《單片機(jī)原理及應(yīng)用》第五章 MCS-51-定時(shí)計(jì)數(shù)器

1、第五章MCS-51定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行口及中斷系統(tǒng) 本章重點(diǎn)討論： 1. 定時(shí)/計(jì)數(shù)器； 2. 全雙工串行口； 3. 中斷系統(tǒng)。 5.1 MCS-51定時(shí)/計(jì)數(shù)器 5.1.1 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的基本概念 5.1.2 MCS-51定時(shí)/計(jì)數(shù)器的組成5.1.3 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的控制方法5.1.4 定時(shí)器、計(jì)數(shù)器的初始化5.1.5 舉例5.1.6 定時(shí)計(jì)數(shù)器總結(jié)計(jì)數(shù)概念的引入1生活中計(jì)數(shù)的例子處處可見。例：錄音機(jī)上的計(jì)數(shù)器、家里面用的電度表、汽車上的里程表等等。再舉一個(gè)工業(yè)生產(chǎn)中的例子，線纜行業(yè)在電線生產(chǎn)出來之后要計(jì)米，也就是測量長度，怎么測法呢？用尺量？不現(xiàn)實(shí)，太長不說，要一邊做一邊量呢，怎么辦呢？行

2、業(yè)中有很巧妙的方法，用一個(gè)周長是1米的輪子，將電纜繞在上面一周，由線帶輪轉(zhuǎn)，這樣輪轉(zhuǎn)一周不就是線長1米嘛，所以只要記下輪轉(zhuǎn)了多少圈，就可以知道走過的線有多長了。計(jì)數(shù)概念的引入2石油工業(yè)中，也有大量計(jì)數(shù)的問題。比如如何確定油層的深度？通常采用的方法是在裸眼井完鉆測井以后，需要下金屬套管固井，每一根套管的長度是一樣的，比如10米，在每根套管的接箍處都打上磁標(biāo)記。下完套管就要用水泥固井，然后套管就被永久埋在地下。為了產(chǎn)出石油，下一步就是在測井以后確定的層位處射孔。這時(shí)在射孔槍的上面就通過電纜接了一根磁定位儀器，這個(gè)儀器可以測量到套管接箍上的磁標(biāo)記，并且可以計(jì)量磁標(biāo)記的數(shù)目，因此就可以確定射孔槍的目標(biāo)

3、油層的深度。當(dāng)然10m以內(nèi)的深度是靠地面測量電纜長度確定的。計(jì)數(shù)器的容量1從一個(gè)生活中的例子看起：一個(gè)水盆在水龍頭下，水龍沒關(guān)緊，水一滴滴地滴入盆中。水滴不斷落下，盆的容量是有限的，過一段時(shí)間之后，水就會逐漸變滿。那么單片機(jī)中的計(jì)數(shù)器有多大的容量呢？8031單片機(jī)中有兩個(gè)計(jì)數(shù)器，分別稱之為T0和T1，這兩個(gè)計(jì)數(shù)器分別是由兩個(gè)8位的RAM單元組成的，即每個(gè)計(jì)數(shù)器都是16位的計(jì)數(shù)器，最大的計(jì)數(shù)量是65535。計(jì)數(shù)器的容量2一般的下井電纜長度在7000m，根據(jù)井眼長度的不同還有更長或更短的電纜，可以依據(jù)需要選取。因此，計(jì)數(shù)器的容量就是由電纜長度決定的。計(jì)數(shù)與定時(shí)的關(guān)系8031中的計(jì)數(shù)器除了可以作為計(jì)

