第七章 定時器計數(shù)器

第七章定時器計數(shù)器第一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四7.4

51內(nèi)部定時／計數(shù)器及其應用2定時與計數(shù)的概念定時的主要作用是產(chǎn)生各種時標間隔。 軟件延時 硬件定時器計數(shù)：記錄（外部）事件的數(shù)量。例如：溫度測量第二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四定時／計數(shù)器的實質(zhì)3定時／計數(shù)器的實質(zhì)就是計數(shù)器，一般都具有定時兼計數(shù)的功能，具體是定時還是計數(shù)主要看計數(shù)對象（即計數(shù)脈沖）。若計數(shù)脈沖為已知固定周期的信號，則計數(shù)器就可以看作定時器；若計數(shù)脈沖為周期不固定的或未知的信號，則計數(shù)器只能看作是計數(shù)器。通過外部引腳對外部事件計數(shù)通過對機器周期進行計數(shù)實現(xiàn)定時MCS-51單片機內(nèi)部定時／計數(shù)器第三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四一、內(nèi)部定時／計數(shù)器結構和工作原理4

51單片機內(nèi)部有兩個可編程16位加1的定時器/計數(shù)器，具有兩種工作模式（計數(shù)器模式、定時器模式）和四種工作方式（方式0、方式1、方式2、方式3），其控制字均在相應的特殊功能寄存器（SFR）中，通過對它的SFR的編程，可以方便的選擇工作模數(shù)和工作方式。第四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四1、定時/計數(shù)器的結構5定時器/計數(shù)器是一個加1計數(shù)器，當計數(shù)溢出時產(chǎn)生中斷申請表示定時到或計數(shù)到。第五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四每輸入一個脈沖，計數(shù)器加1，當加到計數(shù)器各位都為1時，再輸入一個脈沖，計數(shù)器各位全變?yōu)?，溢出，中斷標志置1（SFR中TCON的TF0、TF1），從而向CPU申請中斷。由預置計數(shù)值就可以算出從加1計數(shù)器啟動到計滿溢出所需的時間，即定時時間。8位－256；13位－8192；16位－65536計數(shù)原理第六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四

對外部脈沖計數(shù)時，當脈沖有一個高電平到低電平“1”－“0”跳變時，計數(shù)器加1，且在每個機器周期的S5P2采樣外部輸入，若前一個機器周期采樣值為1，后一個機器周期采樣值為0，則計數(shù)器加1。

由于識別一個從1到0的負跳變信號需要兩個機器周期（24個振蕩周期），所以最高的計數(shù)頻率為系統(tǒng)時鐘頻率的1/24；兩個輸入脈沖的最小間隔應不小于兩個機器周期。又因為一個機器周期對信號采樣一次，因此輸入信號的電平寬度至少應持續(xù)一個機器周期。第七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四定時原理輸入脈沖不是外部脈沖源，而是一個晶體振蕩器的脈沖源。輸入脈沖是由內(nèi)部振蕩器的輸出經(jīng)12分頻送來，所以定時器可看做對機器周期的計數(shù)。晶振12MHz，機器周期1us，定時器每接收一個脈沖是1us晶振6MHz，機器周期2us，定時器每接收一個脈沖是1us加法計數(shù)器的初值可以由程序設定，設置的初值不同，計數(shù)值或定時時間就不同。定時時間不僅與計數(shù)初值有關，而且與系統(tǒng)時鐘頻率有關。第八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四對于16位計數(shù)器，最大定時時間是216個脈沖的時間。則定時時間△T=(216－X)*TT：輸入脈沖周期，T=12/fμs(f為晶振頻率1.2～12MHz)如為12MHz，則T＝1μsX：計數(shù)器初值（由程序輸入）對于12MHz晶體，T＝1μs，最大定時△T=65.536ms；對于6MHz晶體，T＝2μs，最大定時△T=131ms常使用：X=216－△T/T第九頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四例：系統(tǒng)時鐘頻率為12MHz，要產(chǎn)生1ms定時，求初值XT=12/12=1μs若為16位計數(shù)器X=216－1000/1=64536=0FC18H若為13位計數(shù)器X=213－1000/1=8192－1000=7192=1C18H不能采用8位計數(shù)器第十頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四二、T/C的特殊功能寄存器SFR111、16位定時/計數(shù)器0：核心的計數(shù)單元由兩個特殊功能寄存器TH0和TL0組成2、16位定時/計數(shù)器1：核心的計數(shù)單元由兩個特殊功能寄存器TH1和TL1組成3、定時器方式選擇寄存器：TMOD4、定時器控制寄存器：TCON第十一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四T/C的特殊功能寄存器SFR12第十二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四3、定時器方式選擇寄存器：TMODM1M0方式說明00013位定時器(TH的8位和TL的低5位）01116位定時器/計數(shù)器102自動重裝入初值的8位計數(shù)器113T0分成兩個獨立的8位計數(shù)器,T1在方式3時停止工作13地址：89H第十三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四定時器方式選擇寄存器：TMOD14GATE——門控位。

