第MCS單片機(jī)的定時(shí)器計(jì)數(shù)器

會(huì)計(jì)學(xué)1第MCS單片機(jī)的定時(shí)器計(jì)數(shù)器25.1

定時(shí)/計(jì)數(shù)器概述5.2

定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作方式與原理5.3

定時(shí)/計(jì)數(shù)器的四種工作模式5.4

定時(shí)/計(jì)數(shù)器的控制和狀態(tài)寄存器5.5

定時(shí)/計(jì)數(shù)器的初值計(jì)算5.6

定時(shí)/計(jì)數(shù)器的應(yīng)用本章目錄第1頁(yè)/共43頁(yè)35.1定時(shí)/計(jì)數(shù)器概述定時(shí)、計(jì)數(shù)是計(jì)算機(jī)經(jīng)常要處理的操作。如：利用單片機(jī)產(chǎn)生某一頻率的方波（定時(shí)）；利用單片機(jī)作工業(yè)生產(chǎn)線上的產(chǎn)品數(shù)量統(tǒng)計(jì)、電機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量（計(jì)數(shù)）等。第2頁(yè)/共43頁(yè)4以定時(shí)為例：通常有兩種方法實(shí)現(xiàn)。軟件延時(shí)法：利用指令（延時(shí)子程序）運(yùn)行所消耗的時(shí)間實(shí)現(xiàn)所需的定時(shí)時(shí)間。特點(diǎn)：由CPU控制，占用CPU的資源；硬件法：利用一個(gè)硬件電路實(shí)現(xiàn)所需的時(shí)間定時(shí)，一旦時(shí)間到便產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)志信號(hào)通知CPU。特點(diǎn)：由CPU控制定時(shí)的啟動(dòng)，但定時(shí)過程由專用模塊實(shí)現(xiàn)，CPU不參與其過程。所以提高了CPU的工作效率。第3頁(yè)/共43頁(yè)5定時(shí)/計(jì)數(shù)器就是專用于產(chǎn)生延時(shí)和計(jì)數(shù)的外圍模塊，是單片機(jī)內(nèi)部重要的組成部分。作為一個(gè)嵌入式控制器，其內(nèi)部所包含的定時(shí)/計(jì)數(shù)器的數(shù)量已經(jīng)成為衡量其功能的重要指標(biāo)。第4頁(yè)/共43頁(yè)65.2定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作方式與原理單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器是硬件邏輯電路，它可以完成兩種不同的工作方式----“定時(shí)”、“計(jì)數(shù)”；使用硬件電路，可以提高CPU的工作效率。第5頁(yè)/共43頁(yè)7

定時(shí):產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間間隔;如20mS,100mS或1000mS等.單片機(jī)使用這種方式可以產(chǎn)生一個(gè)符合某一要求的脈沖方波(如下圖)。20mS40mSMCS-51Px.y輸出波形第6頁(yè)/共43頁(yè)8

計(jì)數(shù)：對(duì)外部的事件(脈沖)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。 外部事件的發(fā)生是隨機(jī)的,單片機(jī)不可能預(yù)知外部事件何時(shí)發(fā)生,但可以進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（計(jì)數(shù)）。當(dāng)達(dá)到所要求的計(jì)數(shù)值時(shí),單片機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的操作。MCS-51T0(T1)

端口外部脈沖外部設(shè)備第7頁(yè)/共43頁(yè)9單片機(jī)檢測(cè)產(chǎn)品數(shù)量示意圖P0口

MCS-51T0紅外線掃描發(fā)射器紅外線接收電路產(chǎn)品包裝控制器產(chǎn)品生產(chǎn)線產(chǎn)品傳送帶第8頁(yè)/共43頁(yè)10定時(shí)/計(jì)數(shù)器的基本模型D7D6D5D4D3D2D1D0CY計(jì)數(shù)脈沖CP溢出標(biāo)志8位的加一計(jì)數(shù)器定時(shí)、計(jì)數(shù)器的核心部件是一個(gè)計(jì)數(shù)器。兩種工作方式的區(qū)別在于計(jì)數(shù)脈沖來源；第9頁(yè)/共43頁(yè)11MCS-51單片機(jī)定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作原理