4、數(shù)之用外，還可以用作時(shí)鐘，時(shí)鐘的用途當(dāng)然很大，如學(xué)校的打鈴器，電視機(jī)定時(shí)關(guān)機(jī)，空調(diào)定時(shí)開關(guān)等等，那么計(jì)數(shù)器是如何作為定時(shí)器來用的呢？一個(gè)鬧鐘，將它定時(shí)在1個(gè)小時(shí)后鬧響，換言之，也可以說是秒針走了（3600）次后鬧響，所以時(shí)間就轉(zhuǎn)化為秒針走的次數(shù)，也就是計(jì)數(shù)的次數(shù)了?？梢?，計(jì)數(shù)的次數(shù)和時(shí)間之間的確十分相關(guān)。那么它們的關(guān)系是什么呢？那就是秒針每一次走動(dòng)的時(shí)間正好是1秒。因此只要計(jì)數(shù)脈沖的間隔相等，計(jì)數(shù)脈沖的周期已知,則計(jì)數(shù)值就代表了時(shí)間的流逝。溢出讓我們再來看水滴的例子，當(dāng)水不斷落下，盆中的水不斷變滿，最終有一滴水使得盆中的水滿了。這時(shí)如果再有一滴水落下，就會發(fā)生什么現(xiàn)象？水會漫出來，用個(gè)術(shù)語來講

5、就是“溢出”。 水溢出是流到地上，而計(jì)數(shù)器溢出后將使得TF0變?yōu)椤?”。至于TF0是什么我們稍后再談。一旦TF0由0變成1，就是產(chǎn)生了變化，產(chǎn)生了變化就會引發(fā)事件，就象定時(shí)的時(shí)間一到，鬧鐘就會響一樣。溢出2 如果電纜的最大長度為7000m ,那么磁標(biāo)記計(jì)數(shù)器計(jì)滿700以后，就要產(chǎn)生一個(gè)溢出信號，這個(gè)溢出信號意味著電纜已經(jīng)放到頭了，需要地面的纜車立即停止工作，否則可能造成射孔槍落井的事故。計(jì)數(shù)器溢出后會引發(fā)什么事件，我們下次課再介紹，現(xiàn)在我們來研究另一個(gè)問題：要有多少個(gè)計(jì)數(shù)脈沖才會使TF0由0變?yōu)?？任意定時(shí)及計(jì)數(shù)的方法剛才已研究過，MCS-51計(jì)數(shù)器的容量是16位，也就是最大的計(jì)數(shù)值到6553

6、6，因此計(jì)數(shù)計(jì)到65536就會產(chǎn)生溢出。問題是在現(xiàn)實(shí)生活中，經(jīng)常會有少于65536個(gè)計(jì)數(shù)值的要求，如包裝線上，一打?yàn)?2瓶，一瓶藥片為100粒，怎么樣來滿足這個(gè)要求呢？提示：如果是一個(gè)空的盆要10000滴水滴進(jìn)去才會滿，如果在開始滴水之前就先放入一勺水，還需要10000滴嗎？我們采用預(yù)置數(shù)的方法，要計(jì)數(shù)100次，那就先放進(jìn)65436，再來100個(gè)脈沖，不就到了65536了嗎。定時(shí)也是如此，每個(gè)脈沖是1微秒，則計(jì)滿65536個(gè)脈沖需時(shí)65.536毫秒。如果現(xiàn)在只要10毫秒定時(shí)怎么辦？10個(gè)毫秒為10000個(gè)微秒，所以，只要在計(jì)數(shù)器里面放進(jìn)65536-10000=55536就可以了。MCS-51中

7、的16位可預(yù)置加法計(jì)數(shù)器D0SetD1.D15G0G1.G1512 32768OV圖5-1 數(shù)字電路中計(jì)數(shù)器的邏輯圖計(jì)數(shù)器真值表 輸 入輸 出setcpD0D1.D15G0G1.G150000010d0d1.d15d0d1.d15111計(jì) 數(shù)表5-1 計(jì)數(shù)器的真值表 5.1.2 MCS-51定時(shí)/計(jì)數(shù)器的組成T1與定時(shí)/計(jì)數(shù)器相關(guān)的特殊功能寄存器 特殊功能寄存器 ： TH0 TH1 存放計(jì)數(shù)初值的高8位 TL0 TL1 存放計(jì)數(shù)初值的低8位 TMOD (定時(shí)器工作模式寄存器) TCON (定時(shí)器控制寄存器 ) T0和T1都是16位的可預(yù)置加1計(jì)數(shù)器 T0和T1都是16位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器 T

