的脈沖進行計數(shù)。對于MCS-51單片機來說，P3.4和P3.5兩個信號引腳分別是T0和T1計數(shù)器的計數(shù)脈沖信號輸入端，當該引腳輸入脈沖發(fā)生負跳變時，加1計數(shù)器自動加1。計數(shù)功能（ C/T =1）5）T0、T1定時功能和計數(shù)功能的選擇3、定時/計數(shù)器的工作方式四種工作方式表3 定時/計數(shù)器T0和T1的工作方式 當TMOD中M1M0=00時，選定方式0進行工作，13位狀態(tài)。定時/計數(shù)值：N=

5、8192-x。x是由TH0、TL0設定的初值。x=8191時為最小計數(shù)值l，x=0時為最大計數(shù)值8192，即計數(shù)范圍為18192（213）。 1）方式0【13位狀態(tài)】圖3 T0工作方式0時的邏輯結構注意啟動方式當M1M0=01時，定時/計數(shù)器選定方式1進行工作。 2）方式1【16位狀態(tài)】 定時/計數(shù)器范圍：165536（216）； 作為定時器使用時，定時時間為：Td=(216-Count)Tcy。如果晶振頻率fosc=12MHz，則定時范圍為：165536s。圖4 T0工作方式1時的邏輯結構 方式0和方式1具有共同的特點，即當加法計數(shù)器發(fā)生溢出后，自動處于0狀態(tài)，如果要實現(xiàn)循環(huán)計數(shù)或周期定時，

6、就需要程序不斷反復給計數(shù)器賦初值，這就影響了計數(shù)或定時精度，并給程序設計增添了麻煩。而方式2具有初值自動重新加載功能。3）方式2【自動重裝載模式】圖5 T0工作方式2時的邏輯結構當M1M0=10時，定時/計數(shù)器選定方式2進行工作。該方式下，TL0作為計數(shù)器，TH0作為計數(shù)器TL0的初值預置寄存器，并始終保持為初值常數(shù)。當TL0計數(shù)溢出時，系統(tǒng)將TF0置位，并向CPU申請中斷，同時將TH0的內容重新裝入TL0，繼續(xù)計數(shù)。 方式2特性4）方式3 當M1M0=11時，T0定時/計數(shù)器處于方式3。在方式3下，T0被拆成兩個獨立的8位計數(shù)器TL0和TH0。（1）T0的方式3工作模式圖6 T0工作方式3時

7、的邏輯結構圖7 T0工作方式3時T1的工作邏輯結構 當作為波特率發(fā)生器使用時，只需設置好工作方式，便可自動運行。如要停止工作，只需送入一個把T1設置為方式3的方式控制字就可以了。4）方式34、定時/計數(shù)器對輸入信號的要求定時器使用 當MCS-5l內部的定時/計數(shù)器被選定為定時器工作模式時，計數(shù)輸入信號是內部時鐘脈沖，每個機器周期產(chǎn)生一個脈沖位，計數(shù)器增l，因此定時/計數(shù)器的輸入脈沖的周期與機器周期一樣，為時鐘振蕩頻率的l/12。 當采用12MHz頻率的晶振時，計數(shù)速率為1MHz，輸入脈沖的周期間隔為1s。由于定時的精度決定于輸入脈沖的周期，因此當需要高分辨率的定時時，應盡量選用頻率較高的晶振。

8、 當定時/計數(shù)器用作計數(shù)器時，計數(shù)脈沖來自外部輸入引腳T0或T1。當輸入信號產(chǎn)生由1至0的跳變（即負跳變）時，計數(shù)器的值增l。 計數(shù)器使用 由于確認一次負跳變需要2個機器周期，即24個振蕩周期，因此外部輸入的計數(shù)脈沖的最高頻率為振蕩器頻率的1/24，例如，選用6MHz頻率的晶振，允許輸入的脈沖頻率為250kHz，如果選用12MHz頻率的晶振，則可輸入500kHz的外部脈沖。 對于外部輸入信號的占空比并沒有什么限制，但為了確保某一給定的電平在變化之前能被采樣一次，則這一電平至少要保持一個機器周期。4、定時/計數(shù)器對輸入信號的要求5、定時/計數(shù)器的應用1) 設置工作方式;2) 計算加1計數(shù)器的計數(shù)