N位增量計(jì)數(shù)器TFN位初值寄存器系統(tǒng)內(nèi)部時(shí)鐘fosc啟動(dòng)控制TR外部脈沖T0或T1引腳定時(shí)/計(jì)數(shù)控制C/*T計(jì)數(shù)器溢出中斷信號(hào)計(jì)數(shù)脈沖CPC/*T=0C/*T=1定時(shí)、計(jì)數(shù)時(shí)間到標(biāo)志

（1）：何時(shí)控制啟動(dòng)計(jì)數(shù)器？問題： （2）：如何控制是定時(shí)還是計(jì)數(shù)？ （3）：如何控制定時(shí)/計(jì)數(shù)的長(zhǎng)短？第10頁(yè)/共43頁(yè)12TR. 定時(shí)計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)控制開關(guān)。

TR=1：計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)； TR=0：計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。C/T.計(jì)數(shù)器輸入脈沖選擇開關(guān)，決定著計(jì)數(shù)器的“定時(shí)” 或“計(jì)數(shù)”的兩種工作方式。

C/T=0：計(jì)數(shù)器接收內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)fosc---定時(shí)方式； C/T=1：計(jì)數(shù)器接收引腳上的外部信號(hào)---計(jì)數(shù)方式。TF.計(jì)數(shù)器溢出標(biāo)志。

TF=1：定時(shí)或計(jì)數(shù)時(shí)間到，可以采用查詢或中斷方 式處理；初值寄存器：預(yù)裝用來決定計(jì)數(shù)器產(chǎn)生溢出周期的參數(shù)， 此參數(shù)決定著定時(shí)或計(jì)數(shù)的周期。通常要預(yù)算并送入初 值寄存器中。第11頁(yè)/共43頁(yè)135.3定時(shí)/計(jì)數(shù)器的四種工作模式在MCS-51單片機(jī)內(nèi)部，具有兩個(gè)完全相同的定時(shí)計(jì)數(shù)器T0、T1。它們都具有兩種工作方式：定時(shí)和計(jì)數(shù)；無論是定時(shí)或計(jì)數(shù)方式，又都具備四種工作模式，以根據(jù)實(shí)際要求達(dá)到最佳的工作狀態(tài)。定時(shí)計(jì)數(shù)器的工作方式、工作模式是由SFR中的TMOD內(nèi)容來決定的。因此對(duì)其方式、模式的設(shè)定是靠對(duì)TMOD的初始化編程實(shí)現(xiàn)的。第12頁(yè)/共43頁(yè)14模式0:13位計(jì)數(shù)器模式TH1TL1震蕩器1/12(8位)(低5位)TF1中斷啟動(dòng)控制T1引腳TR1GATEINT1高三位棄用C/*T=0C/*T=113位加1計(jì)數(shù)器在某一個(gè)初值的基礎(chǔ)上加1計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)滿為全“1”,再來一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖時(shí)，就產(chǎn)生一個(gè)“溢出中斷信號(hào)”TF1=1。由于低8位計(jì)數(shù)器中的高三位沒有參與工作，故填裝初值時(shí)應(yīng)“避開”此三位。第13頁(yè)/共43頁(yè)15類同于模式0。由于兩個(gè)計(jì)數(shù)器為完整的8位，故將計(jì)算好的16位初值可直接填裝到TH、TL中。TL1TH1震蕩器1/12(8位)(8位)TF1中斷啟動(dòng)控制T1引腳TR1GATEINT1C/*T=0C/*T=1模式1:16位計(jì)數(shù)器模式16位加1計(jì)數(shù)器第14頁(yè)/共43頁(yè)16模式0、1的特點(diǎn)13位和16位的計(jì)數(shù)器模式。啟動(dòng)后，從某一個(gè)初值的基礎(chǔ)上進(jìn)行“加一”計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)到“全１”時(shí)再來一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，計(jì)數(shù)器就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)“溢出”即TF=1，此時(shí)計(jì)數(shù)器本身為“全零”。如果需要重復(fù)性的完成某一值的定時(shí)或計(jì)數(shù)，需要在每一次計(jì)數(shù)前不斷的重新預(yù)裝初值，稱之為“軟件重裝初值”。第15頁(yè)/共43頁(yè)17TL做計(jì)數(shù)器，TH做初值寄存器，工作前TL1,TH1分別預(yù)置相同的初值。TL1計(jì)數(shù)時(shí),產(chǎn)生溢出的同時(shí),將TH1中的初值自動(dòng)重裝TL1。TL1繼續(xù)計(jì)數(shù)。TL1(8位)TH1(8位)震蕩器1/12TF1中斷控制T1引腳TR1GATEINT1C/*T=1C/*T=0模式2

