定時器／計數(shù)器及應(yīng)用

5定時器/計數(shù)器及其應(yīng)用５.1定時器/計數(shù)器工作原理1．基本概念（1）計數(shù)：計數(shù)是指對外部事件的個數(shù)進(jìn)行計量。其實質(zhì)就是對外部輸入脈沖的個數(shù)進(jìn)行計量。實現(xiàn)計數(shù)功能的器件稱為計數(shù)器。（2）定時：8051單片機(jī)中的定時器和計數(shù)器是一個部件，只不過計數(shù)器記錄的是外界發(fā)生的事件，而定時器則是由單片機(jī)內(nèi)部提供一個非常穩(wěn)定的計數(shù)源進(jìn)行定時的。這個計數(shù)源是由單片機(jī)的晶振經(jīng)過12分頻后獲得的一個脈沖源。所以定時器計數(shù)脈沖的時間間隔與晶振有關(guān)。（3）定時的種類軟件定時：利用執(zhí)行一個循環(huán)程序進(jìn)行時間延遲。其特點(diǎn)是定時時間精確，不需外加硬件電路，但占用CPU時間。因此軟件定時的時間不宜過長。

硬件定時：利用硬件電路實現(xiàn)定時。其特點(diǎn)是不占用CPU時間，通過改變電路元器件參數(shù)來調(diào)節(jié)定時，但使用不夠靈活方便。對于時間較長的定時，常用硬件電路來實現(xiàn)。

可編程定時器：通過專用的定時器/計數(shù)器芯片實現(xiàn)。其特點(diǎn)是通過對系統(tǒng)時鐘脈沖進(jìn)行計數(shù)實現(xiàn)定時，定時時間可通過程序設(shè)定的方法改變，使用靈活方便。也可實現(xiàn)對外部脈沖的計數(shù)功能。

MCS-51單片機(jī)內(nèi)部有兩個16位可編程的定時器/計數(shù)器，簡稱為T0和T1，均可作定時器用也可計數(shù)器，它們均是二進(jìn)制加法計數(shù)器，當(dāng)計數(shù)器計滿回零時能自動產(chǎn)生溢出中斷請求，表示定時時間已到或計數(shù)已終止。適用于定時控制、延時、外部計數(shù)和檢測等。計數(shù)器：對引腳T0（P3.4）和T1（P3.5.）輸入的外部脈沖信號計數(shù)，當(dāng)輸入脈沖信號從1到0的負(fù)跳變時，計數(shù)器就自動加1。計數(shù)的最高頻率一般為振蕩頻率的1/24。定時器：對系統(tǒng)晶振振蕩脈沖的12分頻輸出進(jìn)行計數(shù)。（1）定時器/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)組成：16位加法計數(shù)器、工作方式寄存器TMOD和控制寄存器TCON。T0：TL0（低8位）和TH0（高8位）T1：TL1（低8位）和TH1（高8位）2．MCS-51內(nèi)部定時器/計數(shù)器

8051單片機(jī)內(nèi)部的定時器/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)如下圖所示。（2）控制寄存器TCON(88H)

TF1

TR1

TF0

TR0IE1IT1IE0IT0TF0/TF1：T0/1計數(shù)溢出標(biāo)志位。可用于申請中斷或供CPU查詢。在進(jìn)入中斷服務(wù)程序時會自動清零；但在查詢方式時必須軟件清零。

=1：計數(shù)溢出；

=0：計數(shù)未滿。TR0/TR1：T0/1啟停控制位。=1：啟動計數(shù)；=0：停止計數(shù)。IE0/IE1和IT0/IT1：用于管理外部中斷（前面已介紹過）。

M1,M0：工作方式選擇位。=00：13位定時器/計數(shù)器；=01：16位定時器/計數(shù)器（常用）；=10：可自動重裝的8位定時器/計數(shù)器（常用）；=11：T0分為2個8位定時器/計數(shù)器；僅適用于T0。C/：定時方式/計數(shù)方式選擇位。=1：選擇計數(shù)器工作方式，對T0/T1引腳輸入的外部事件的負(fù)脈沖計數(shù)；=0：選擇定時器工作方式，對機(jī)器周期脈沖計數(shù)定時。如下頁圖所示。（2）工作方式寄存器TMOD

GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0T1T0GATE：門控位，定時器/計數(shù)器的啟/?？捎绍浖c硬件兩者控制=0：軟件控制，只由TCON中的啟/?？刂莆籘R0/TR1控制定時器/計數(shù)器的啟/停。=1：硬件控制，由外部中斷請求信號/和TCON中的啟/停控制位TR0/TR1組合狀態(tài)控制定時器/計數(shù)器的啟/停。其控制邏輯如下圖所示。５．３定時器/計數(shù)器的工作方式

8051單片機(jī)的定時器/計數(shù)器共有四種工作模式，現(xiàn)以T0為例加以介紹，T1與T0的工作原理相同，但方式3下T1停止計數(shù)。方式（如F0）和用戶定義名稱等幾種方式。1．工作方式0（M1M0=00，13位定時器/計數(shù)器）

由TH0的全部8位和TL0的低5位（TL0的高3位未用）構(gòu)成13位加1計數(shù)器，當(dāng)TL0低5位計數(shù)滿時直接向TH0進(jìn)位，并當(dāng)全部13位計數(shù)滿溢出時，溢出標(biāo)志位TF0置“1”。2．工作方式1（M1M0=01，16位定時器/計數(shù)器）

由TH0和TL0構(gòu)成16位加1計數(shù)器，其他特性與工作方式0相同。3．工作方式2（M1M0=10，自動重裝計數(shù)初值的8位定時器/計數(shù)器）

16位定時器/計數(shù)器被拆成兩個8位寄存器TH0和TL0，CPU在對它們初始化時必須裝入相同的定時器/計數(shù)器初值。以TL0作計數(shù)器，而TH0作為預(yù)置寄存器。當(dāng)計數(shù)滿溢出時，TF0置“1”，同時TH0將計數(shù)初值以硬件方法自動裝入TL0。這種工作方式很適合于那些重復(fù)計數(shù)的應(yīng)用場合（如串行數(shù)據(jù)通信的波特率發(fā)生器）。4．工作方式3（M1M0=11，2個8位定時器/計數(shù)器，僅適用于T0）TL0：8位定時器/計數(shù)器，使用T0原有控制資源TR0和TF0，其功能和操作與方式0或方式1完全相同。TH0：只能作為8位定時器，借用T1的控制位TR1和TF1，只能對片內(nèi)機(jī)器周期脈沖計數(shù)。在方式3模式下，定時器/計數(shù)器0可以構(gòu)成兩個定時器或者一個定時器和一個計數(shù)器。T0方式3下的T1方式2，因定時初值能自動恢復(fù)，用作波特率發(fā)生器更為合適。

定時器/計數(shù)器可按片內(nèi)機(jī)器周期定時，也可對由T0/T1引腳輸入一個負(fù)脈沖進(jìn)行加法計數(shù)。在應(yīng)用時，其工作方式和工作過程均可通過程序設(shè)定和控制，因此，定時器/計數(shù)器在工作前必須先對其進(jìn)行初始化，計算和設(shè)置初值。1.定時器T0/T1中斷申請過程（1）在已經(jīng)開放T0/T1中斷允許且已被啟動的前提下，T0/T1加1計滿溢出時TF0/TF1標(biāo)志位自動置“1”；（2）CPU檢測到TCON中TF0/TF1變“1”后,將產(chǎn)生指令：LCALL000BH/LCALL001BH執(zhí)行中斷服務(wù)程序；（3）TF0/TF1標(biāo)志位由硬件自動清“0”,以備下次中斷申請。５.４定時器/計數(shù)器的應(yīng)用

2.定時器/計數(shù)器初始化的步驟

（1）寫TMOD，設(shè)置定時器/計數(shù)器的工作方式；

（2）計算定時器/計數(shù)器的初值，寫入TH0/TH1、TL0/TL1。

（3）設(shè)置IE、IP，以開放相應(yīng)的中斷和設(shè)定中斷優(yōu)先級。3.定時器/計數(shù)器的定時器/計數(shù)器范圍

（1）工作方式0：13位定時器/計數(shù)器方式最大計數(shù)值=213=8192（2）工作方式1：16位定時器/計數(shù)器方式最大計數(shù)值=216=65536