8、0由兩個(gè)8位的寄存器TH0和TL0組成 T1由兩個(gè)8位的寄存器TH1和TL1組成5.1.3 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的控制方法 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作由TCON和TMOD控制。由軟件把控制字寫入TCON和TMOD，用來設(shè)置T0和T1的工作方式和控制功能。當(dāng)8051系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，TCON和TMOD所有位都被清0。一.工作模式控制寄存器TMOD（89H）定時(shí)器工作模式寄存器TMODGATEC/TM10MGATEC/T1M0M控 制 T1控 制 T089H和T 類同01M0M00011011方 式方式0方式1方式2方式301定時(shí)器模式計(jì)數(shù)器模式01與INT 無關(guān)00與INT 有關(guān)二.定時(shí)器控制寄存器TCON（88

9、H） 定時(shí)器工作模式寄存器TCON M1和M0 工作方式選擇位這兩位可形成四種編碼，對應(yīng)四種工作方式： M1 M0 方式 功 能 描 述 0 0 0 為13位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,TL存放低5位,TH存高8位 0 1 1 為16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 1 0 2 常數(shù)自動(dòng)裝入8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 1 1 3 僅適于T0,兩個(gè)8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器三.定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的四種工作模式方式0 高8位和低5位的一個(gè)13位計(jì)數(shù)器的運(yùn)行方式,見下圖. 當(dāng)TL1的低5 位溢出時(shí)，向TH1進(jìn)位，而TH1溢出(回零)時(shí)向TF1標(biāo)志進(jìn)位（硬件置位TF1），并申請中斷。還可以通過查詢TF1是否置位來判斷TH1是否回零溢出。 啟動(dòng)控制

10、BTR1A TR1(INT1+/GATE ) GATE TRx INTx 啟動(dòng)情況 0 0 X 停止 0 1 X 啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù) 1 0 X 停止 1 1 啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù) 1 1 停止 其中： 1 表示高電平，0表示低電平，X表示任意狀態(tài) 方式1 方式1是一個(gè)16為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，見下圖。 方式1的結(jié)構(gòu)幾乎與方式0完全一樣，唯一的差別是：方式1中的TH1(TH0)和TL1（TL0） 均是8位的，構(gòu)成16位計(jì)數(shù)器。 方式2 在方式2時(shí)，T/C被拆成一個(gè)8位的寄存器TH1（TH0）和一個(gè)8位計(jì)數(shù)器TL1（TL0），兩者構(gòu)成可以自動(dòng)重裝載的8位T/C，如圖所示。 每當(dāng)它計(jì)滿回零時(shí)1. 將溢出標(biāo)志TF

11、1置“1”，若中斷開放，向CPU發(fā)出溢出中斷請求；2. 從TH1（或TH0）中重新獲得初值并啟動(dòng)計(jì)數(shù); 也就是CPU 自動(dòng)將TH1（或TH0）中存放的初值重新裝回到TL1（或TL0），并在此初值的基礎(chǔ)上對TL1（或TL0）開始新一輪計(jì)數(shù)，周而復(fù)始，直到下停止計(jì)數(shù)或更改工作方式命令為止。？方式3方式3只適合于定時(shí)器T0, TH0和TL0按兩個(gè)獨(dú)立的8位計(jì)數(shù)器工作.5.1.4 定時(shí)器、計(jì)數(shù)器的初始化1. 初始化的步驟 MCS-51內(nèi)部的T/C是可編程的,其工作方式和模式通過程序進(jìn)行設(shè)定和控制,稱為對T/C的初始化。初始化的步驟是： 1)確定工作方式，即根據(jù)題目要求先給TMOD送一個(gè)方式控制字。 2