GATE=0啟動不受/INT0或/INT1的控制；

GATE=1啟動受

/INT0或

/INT1的控制。

C//T——外部計數(shù)器/內(nèi)部定時器方式選擇位

C//T=0定時方式；

C//T=1計數(shù)方式。

第十四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四4、定時器控制寄存器：TCON15TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0

TCON（88H）外部中斷有關1、TF1：定時器/計數(shù)器T1溢出中斷請求標志位。當啟動T1計數(shù)后，T1從初值開始加1計數(shù)，計數(shù)器最高位產(chǎn)生溢出時，由硬件使TF1置1，并向CPU發(fā)出中斷請求。當CPU響應中斷時，硬件將自動對TF1清0。2、TF0：定時器/計數(shù)器T0溢出中斷請求標志位。含義與TF1類同。第十五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四定時器控制寄存器：TCON16TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0

TCON（88H）外部中斷有關TR1：T1運行控制位。TR1=1時，T1開始工作；TR1清0時，T1停止工作。TR1由軟件置1或清0。所以，用軟件可控制定時/計數(shù)器的啟動與停止。TR0：T0運行控制位。第十六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四三、四種工作方式17除了方式3，T0和T1有完全相同的工作方式。第十七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四1、方式018T/C0方式0（13位計數(shù)器）的邏輯結構圖低5位高8位方式0為13位計數(shù)，由TL0的低5位（高3位未用）和TH0的8位組成。TL0的低5位溢出時向TH0進位，TH0溢出時，置位TCON中的TF0標志，向CPU發(fā)出中斷請求。P3.4第十八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四方式019定時計數(shù)模式選擇低5位高8位啟動控制分析GATE：門控位GATE=0時，定時計數(shù)器的啟停，僅僅由TR0控制，只要TR0=1就啟動

。GATE=1時，定時計數(shù)器的啟停，還將受到INT0引腳的控制。在TR0=1的前提下int0引腳=1計數(shù)，=0停止計數(shù)。

TR0=0停止計數(shù)。第十九頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四計數(shù)初值問題20初值重裝問題：用程序?qū)?~8191的某一數(shù)送入TH0、TL0作為初值，TH0、TL0從初值開始加法計數(shù)，直至溢出。所以初值不同，定時時間或計數(shù)值不同。必須注意的是：加法計數(shù)器TH0溢出后，必須用程序重新對TH0、TL0設置初值，否則下一次TH0、TL0將從0開始計數(shù)。初值計算問題：加法計數(shù)器。例如：計數(shù)1000個。213-1000=7192=1

11000001

1000BE0送TH18H送TLMOVTH0，#0E0HMOVTL0，#18H第二十頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四此種方式與MCS－48系列兼容，如果不是為了兼容的目的，一般不用方式0.方式0的全部功能，方式1都可以代替。如果要重復定時或計數(shù)，則須重新設置時間常數(shù)初值注意:第二十一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四2、方式122T/C0方式1

（16位計數(shù)器）的邏輯結構圖與方式0

相似，方式1時的計數(shù)長度是2的16次方。16位的初值直接拆成高低字節(jié)，分別送入TH和TL即可。初值的計算公式？？方式1第二十二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四3、方式2（計數(shù)初值自動再裝入）23

工作方式0和工作方式1的最大特點就是計數(shù)溢出后，計數(shù)器為全0，因而循環(huán)定時或循環(huán)計數(shù)應用時就存在反復設置初值的問題，這給程序設計帶來許多不便，同時也會影響計時精度。工作方式2就針對這個問題而設置，它具有自動重裝載功能，即計數(shù)初值自動再裝入。第二十三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四3、方式224方式2（計數(shù)初值自動再裝入）結構圖第二十四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四計數(shù)初值自動再裝入的實現(xiàn)25