9、初值Count，并將計數(shù)初值Count送入TH、TL中;3) 啟動計數(shù)器工作，即將TRx置1。4) 若采用中斷方式，則應設置T0、T1及CPU開中斷。1）定時/計數(shù)器初始化圖8 定時/計數(shù)器初始化流程圖例1： 定時/計數(shù)器T0工作于計數(shù)方式，計數(shù)值x=1，允許中斷，使用工作方式1。進行初始化編程。 #include sbit ET0= IE1; /*定義CPU中斷控制字IE第1位為ET0*/ sbit EA = IE7; /*定義CPU中斷控制字IE第7位為EA*/ sbit TR0=TCON4; /*定義TCON第4位為TR0*/ TMOD=0 x05; /*設置T0工作于計數(shù)方式1*/ T

10、H0=0 xff; /*加1計數(shù)器高8位TH0賦初值FFH*/ TL0=0 xff; /*加1計數(shù)器低8位TL0賦初值FFH*/ ET0=1; /*T0開中斷*/ EA=1; /*CPU開中斷*/ TR0=1; /*啟動T0*/2）應用實例 計數(shù)值N與計數(shù)器初值Count的關系： N=2n-Count，所以定時時間Td=（2n-Count）*Tcy。例2：設單片機的fosc=12MHz，要求在P1.0腳上輸出周期為 2ms的方波。 周期為2ms的方波要求定時間隔為1ms，每次時間到將P1.0取反。定時器計數(shù)頻率為fosc/12，Tcy=12/fosc=1s。每個機器周期定時器計數(shù)加1，1ms=

11、1000s，需計數(shù)次數(shù)為1000/(12/fosc)=1000。由于計數(shù)器向上計數(shù)，為得到l000個計數(shù)之后的定時器溢出，必須給定時器賦初值65536-1000，C語言中相當于-1000。分析2）應用實例2）應用實例#include /包含51單片機頭文件sbit LED=P20;/-void t0_sever(void) interrupt 1 /入口 LED=LED; TH0 =-1000/256; /重新載入初值 TL0 =-1000%256;/-void main() /主函數(shù) TMOD = 0 x01; /方式1，16位定時器 TH0 =-1000/256; /設定初值，1ms定時

12、TL0 =-1000%256; EA = 1; ET0 = 1; TR0 = 1;loop1: goto loop1;五個中斷源： 入口地址 外部中斷0（/INT0） 0003H T0溢出中斷 000BH 外部中斷1（/INT1） 0013H T1溢出中斷 001BH 串口中斷 0023H 中斷服務程序入口地址中斷服務入口地址3）中斷響應計數(shù)器（定時中斷）工學結合任務五：廣東機電職業(yè)技術學院-單片機應用目的和意義1掌握計時器的工作原理。2、掌握單片機中斷概念，定時器結構、工作原理，工作 方式控制寄存器。3掌握C51編寫中斷程序。4掌握PROTEUS仿真，燒寫器的使用，硬件電路設計、 焊接、裝配

13、，培養(yǎng)學生利用單片機技術解決生活 中的實際問題的能力。一、任務描述1、設計一個產(chǎn)品，每隔一定時間，執(zhí)行某種動作（PWM）。2、具體要求：計時單位為100ms，計時個數(shù)小于20為低電 平，20-100為高電平，即占空比為20%。3、利用Keil C 軟件編寫主函數(shù)、定時器中斷C程序代碼。二、任務分析1 、任務所需硬件知識 單片機最小系統(tǒng)（晶振，復位電路），中斷接口、工作方式2、任務所需軟件知識單片機C語言數(shù)據(jù)類型，結構，中斷等程序設計3 、任務所需環(huán)境安裝操作系統(tǒng)的微機1臺、單片機集成開發(fā)環(huán)境keil C2.0、軟 硬件開發(fā)平臺proteus 6.9、單片機下載軟件STC_ISP_V3.3 、單