:8位自動(dòng)重裝初值模式8位加1計(jì)數(shù)器8位初值寄存器第16頁(yè)/共43頁(yè)18模式2的特點(diǎn)及應(yīng)用8位計(jì)數(shù)器的模式，定時(shí)或計(jì)數(shù)的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于模式0和模式1；具備初值“硬件自動(dòng)重裝”功能，非常適合進(jìn)行重復(fù)性定時(shí)的場(chǎng)合，如產(chǎn)生連續(xù)方波信號(hào)等。編成中省去了軟件重裝初值的麻煩；在MCS-51單片機(jī)中，T1設(shè)定成此模式用于做串行口波特率發(fā)生器。第17頁(yè)/共43頁(yè)19將T0和T1重新進(jìn)行“拆分、組合”。將T0變?yōu)橛蒚H0,TL0組成的兩個(gè)獨(dú)立的8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。TL0震蕩器1/12TF0中斷控制T0引腳TR0GATEINT0C/*T=0C/*T=1TH0TF1中斷控制TR1Fosc/12模式3

組合擴(kuò)展模式（僅適用于T0）第18頁(yè)/共43頁(yè)20【注意】：TH0,TL0及T1的各自特點(diǎn):1,

TH0計(jì)數(shù)脈沖來自內(nèi)部fosc，所以它只能處于”定時(shí)”方式；2,TH0分別借用了定時(shí)器T1的TR1和TF1為自己服務(wù)，使TH0能象TL0那樣用TR1啟動(dòng)定時(shí)，并用TF1來作為TH0的溢出中斷的標(biāo)志；3,此時(shí)，由于T1缺少了啟動(dòng)控制信號(hào)TR1和溢出標(biāo)志TF1，那么在模式3時(shí),T1是如何啟動(dòng)和工作？4,模式3就是將單片機(jī)原有的T0、T1兩個(gè)計(jì)數(shù)器變成三個(gè)獨(dú)立的計(jì)數(shù)器。其中T1要事先設(shè)定為模式2（串行口的波特率發(fā)生器）并啟動(dòng)起來。第19頁(yè)/共43頁(yè)21在模式3時(shí)T0,T1的電路結(jié)構(gòu)圖TL0八位定時(shí)/計(jì)數(shù)器TH0八位定時(shí)器TL1TF0TF1將T0分解為兩個(gè)計(jì)數(shù)器TL0：8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；TH0：8位定時(shí)器（借用TR1和TF1）T1（模式2）做波特率發(fā)生器。此種方式不用反復(fù)啟動(dòng)和查詢標(biāo)志TH1第20頁(yè)/共43頁(yè)22GATE信號(hào)的作用GATE=0時(shí)：當(dāng)TR1=1時(shí)，啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)工作。 一種定時(shí)計(jì)數(shù)器通常的工作方式；GATE=1且TR=1時(shí)：

INT=1時(shí),開始工作；

INT=0時(shí)，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。此方式用于測(cè)量INT腳上輸入的正脈沖的脈寬。TR0=1GATE=1/INT001100啟動(dòng)計(jì)數(shù)器第21頁(yè)/共43頁(yè)23定時(shí)/計(jì)數(shù)器4種模式比較（計(jì)數(shù)方式）模式計(jì)數(shù)模M最大計(jì)數(shù)值模式013位Tmax=213=8192模式116位Tmax=216=

65536模式2，38位Tmax=28=256第22頁(yè)/共43頁(yè)24定時(shí)/計(jì)數(shù)器4種模式比較（定時(shí)方式）模式計(jì)數(shù)模M最大定時(shí)時(shí)間Tmax（fosc=12M）模式013位Tmax=8192*1μ?