在工作方式2中，16位計數(shù)器分為兩部分，即以TL0為計數(shù)器，以TH0作為預置寄存器，初始化時把計數(shù)初值分別加載至TL0和TH0中，當計數(shù)溢出時，不再象方式0和方式1那樣需要“人工干預”，由軟件重新賦值，而是由預置寄存器TH以硬件方法自動給計數(shù)器TL0重新加載。第二十五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四與方式0和方式1不同處：只使用TL0做8位計數(shù)器，最大計數(shù)值255；最大定時時間(晶振12MHz時)：256s用于需要重復定時和計數(shù)的場合。方式2用于定時工作方式，定時時間由下式確定：t=N×Tcy=(256-X)×Tcy計數(shù)初值X：X==256-t／Tcy第二十六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四4、方式327方式3（兩個8位獨立計數(shù)器）結構圖只能定時不能計數(shù)。既可以定時也可以計數(shù)第二十七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四方式3（兩個8位獨立計數(shù)器）28（2）TH0占用了T1的控制位TR1、和中斷標志位TF1，同時占用了T1的中斷資源，此時，TH0固定為一個8位計數(shù)器，啟動受TR1控制，只能定時不能計數(shù)。說明：（1）T0在方式3時，TL0使用T0的控制位C/T、GATE、TR0、INT0，既可以定時也可以計數(shù)。（3）T0工作在方式3時，T1可以工作在方式0、1、2。（4）T0工作在方式3時，占用了TR1、TF1;T1只受C/T位控制，計數(shù)滿時也沒有溢出中斷請求，只能將輸出送到串行口。所以此時T1可以作串行口波特率發(fā)生器，如果需要T1停止計數(shù)，只需設置T1為方式3即可。第二十八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四T0工作在方式3時，

T1工作在方式2的邏輯圖29第二十九頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四四、應用30定時/計數(shù)器的應用（1）選擇定時/計數(shù)器——T0、T1選擇其一，（2）定時或外計數(shù)選擇——C//T及GATE，（3）工作方式——M1、M0（4）計數(shù)初值——加1計數(shù)、位數(shù)（5）計數(shù)初值的再裝入1）寫TMOD；2）確定IE、IP；3）寫計數(shù)初值；4）啟動計數(shù)（TRi）

編制初始化程序：第三十頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四中斷相關寄存器31中斷允許控制寄存器IEEA--ESET1EX1ET0EX0

IE（A8H）AFHAEHADHACHABHAAHA9HA8H51單片機有兩個中斷優(yōu)先級。高優(yōu)先級或低優(yōu)先級中斷。中斷優(yōu)先級寄存器IPPSPT1PX1PT0PX0IP（B8H）

BCHBBHBAHB9HB8H第三十一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四設計一個能產(chǎn)生t=1ms

的周期信號發(fā)生器，試編程.32解：選T0方式0；C//T=0，GATE=0;12MHz時鐘，T=1usN=0.5ms/T=0.5ms/1us=500初值=213-500=8192-500=7692=1E0CH=0001111000001100B，

1E0CH01100TL011110000TH0F0H0CH第三十二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四33

LJMPMAIN

ORG000BHLJMPTim0ORG1000H

MAIN：

MOVSP，#60HMOVTL0，#0CHMOVTH0，#0F0HMOVTMOD，#00H

SETBTR0SETBET0SETBEASJMP＄

………

ORG0000H

Tim0：MOVTL0，#0CHMOVTH0，#0F0HCPLP1.0RETI設計一個能產(chǎn)生t=1ms

的周期信號發(fā)生器，試編程.200ms的方波？？第三十三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四34

LJMPMAIN

ORG000BHLJMPINSE0ORG1000H

MAIN：

MOVSP，#60HMOVTL0，#0CHMOVTH0，#0F0HMOVTMOD，#00H

SETBTR0SETBET0SETBEASJMP＄

MOVR2,#200

………

ORG0000H

INSE0：DJNZ

R2,Next

CPLP1.0

MOVR2,#200Next: MOVTL0，#0CHMOVTH0，#0F0HRETI設計一個能產(chǎn)生t=200ms

的周期信號發(fā)生器，試編程.200ms的方波:軟件計數(shù)第三十四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四