14、片機實驗板、下載線。項目實施過程理實一體化模式提出項目和任務學生思考老師指點規(guī)劃學習內容程序設計安裝與調試單片機基礎知識系統(tǒng)設計規(guī)劃二、任務分析要求會使用Keil C開發(fā)環(huán)境要求文件夾命名規(guī)范要求工程項目命名規(guī)范要求文件名命名規(guī)范要求程序是否功能齊全要求仿真軟件達到設計要求要求硬件電路滿足設計要求要求產(chǎn)品設計文檔充分 二、任務分析程序設計要求1、進行功能分析，工作框架搭建，工作分工。2、使用軟硬件開發(fā)平臺proteus 7.4進行電路仿真。設計要點：新建電路圖設計文件，查找元器件，放置元器件，布局布線，修改元器件屬性，進行仿真單片機程序。3、使用單片機集成開發(fā)環(huán)境keil C2.0。要點：C程

15、序構成， 關鍵詞，運算符與表達式，數(shù)據(jù)結構，結構化語句。4、使用單片機下載軟件STC_ISP_V3.3，通過串口或USB將單片機程序下載到單片機芯片中進行調試。5、完善單片機產(chǎn)品硬件電路，進行合適的電容、電阻、芯片、傳感器、顯示器件等進行焊接，通電運行后觀察硬件電路是否滿足要求。 6、完成實驗文檔編寫，包括：題目、作者、摘要、關鍵詞，緒論，硬件電路，軟件流程、代碼，數(shù)據(jù)分析。任務實施步驟三、任務設計1）驅動硬件分析. 此電路核心件是MCS-51單片機（AT89C51）。 2. 包括時鐘電路、復位電路及輸出電路。 3. 用P2.0口作輸出口，產(chǎn)生PWM波，占空比20%， 周期10s。 三、任務設

16、計1、PWM波形發(fā)生器的設計硬件電路參考原理圖2）仿真電路圖3）主程序設計#include /包含51單片機頭文件sbit LED = P20;unsigned int T0_num=0; /-void main() /主函數(shù) 12MHz晶振 TMOD = 0 x01; /定時器T0方式1，16位定時器 TH0 = 0 xd8; /（65536- T0）*1us=100ms/定時 TL0 = 0 xf0; /T0=d8f0，定時100ms EA = 1; /開總中斷 ET0 = 1; /開T0中斷 TR0 = 1; /啟動定時器T0loop1: goto loop1;4）中斷服務程序/* 程序

17、名稱：void t0_sever(void) interrupt 1 程序功能：timer0 定時器0中斷服務程序*/void t0_sever(void) interrupt 1 TH0 = 0 xd8; TL0 = 0 xf0; T0_num+; if(T0_num=20) LED=0; if(T0_num=100) LED=1; T0_num=0;檢查的標準要求四、檢查反饋1、交流展示 指導學生對產(chǎn)品進行展示，互相交流。2、檢測反饋 指導學生對他人產(chǎn)品檢測，提出反饋意見。3、學生評價 學生對他人產(chǎn)品進行評價，提出產(chǎn)品的優(yōu)點和缺點，以及 分數(shù)。 4、教師評價 根據(jù)教師點評進行分組討論，并對

18、自己的項目進行修改、 完善。四、檢查反饋頻率計（外部中斷+定時中斷）工學結合任務六：廣東機電職業(yè)技術學院-單片機應用目的和意義1掌握單片機的工作原理，最小系統(tǒng)的設計，外部中斷和 定時中斷。2、了解數(shù)字頻率計測頻率與測周期的基本原理；熟練掌握 數(shù)字頻率計的設計與調試方法。3、掌握3掌握C51編寫中斷程序。4、掌握PROTEUS仿真，燒寫器的使用，硬件電路設計、焊 接、裝配，培養(yǎng)學生利用單片機技術解決生活中的實際 問題的能力。一、任務描述1、設計一個能夠計數(shù)和計時的產(chǎn)品，測量1s內的脈沖個數(shù)即 頻率計，利用單片機外部中斷和定時中斷。2、利用Keil C 軟件編寫主函數(shù)、外部中斷和定時中斷C程序 代

19、碼。3、測量信號:方波 ；正弦波；三角波；采用用液晶顯示頻率值。4、測量頻率范圍: 1Hz到9999Hz之間，要求頻率誤差小于1%。二、任務分析1 、任務所需硬件知識 單片機最小系統(tǒng)（晶振，復位電路），中斷接口、工作方式字符型LCD原理、接口電路設計2、任務所需軟件知識單片機C語言數(shù)據(jù)類型，結構，中斷等程序設計3 、任務所需環(huán)境安裝操作系統(tǒng)的微機1臺、單片機集成開發(fā)環(huán)境keil C2.0、軟 硬件開發(fā)平臺proteus 6.9、單片機下載軟件STC_ISP_V3.3 、單片機實驗板、下載線。項目實施過程理實一體化模式提出項目和任務學生思考老師指點規(guī)劃學習內容程序設計安裝與調試單片機基礎知識系統(tǒng)