=8.192ms模式116位Tmax=65536*1μ?=65.536ms模式2，38位Tmax=256*1μ?=0.256msT=(M-TC)×t其中,T:定時(shí)時(shí)間，M:計(jì)數(shù)器的模，TC:計(jì)數(shù)初值，t:計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)脈沖的周期（t=fosc/12)。第23頁(yè)/共43頁(yè)255.4定時(shí)/計(jì)數(shù)器的控制和狀態(tài)寄存器GATE選通門:GATE=0時(shí),只要TR=1,計(jì)數(shù)器就開始工作；

GATE=1時(shí),只有INT=TR=“1”時(shí),計(jì)數(shù)器工作（用來測(cè)量INT腳高電平脈沖的寬度）。C/T計(jì)數(shù)、定時(shí)方式選擇位:C/T=1時(shí),計(jì)數(shù)方式。

C/T=0時(shí):定時(shí)方式。M1、M0模式選擇:確定四種工作模式.GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0定時(shí)/計(jì)數(shù)器1定時(shí)/計(jì)數(shù)器01.模式控制寄存器TMOD（SFR的地址:89H）第24頁(yè)/共43頁(yè)26TF0定時(shí)器T0的溢出標(biāo)志:

計(jì)數(shù)器溢出時(shí)硬件自動(dòng)置位，即TF0=1。進(jìn)入中斷后再由硬件自動(dòng)清除（TF0=0）；TR0計(jì)數(shù)器T0的控制位:

由軟件設(shè)定:TR0=1計(jì)數(shù)器開始工作；

TR0=0計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。TF1、TR1同上。TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT02.控制寄存器TCON(SFR地址:88H)第25頁(yè)/共43頁(yè)27IE1,IE0外部中斷*INT1,*INT0的請(qǐng)求標(biāo)志:

當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到INT引腳上有下降沿(或低電平)時(shí),IE=1申請(qǐng)中斷.進(jìn)入中斷服務(wù)程序時(shí),硬件自動(dòng)清除IE標(biāo)志.IT1,IT0外中斷觸發(fā)類型控制:IT=1時(shí),外中斷信號(hào)的下降沿觸發(fā)IE標(biāo)志；

IT=0時(shí),外中斷信號(hào)的低電平觸發(fā)IE標(biāo)志。TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0控制寄存器TCON(SFR地址:88H)第26頁(yè)/共43頁(yè)285.5定時(shí)/計(jì)數(shù)器的初值計(jì)算計(jì)數(shù)器TH、TL中的初值TC決定著計(jì)數(shù)器溢出的時(shí)間。根據(jù)具體的實(shí)際應(yīng)用的需要，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的TC值是對(duì)定時(shí)/計(jì)數(shù)器初始化的重要步驟；初值TC的大小與系統(tǒng)的工作頻率fosc和定時(shí)計(jì)數(shù)器的工作模式有關(guān)。第27頁(yè)/共43頁(yè)29（一）計(jì)數(shù)器工作方式下的TC計(jì)算TC=M-C其中：M---計(jì)數(shù)器的模模式0：M=213=8192

模式1：M=216=65536

模式2,3：M=28=256

C---要求的計(jì)數(shù)值第28頁(yè)/共43頁(yè)30（二）定時(shí)工作方式下的TC計(jì)算TC=M-T/T計(jì)數(shù)

其中：M---計(jì)數(shù)器的模 模式0：M=213 =8192

模式1：M=216 =65536

模式2,3：M=28 =256

T計(jì)數(shù)

---計(jì)數(shù)周期(即機(jī)器周期)=(1/fosc)×12

T---要求的定時(shí)時(shí)間值第29頁(yè)/共43頁(yè)31TC計(jì)算舉例（一）計(jì)數(shù)方式：要求每計(jì)100個(gè)脈沖定時(shí)器產(chǎn)生一次溢出?！窘?】選擇模式2。TC=256-100=156=9CH

MOV TH0，#9CH MOV TL0，#9CH【解2】選擇模式1。TC=65536-100=65436=FF9CH

MOV TH0，#0FFH MOV TL0，#9CH【思考題】若選用模式0，TC=？，如何編寫指令？第30頁(yè)/共43頁(yè)32TC計(jì)算舉例（二）定時(shí)方式：要求T0產(chǎn)生50mS的定式。【解1】選擇模式1。TC=M-T/T計(jì)數(shù)

TC=65536?（50mS*1000）/1μS =65536?50000 =15536=3CB0H

MOV TH0，#3CH MOV TL0，#0B0H【思考題】為什么選擇模式1？第31頁(yè)/共43頁(yè)335.6定時(shí)/計(jì)數(shù)器的應(yīng)用學(xué)習(xí)定時(shí)/計(jì)數(shù)器的編程方法： 首先，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，確定：工作方式的選擇（定時(shí)或計(jì)數(shù)？）；工作模式的確定（取決于定時(shí)或計(jì)數(shù)的范圍）；計(jì)算初值并裝載TH、TL寄存器中；啟動(dòng)定時(shí)器開始工作。