當實際應用系統(tǒng)中應用系統(tǒng)的2個外部中斷源已被占用，現(xiàn)要求增加1個外部中斷源，而片內(nèi)定時器/計數(shù)器沒有使用時，可利用定時器/計數(shù)器擴展外部中斷源，方法如下：將定時器/計數(shù)器設置為計數(shù)模式，計數(shù)初值設定為滿值，將待擴展的外部中斷源接到定時器/計數(shù)器。當從該引腳輸入一個下降沿信號，計數(shù)器加1后產(chǎn)生定時器/計數(shù)器溢出中斷。因此定時器/計數(shù)器可作為擴展中斷源的中斷輸入端。第三十五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四例：利用定時器/計數(shù)器T0擴展一個外部中斷源，T0設置為方式2（自動重裝初值方式）外部計數(shù)工作模式，TH0、TH1初值均為0FFH，初始化程序如下：INIT_T0:MOVTMOD,#06H;T0計數(shù)方式2MOVTH0,#0FFH;MOVTH0,#0FFH;SETBET0;T0開中斷；

SETBEA;開總中斷

SETBTR0;啟動計數(shù)器T0第三十六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四

#include<reg51.h> sbit pulse_out=P1^0; unsigned char flag; /*定義T0產(chǎn)生中斷標志位*/ /*定時器初始化程序*/ init_timer() { TMOD=0X25; /*T0計數(shù)，方式1；/*T1定時，方式2*/ TH0=0XFF; /*T0置初值*/ TL0=0XFF; TH1=0X06; /*T1置初值*/ TL1=0X06; IE=0X8A; /*開中斷*/ TR0=1; /*啟動T0*/ }例

假設某80C51應用系統(tǒng)的2個外部中斷源已被占用，現(xiàn)要求增加1個外部中斷源，并控制P1.0引腳輸出1個周期為1ms的方波。假設晶振頻率為6MHz。X=256-t/T=256–(500)/2==0X06HIEEAESET1EX1ET0EX0第三十七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四 /*T0中斷服務程序*/ voidt0_int()interrupt1 { TR0=0; /*T0停止工作*/ flag=1; /*置1中斷產(chǎn)生標志位*/ } /*T1中斷服務程序*/ voidt1_int()interrupt3 { pulse_out=!pulse_out; /*脈沖輸出位取反*/ } main()/*主程序*/ { init_timer(); /*調(diào)用定時器初始化程序*/ flag=0; /*T0產(chǎn)生中斷標志位清0*/ while(!flag); /*等待T0產(chǎn)生中斷*/ TR1=1; /*T0中斷后，啟動T1*/ while(1); /*等待T1`中斷*/ }第三十八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四方式1的應用例：利用定時/計數(shù)器（T0）的方式1，產(chǎn)生一個50Hz的方波，此方波由P1.0引腳輸出，假設晶振頻率為12MHz。1)確定定時器初值X：由于晶振為12MHz，所以一個機器周期Tcy=（12×1）/（12×106）=1μs。計數(shù)初值X=216-t／Tcy=65536-0.01s／1μs=65536-10000=55536=D8F0H

即應將D8H送入TH0中，F(xiàn)0H送入TL0中。2)根據(jù)要求求得T0的方式控制字TMOD：

GATE=0,C/T=0，M1M0=01，可得方式控制字TMOD=01H，即T0的方式1。第三十九頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四

查詢方式：

#include<reg51.h> sbitpulse_out=P1^0; /*定義脈沖輸出位*/ main() { TMOD=0x01; /*T0定時方式1*/ TH0=0xD8; /*裝入計數(shù)初值*/ TL0=0xF0; TR0=1; /*啟動定時器T0*/ while(1) { if(TF0) /*查詢TF0,等待定時時間到*/ { TF0=0; /*定時時間到，清TF0*/ TH0=0xD8; /*重裝計數(shù)初值*/ TL0=0xF0; pulse_out=!pulse_out; /*脈沖輸出位取反*/ } } }第四十頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四

中斷方式：

#include<reg51.h> sbit pulse_out=P1^0; /*定義脈沖輸出位*/ /*中斷服務程序*/ void T0_int()interrupt 1 { TH0=0xD8; /*重裝計數(shù)初值*/ TL0=0xF0; pulse_out=!pulse_out; /*脈沖輸出位取反*/ }/*主程序*/ main() { TMOD=0x01; /*T0定時方式1*/ TH0=0xD8; /*裝入計數(shù)初值*/ TL0=0xF0; ET0=1; /*T0開中斷*/ EA=1; /*開總中斷*/ TR0=1; /*啟動定時器T0*/ while(1); /*等待中斷*/ }第四十一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四例：假設系統(tǒng)時鐘為6MHz，編寫定時器T0定時1s的程序。分析：MAX=131.072ms1s=100ms*10；X=65536-100/2=3CBOH #include<reg51.h>