20、設計規(guī)劃二、任務分析要求會使用Keil C開發(fā)環(huán)境要求文件夾命名規(guī)范要求工程項目命名規(guī)范要求文件名命名規(guī)范要求程序是否功能齊全要求仿真軟件達到設計要求要求硬件電路滿足設計要求要求產(chǎn)品設計文檔充分 二、任務分析程序設計要求三、相關知識 在電子技術中，頻率是最基本的參數(shù)之一，并且與許多電參量的測量方案、測量結果都有十分密切的關系，因此頻率計在教學、科研、測量儀器、工業(yè)控制等方面都有較廣泛的應用。 測量頻率的方法有多種，其中電子計數(shù)測量頻率具有精度高、使用方便、測量迅速，以及便于實現(xiàn)測量自動化等優(yōu)點，是頻率測量的重要手段之一。 通過MCS-51系列單片機內部的外部中斷和定時器測量頻率。定時器定時1s

21、，統(tǒng)計1s時間內外部中斷的脈沖次數(shù)，即為頻率值。1、頻率測量原理 采用12 MHz的晶體振蕩器的情況下，1秒的定時已超過了定時器可提供的最大定時值。為了實現(xiàn)一秒的定時，采用定時和計數(shù)相結合的方法實現(xiàn)。選用定時計數(shù)器T0作定時器，工作于方式1產(chǎn)生10 ms的定時，再用軟件計數(shù)方式對它計數(shù)100次，就可得到1秒的定時。 2、定時器設計思想三、相關知識定時控制寄存器（TCON）TF0、TF1：計數(shù)溢出標志位。 TF0=1或TF1=1是計數(shù)溢出； TF0=0或TF1=0是計數(shù)未滿。TR0、TR1：啟/?？刂莆弧?TR0=1或TR1=1，使T0或T1啟動計數(shù)； R0=0或TR1=0，使T0或T1停止計數(shù)

22、。3、特殊功能寄存器配置IT0：INT0觸發(fā)方式控制位。 IT0=0時，電平觸發(fā)方式。 IT0=1時，邊沿觸發(fā)方式（下降沿有效）IE0：INT0中斷請求標志位。IT1：INT1觸發(fā)方式控制位。IE1：INT1中斷請求標志位。工作方式控制寄存器（TMOD）GATE：門控信號。當GATE=0時，TRx=1即可啟動定時器工作； 當GATE=1時，要求同時有TRx=1和INTx=1才可啟動 定時器工作C/T：定時/計數(shù)器選擇位。 C/T =1，為計數(shù)器工作方式； C/T =0，為定時器工作方式。M1、M0： 定時/計數(shù)器工作模式選擇位M1M0=00 工作方式0（13位方式）M1M0=01 工作方式1（

23、16位方式）M1M0=10 工作方式2(8位自動再裝入方式)M1M0=11 工作方式3（T0為2個8位方式）3、特殊功能寄存器配置當M1M0=01時，定時/計數(shù)器選定方式1進行工作。 方式1【16位狀態(tài)】 定時/計數(shù)器范圍：165536（216）； 作為定時器使用時，定時時間為：Td=(216-Count)Tcy。如果晶振頻率fosc=12MHz，則定時范圍為：165536s。T0工作方式1時的邏輯結構3、特殊功能寄存器配置EAESET1EX1ET0EX0(MSB)(LSB)中斷允許控制寄存器IE （0A8H）EX0(IE.0)，外部中斷0允許位；ET0(IE.1)，定時/計數(shù)器T0中斷允許位