上述操作主要體現(xiàn)在對(duì)TMOD、TCON的初始化。第32頁(yè)/共43頁(yè)34（一）定時(shí)器方式1應(yīng)用舉例利用單片機(jī)的P1.0產(chǎn)生一個(gè)頻率為100HZ的對(duì)稱方波?！窘狻浚菏褂肨0。確定工作方式、工作模式和定時(shí)初值。1.選擇定時(shí)方式（C/T=0）；2.選擇模式1（M1、M0=

01)，3.計(jì)算初值TC

。TC=65536-5ms/1us=60536=EC78H

即TH=0ECH，TL=78H。

4.試編程。10ms5ms5ms第33頁(yè)/共43頁(yè)35用單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)方波發(fā)生器示意圖MCS-51P1.0GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0TMOD0000

0001TCON第34頁(yè)/共43頁(yè)36

ORG0030HSTRAT: MOVTMOD,#01H ;設(shè)定時(shí)器為定時(shí)，模式1

SETBTR0 ;啟動(dòng)定時(shí)器T0LOOP: MOVTH0,#0ECH ;設(shè)定時(shí)初值

MOVTL0,#78H

JNBTF0,$ ;定時(shí)時(shí)間到？

CLRTF0 ;清T0標(biāo)志

CPLP1.0 ;P1.0取反

SJMPLOOP ;循環(huán)繼續(xù)

END

程序清單（查詢法）第35頁(yè)/共43頁(yè)37程序流程圖（查詢法）設(shè)定T0的模式啟動(dòng)T0設(shè)定定時(shí)初值TF0=0清標(biāo)志CPLP1.0YN第36頁(yè)/共43頁(yè)38思考題：若采用模式0如何編程？

模式0時(shí)（13位模式）：

TC=8192-5ms/1us=3193=0C78H =0000110001111000B =0110001111000B高8位TH0低5位TL0MOV TH0，#63HMOV TL0，#18H【注意】低8位中的高三位用0來填充，即00011000第37頁(yè)/共43頁(yè)39（二）定時(shí)器方式1應(yīng)用舉例利用P1.0口線輸出周期為2S的方波。【解】如何產(chǎn)生1S（1000ms）的定時(shí)？

1000ms的定時(shí)由50ms累計(jì)20次。1,選擇T0且設(shè)定為定時(shí)方式，模式1。2,TC=65535-50ms/1us=3CB0H3,TMOD控制字為：00000001B=01H4,T0采用中斷方式,既每50ms產(chǎn)生一次中斷，中斷20次便是1S。軟件重裝初值R0=0？NYCPLP1.02S1S1SP1.020→R0R0-1→R0RETIBRT0中斷服務(wù)程序第38頁(yè)/共43頁(yè)40 ORG0000H LJMPSTART ORG0030HSTART: MOVTMOD,#01H ；設(shè)T0為定時(shí)方式，模式1

MOVTH0,#3CH

；50mS定時(shí)初值

MOVTL0,#0B0H

SETBTR0 ；啟動(dòng)定時(shí)器T0 MOVR0,#14H ；計(jì)數(shù)器R0賦初值20LOOP: JNBTF0,$

；等待50mS定時(shí)BRT0: DJNZR0,NEXT

；定時(shí)到計(jì)數(shù)器R0減一，R0≠0，轉(zhuǎn)NEXT

CPLP1.0 ；P1.0輸出取反

MOVR0,#14H

；計(jì)數(shù)器R0重賦初值20NEXT: MOVTH0,#3CH

；軟件重裝初值

MOVTL0,#0B0H SJMP LOOP ;返回LOOP繼續(xù)

END查詢方式編程第39頁(yè)/共43頁(yè)41（三）定時(shí)器門控位GATE的應(yīng)用如果GATE=1,TR=1時(shí)電路是否計(jì)數(shù)取決于/INT0：

/INT0=1

時(shí)開始計(jì)數(shù)；/INT0=0,電路停止計(jì)數(shù)。利用這一特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量外部脈沖的寬度。計(jì)數(shù)器震蕩器1/12TF0中斷計(jì)數(shù)控制T0引腳TR0GATEINT0C/*T=0C/*T=1MCS-51INT0第40頁(yè)/共43頁(yè)42解題步驟：將外部脈