（3）工作方式2和工作方式3：8位的定時器/計數(shù)器方式

最大計數(shù)值=28=2563.計數(shù)器初值的計算

方法：用最大計數(shù)量減去需要的計數(shù)次數(shù)。即：TC=MC其中：TC——計數(shù)器需要預(yù)置的初值；M——計數(shù)器的模值（最大計數(shù)值）；方式0時，M=213；方式1時，M=216；方式2,3時，M=28；C——計數(shù)器計滿回0所需的計數(shù)值，即設(shè)計任務(wù)要求的計數(shù)值。例如：流水線上一個包裝是12盒，要求每到12盒就產(chǎn)生一個動作，用單片機(jī)的工作方式0來控制，則應(yīng)當(dāng)預(yù)置的初值為：TC=MC=213

12=81804.定時器初值的計算

定時時間的計算公式為：T=（MTC）×T0（或TC=MT/T0）其中：T——定時器的定時時間，即設(shè)計任務(wù)要求的定時時間；T0——計數(shù)器計數(shù)脈沖的周期，即單片機(jī)系統(tǒng)主頻周期的12倍；M——計數(shù)器的模值；TC——定時器需要預(yù)置的初值。若設(shè)初值TC=0，則定時器定時時間為最大。若設(shè)單片機(jī)系統(tǒng)主頻為12MHz，則各種工作方式定時器的最大定時時間為：工作方式0：

Tmax=213×1s=8.192ms工作方式1：

Tmax=216×1s=65.536ms工作方式2和3：Tmax=28×1s=0.256ms5.定時器/計數(shù)器應(yīng)用舉例

[例題4]

設(shè)一只發(fā)光二極管LED和8051的P1.0腳相連。當(dāng)P1.0腳是低電平時，LED發(fā)亮；當(dāng)P1.0腳是高電平時，LED不亮。編制程序用定時器來實現(xiàn)發(fā)光二極管LED的閃爍功能，設(shè)置LED每1s閃爍一次。已知單片機(jī)系統(tǒng)主頻為12MHz。解：定時器/計數(shù)器的最長的定時是65.536ms，無法實現(xiàn)1s的定時?？梢圆捎密浖嫈?shù)器來進(jìn)行設(shè)計。設(shè)計思想：定義一個軟件計數(shù)器單元30H，先用定時器/計數(shù)器0做一個50ms的定時器，定時時間到了以后將軟件計數(shù)器中的值加1，如果軟件計數(shù)器計到了20，取反P1.0，并清掉軟件計數(shù)器中的值，否則直接返回。則完成了20次定時中斷才取反一次P1.0，因此定時時間就為20×50=1000ms=1s。定時器/計數(shù)器0采用工作方式1，其初值為：21650ms/1s=6553650000=15536=3CB0H電路圖如下：定時器初值的新算法:程序如下：

ORG0000H AJMPSTART;轉(zhuǎn)入主程序 ORG000BH ;定時器/計數(shù)器0的中斷服務(wù)程序入口地址 AJMPTIME0 ;跳轉(zhuǎn)到真正的定時器中斷服務(wù)程序處 ORG0030H START:MOVSP,#60H;設(shè)置堆棧指針 MOVP1,#0FFH;關(guān)發(fā)光二極管LED（使其滅） MOV30H,#00H;軟件計數(shù)器預(yù)清0 MOVTMOD,#01H;定時器/計數(shù)器0工作于方式1 MOVTH0,#3CH;設(shè)置定時器/計數(shù)器的初值 MOVTL0,#0B0H SETBEA ;開總中斷允許 SETBET0 ;開定時器/計數(shù)器0中斷允許 SETBTR0 ;啟動定時器/計數(shù)器0LOOP:AJMPLOOP ;循環(huán)等待（真正工作時，這里可寫任意其他程序） 定時器/計數(shù)器0的中斷服務(wù)程序1：

TIME0:PUSHACC;將PSW和ACC推入堆棧保護(hù) PUSHPSW INC30H ;軟件計數(shù)器加1 MOVA,30H CJNEA,#20,T_LP2 ;軟件計數(shù)器單元中的值到了20了嗎？到了，繼續(xù)執(zhí)行;否則，轉(zhuǎn)入T_LP2T_LP1:CPLP1.0 ;到了，P1.0取反 MOV30H,#00H ;清軟件計數(shù)器(或置初值20)T_LP2:MOVTH0,#3CH ;重置定時器/計數(shù)器的初值 MOVTL0,#0B0H POPPSW ;恢復(fù)PSW和ACC POPACC RETI ;中斷返回 END 定時器/計數(shù)器0的中斷服務(wù)程序2：

TIME0:MOVTL0,#0B0H;重置定時器/計數(shù)器的初值