24、； EX1(IE.2)，外部中斷0允許位；ET1(IE.3)，定時/計數(shù)器T1中斷允許位；ES（IE.4)，串行口中斷允許位；EA (IE.7)，CPU中斷允許（總允許）位。3、特殊功能寄存器配置1、進行功能分析，工作框架搭建，工作分工。2、使用軟硬件開發(fā)平臺proteus 7.4進行電路仿真。設計要點：新建電路圖設計文件，查找元器件，放置元器件，布局布線，修改元器件屬性，進行仿真單片機程序。3、使用單片機集成開發(fā)環(huán)境keil C2.0。要點：C程序構成， 關鍵詞，運算符與表達式，數(shù)據(jù)結構，結構化語句。4、使用單片機下載軟件STC_ISP_V3.3，通過串口或USB將單片機程序下載到單片機芯片

25、中進行調試。5、完善單片機產(chǎn)品硬件電路，進行合適的電容、電阻、芯片、傳感器、顯示器件等進行焊接，通電運行后觀察硬件電路是否滿足要求。 6、完成實驗文檔編寫，包括：題目、作者、摘要、關鍵詞，緒論，硬件電路，軟件流程、代碼，數(shù)據(jù)分析。任務實施步驟四、任務設計1）驅動硬件分析. 此電路核心件是MCS-51單片機（AT89C51）。 2. 包括時鐘電路、復位電路及輸出電路。 3. 用P0、P2口作輸出口，驅動LCD，其中P0口加 10K上拉電阻。 4、按鍵接外部中斷0。四、任務設計1、頻率計的設計硬件電路參考原理圖2）仿真電路圖3） 頻率計程序設計#include /包含51單片機頭文件#define

26、 uchar unsigned char #define uint unsigned intsbit LCD_RS =P03; /RS 1:DATA 0 :COMMANDsbit LCD_RW =P04; /R/W 1:READ0 :WRITEsbit LCD_E =P05; /E 1:ENABLE#define LCD_ch P2/-延時子程序-void delay(uint i) while(i-); （1） LCD線路連接、聲明/*寫指令進入LCD1602*/void LCD_command() LCD_RS=0; LCD_RW=0; LCD_E=0; delay(200); /延時大約

27、2ms LCD_E=1;/*把數(shù)據(jù)寫入LCD1602*/void LCD_data() LCD_RS=1; LCD_RW=0; LCD_E=0; delay(200); LCD_E=1;（2）LCD寫程序/-void Init_LCD(void) /*初始化液晶*/ LCD_ch=0 x01; /清屏 LCD_command(); LCD_ch=0 x38; /8位數(shù)據(jù)，兩行顯示，5*7點陣 LCD_command(); LCD_ch=0 x0c; /開顯示，關光標，關閃爍LCD_command();LCD_ch=0 x06; /讀寫數(shù)據(jù)后AC自動增一，畫面不動 LCD_command();（

28、3）液晶初始化/* 將數(shù)據(jù)ch顯示在第i行第j列 */void LCD_dis(uchar i,uchar j,uchar ch) uchar addr; if(i=0) addr = 0 x80+j; /設置為第一行 else addr = 0 xc0+j; /設置為第二行 LCD_ch=addr; LCD_command(); /先寫地址 LCD_ch=ch; LCD_data(); /后送數(shù)據(jù) （4）液晶單個字符顯示（5）主程序#include /包含51單片機頭文件#include /包含液晶頭文件#include /包含定時器T0文件sbit LED=P07;unsigned int

29、 num=0;unsigned int dis_num=0;/-void main() /主函數(shù) Init_LCD(); init_timer0(); /液晶初始化，定時器T0初始化 EA=1;IT0 = 1;EX0 = 1; /外部中斷邊沿觸發(fā)，開啟loop1: if(flag=1) flag=0; display(num); num=0; TR0 = 1;EX0 = 1; /開定時器T0和外部中斷0 goto loop1;（6）顯示子程序/-void display( unsigned int num) /液晶顯示數(shù)字 unsigned int i; i=5;LCD_dis(0,i,0 x

30、30+num/10000); / 0-0 =0 x30 i+;LCD_dis(0,i,0 x30+num%10000/1000); i+;LCD_dis(0,i,0 x30+num%1000/100); i+;LCD_dis(0,i,0 x30+num%100/10); i+;LCD_dis(0,i,0 x30+num%10); /-void ex0_sev() interrupt 0 /中斷服務 num+;（7）外部中斷程序（8）定時器T0初始化程序/文件功能：定時器初始化和定時器中斷#include /包含51單片機頭文件bit flag=1;unsigned int T0_num=0;unsigned