定時計數(shù)器及其應(yīng)用

定時計數(shù)器及其應(yīng)用第1頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月第八章定時計數(shù)器及其應(yīng)用8.0引言8.1T0/T1的基本結(jié)構(gòu)和工作方式8.2定時器的應(yīng)用第2頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月一、定時器計數(shù)器的功能：1．定時器的功能：定時發(fā)出脈沖信號，向CPU申請中斷，其定時間隔的長短及起始控制的時間均可由程序控制。例如某機械零件的熱處理工藝曲線為：溫度開始定時保溫5分鐘淬火清洗開始定時回火3小時空冷

實際控制可以由單片機定時發(fā)出信號控制自動完成整個工藝過程。8.0引言第3頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月2.計數(shù)功能：對外界發(fā)生的事件計數(shù)(輸入脈沖)，當達到程序規(guī)定的計數(shù)值時，輸出一脈沖信號，申請中斷。例如一啤酒生產(chǎn)線，如下圖所示

計數(shù)24瓶光電信號24瓶裝完申請中斷轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序裝箱輸送帶第4頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月★定時器（Timer）與計數(shù)器（Counter）的區(qū)別★定時計數(shù)器在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中的地位和作用時間基準、延時、電子音樂、電機速度控制工業(yè)測量（電機速度、產(chǎn)量、信號頻率、脈沖寬度）★51系列單片機片上定時計數(shù)器的基本特性：

可編程（3個方面）：

1）位數(shù)

2）啟動方式

3）定時/計數(shù)方式★其它計數(shù)器：

74LS161、163、160、162(不可編程)第5頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月問題/知識點1.T0/T1有哪幾種工作模式？

2.方式1、2各有什么突出特點？

3.T0/T1的計數(shù)信號來源于何處？

4.對外部信號計數(shù)時的最高允許頻率為多少？

5.如何啟動T0/T1定時或計數(shù)？

6.TF0、TF1在什么情況下會自動置1？何時

會自動清零？

7.相關(guān)的SFR有哪幾個？第6頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月8.1MCS-51的定時器兩個可編程的定時器/計數(shù)器T1、T0。2種工作模式：（1）計數(shù)器工作模式（2）定時器工作模式4種工作方式(方式0-方式3)第7頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月1、計數(shù)原理對外部事件進行計數(shù)。1）預(yù)先裝入一個計數(shù)初值。2）每來一個外部脈沖輸入，記數(shù)器＋1。3）記數(shù)器計滿回零，產(chǎn)生溢出中斷請求。計數(shù)值當前值初值第8頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月2、定時原理對周期性的定時脈沖進行計數(shù)。1）預(yù)先裝入一個計數(shù)初值。2）周期性＋1記數(shù)。3）記數(shù)器計滿回零，產(chǎn)生溢出中斷請求。定時時間記數(shù)器的模初值計數(shù)脈沖的周期MCS－51單片機的定時脈沖頻率為系統(tǒng)晶振頻率的12分頻，即一個機器周期。第9頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月8.1.1定時器/計數(shù)器的控制TMOD：選擇定時器/計數(shù)器T0、T1的工作模式和工

作方式。

TCON：控制T0、T1的啟動和停止計數(shù)，同時鎖存T0、

T1的狀態(tài)。系統(tǒng)復(fù)位時，TMOD和TCON的所有位清0用戶可用軟件對TMOD和TCON進行寫入和更改。第10頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月8.1.1.1定時器/計數(shù)器控制寄存器TCON