12、)計(jì)算計(jì)數(shù)初值/定時(shí)初值，并寫入TH0、TL0或 TH1、 TL1中。 3)根據(jù)需要，置位EA使CPU開放中斷，同時(shí)置位ETx允許T/C中斷。IP設(shè)定中斷優(yōu)先級。 4)給TCON送命令控制字，即置位TRx啟動(dòng)T/C計(jì)數(shù)。 2計(jì)數(shù)器初值的計(jì)算 T/C在計(jì)數(shù)模式下，計(jì)數(shù)之前必須給它的計(jì)數(shù)器TH0、TL0或TH1、TL1選送計(jì)數(shù)初值。T/C的計(jì)數(shù)器是在計(jì)數(shù)初值的基礎(chǔ)上加1計(jì)數(shù)的，當(dāng)計(jì)數(shù)器回“0”時(shí)自動(dòng)產(chǎn)生溢出，置位TFx中斷標(biāo)志，向CPU 提出中斷請求。 設(shè)需要計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的個(gè)數(shù)為 X，計(jì)數(shù)初值為C，由此可得出如下計(jì)算計(jì)數(shù)初值的通式： 計(jì)數(shù)初值: C M - X （51）式中，M為計(jì)數(shù)器的模值，該值和

13、計(jì)數(shù)器的工作方式有關(guān)。 當(dāng)方式0時(shí) M 當(dāng)方式1時(shí) （52） 當(dāng)方式2、3時(shí)例5-1 利用T0方式1產(chǎn)生1ms的定時(shí),在P1.0引腳上輸出周期為2ms的方波。設(shè)單片機(jī)晶振頻率fosc 12MHZ。 解： （1）確定T0的工作方式 要在P1.0輸出周期為2ms的方波，只要使P1.0每隔1ms 取反一次即可。 （2）確定T0的方式控制字 若用方式1，設(shè)置TMOD=01H（3）計(jì)算定時(shí)初值 Tcy12/fosc12/（12106 ）S1s 計(jì)數(shù)個(gè)數(shù) : X1ms/1s1000 定時(shí)初值:1若采用方式0，13位，則 C( -X） 8192-1000 7192D 1C18H 11100000 11000

14、B 高8位0E0H 低5 位18H TH0初值為0E0H，TL0初值為18H 。 2若采用方式1，16位，則 定時(shí)初值： C 65536-1000 64536 FC18H TH0初值為0FCH，TL0初值為18H ORG 0000HSJMP 0030HORG 0030H MOV TMOD，#01H SETB TR0LOOP：MOV TH0，#0FCH MOV TL0，#18H JNB TF0，$ CPL P10CLR TF0 SJMP LOOPEND 查詢方式START設(shè)定工作方式啟動(dòng)T0定時(shí)載入初值TF0=0?否是輸出方波軟件TF0=0END4) 查詢方式： 還可以使CPU采用查詢TF0的方

15、式處理T/C0定時(shí)溢出，編程簡單，但效率較低。 程序中查詢采用JNB TF0，$ 指令，目的是當(dāng)判到TF11后，必須用軟件復(fù)位TF1，為下次計(jì)數(shù)器回零溢出做好準(zhǔn)備，這條指令具有判TF1為1后清零的雙重功能。例5-2 利用GATE門控位測量從INT1引腳輸入的正脈沖寬度。解：1. 確定工作方式 (1）送方式控制字 （TMOD）1001 0000B90H ； T/C1定時(shí)，方式1 ，GATE1 。(2）計(jì)算初值 由于被測正脈沖寬度未知， 假設(shè)寬度= 65.536ms，fosc12MHz ，則： 計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)：X65536（最大） 定時(shí)初值：C65536-X65536-655360， （TH1）00H，（TL1）00H。 (3）編程方法 對P3.3(INT1)引腳輸入的脈沖采用查詢的方法。 P3.3 （INT1) 被測脈寬 置1 TR1 TH1TL1從0開始計(jì)數(shù) 清0 TR1,停止T/C1計(jì)數(shù)脈沖測試原理 ORG 0000H SJMP 0030H ORG 0030HMAIN：MOV TMOD，#90H；置T1方式控制字 MOV TL1，#00H； MOV TH1，#00H；T1從0開始計(jì)數(shù) JB P3.3,$；等 低電平 SETB TR1; T1允許計(jì)數(shù)