/*定時器T0中斷服務程序*/ void T0_int()interrupt1 { staticunsignedchar count; /*聲明靜態(tài)變量count*/ count++; /*累計中斷次數(shù)*/ TH0=0x3C; /*重裝計數(shù)初值*/ TL0=0xB0; if(count==10) {TR0=0; /*1s到，停止T0工作*/ } }/*主程序*/ main() { TMOD=0x01; /*T0定時方式1*/ TH0=0x3C; /*裝入計數(shù)初值*/ TL0=0xB0; ET0=1; /*T0開中斷*/ EA=1; /*開總中斷*/ TR0=1; /*啟動定時器T0*/ while(1); /*等待中斷*/ }第四十二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四方式2例:利用定時/計數(shù)器T1的方式2對外部信號計數(shù)。要求每計滿200個數(shù)，將P1.0引腳信號取反。 #include<reg51.h> sbit pulse_out=P1^0; /*定義脈沖輸出位*/ voidt1_int()interrupt3 { pulse_out=!pulse_out; /*取反脈沖輸出位*/ } main() { TMOD=0x60; /*T1計數(shù)方式2*/ TH1=0x38; /*裝入計數(shù)初值*/ TL1=0x38;256-200=56=0x38 ET1=1; /*T1開中斷*/ EA=1; /*開總中斷*/ TR1=1; /*啟動定時器T1*/ while(1); /*等待中斷*/ }第四十三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四方式3例：

定時/計數(shù)器T1作波特率發(fā)生器用，增加1個外部中斷源，并用它來控制P1.0引腳輸出1個5KHz的方波。假設晶振頻率為6MHz。 #include<reg51.h> sbit pulse_out=P1^0; /*定義脈沖輸出位*/ /*定時器初始化程序*/ init_timer() { TMOD=0X27; /*設置定時器工作方式*/ TL0=0XFF; /*裝入初值*/ TH0=0XCE; TL1=0Xxx; /*根據(jù)波特率設置初值*/ TH1=0Xxx; IE=0X9A; /*允許中斷*/ TR0=1; /*啟動TL0*/ }第四十四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四

/*TL0中斷服務程序*/ voidtl0_int()interrupt1 { TR1=1; /*啟動TH0*/ TL0=0XFF; /*重裝初值*/ } /*TH0中斷服務程序*/ voidth0_int()interrupt3 { TH0=0XCE; /*重裝初值*/ pulse_out=!pulse_out; /*脈沖輸出位取反*/ } /*主程序*/ main() { init_timer(); /*調(diào)用定時器初始化程序*/ while(1); /*等待中斷*/ }第四十五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四例：門控位GATE的應用——測量INTX引腳脈沖寬度

當GATE0=1且TR0=1時，只有INT0引腳輸入高電平時，T1才被允許工作。利用這個特性，可測量從INT0引腳（P3.2）上輸入的正脈沖的寬度，其方法如圖所示。（P3.2）09H→TMOD1→GATE01→TR0T0從0開始計數(shù)測量脈沖寬度0→TR0停止計數(shù)圖6-23利用GATE位測量正脈沖寬度第四十六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四

ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0100H MAIN: MOV SP,#60H MOV TMOD,#09H ;設置定時器工作方式

MOV TL0,#00H MOV TH0,#00H JB P3.2,$ ;等待P3.2變低

SETB TR0 ;P3.2變低后，啟動T0 JNB P3.2,$ ;等待P3.2變高

JB P3.2,$ ;等待P3.2變低

CLR TR1 ;停止T0計數(shù)

MOV R7,TL0 ;緩存計數(shù)值

MOV R6,TH0 END第四十七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四例7.1:

用定時/計數(shù)器模擬生產(chǎn)線產(chǎn)品計件，以按鍵模擬產(chǎn)品檢測，按一次鍵相當于產(chǎn)品計數(shù)一次。檢測到的產(chǎn)品數(shù)送P1口顯示，采用單只數(shù)碼管顯示，計滿16次后從頭開始，依次循環(huán)。系統(tǒng)采用12MHz晶振。第四十八頁，共