低4位與外部中斷有關(guān)，已介紹。高4位的功能如下：

(1)TF1、TF0——計數(shù)溢出標志位

(2)TR1、TR0——計數(shù)運行控制位

1：啟動定時器/計數(shù)器工作

0：停止定時器/計數(shù)器工作第11頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月標志位計滿溢出時，單片機內(nèi)部硬件對TF0（TF1）置“1”。中斷方式：作為中斷標志位。在響應(yīng)中斷轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序后，由硬件自動對TF清“0”。查詢方式：作為定時器狀態(tài)位以供查詢。查詢有效后以軟件及時將該位清“0”。第12頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月例：用位操作來使用定時器SETBTR1SETBTR0CLRTR1CLRTR0JBCTF1，L1；查詢TF1，為1則轉(zhuǎn)向L1且TF1清零。第13頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月8.1.1.2工作方式控制寄存器TMODTMOD的字節(jié)地址為89H，不能按位尋址，只能用字節(jié)傳送指令來設(shè)置。8位分為兩組，高4位控制T1，低4位控制T0。第14頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）GATE——門控位

0：以TRx（x=0,1）來啟動定時器/計數(shù)器運行。

1：用外中斷引腳(/INT0或/INT1)上的高電平和

TRx來啟動定時器/計數(shù)器運行。

(2)C/T*——計數(shù)器模式和定時器模式選擇位

1：計數(shù)方式，計數(shù)脈沖從外部引腳引入。

T0－P3.4T1－P3.5

0：定時器方式，計數(shù)脈沖為內(nèi)部脈沖。

脈沖周期＝機器周期第15頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）M1、M0——工作方式選擇位

M1M0工作方式

00 方式0，13位定時器/計數(shù)器。

01 方式1，16位定時器/計數(shù)器。

10 方式2，8位常數(shù)自動重新裝載

11 方式3，僅適用于T0，T0分成兩個8 位計數(shù)器，T1停止計數(shù)。第16頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月8.1.2定時器/計數(shù)器的4種工作方式

8.1.2.1定時工作方式0M1、M0為00，定時器/計數(shù)器的框圖：

TL計滿溢出向TH進位。13位計滿溢出時TF1置位。第17頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月方式0——13位的計數(shù)器C/T*位決定工作模式：

0：開關(guān)打在上面，為定時器工作模式；

1：開關(guān)打在下面，為計數(shù)器工作模式，計數(shù)脈沖為P3.4、P3.5引腳上的外部輸入脈沖，當引腳上發(fā)生負跳變時，計數(shù)器加1。GATE位：決定定時器/計數(shù)器的運行是取決于TRx一個條件還是TRx和INTx*引腳兩個條件。GATE＝1TR1=1時由/INT1信號控制計數(shù)脈沖的接通或斷開。常用于測量外部輸入信號的脈沖寬度。第18頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月8.1.2.2方式1

M1、M0=01，16位的計數(shù)器。TL計滿溢出向TH進位。16位計滿溢出時TF1置位。第19頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

在方式0和方式1中，計數(shù)計滿溢出后，使其值為0。在循環(huán)定時或計數(shù)應(yīng)用中，必須反復(fù)預(yù)置計數(shù)初值，不僅會影響定時精度，而且給程序設(shè)計帶來不便。第20頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月THx作為常數(shù)緩沖器，當TLx計數(shù)溢出時，在置“1”溢出標志TFx的同時，還自動的將THx中的初值送至TLx，使TLx從初值開始重新計數(shù)。M1、M0=10，等效框圖如下：8.1.2.3方式2

計數(shù)滿后自動裝入計數(shù)初值。第21頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

省去用戶軟件中重裝初值的程序，精確的定時。

定時器作串口波特率發(fā)生器時，常選用定時方式2。定時器/計數(shù)器的方式2工作過程如圖(X=0,1)。

初始化時，將初值分別付給THx和TLx。第22頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）T1工作在方式1

（3）T1工作在方式2

0～7第23頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月第24頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

回顧1.T0/T1有哪幾種工作模式？

2.方式1、2各有什么突出特點？

3.T0/T1的計數(shù)信號來源于何處？

4.對外部信號計數(shù)時的最高允許頻率為多少？

5.如何啟動T0/T1定時或計數(shù)？

6.TF0、TF1在什么情況下會自動置1？何時

會自動清零？

7.相關(guān)的SFR有哪幾個？第25頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月4種工作方式中，方式0與方式1基本相同，由于方式0是為兼容MCS-48而設(shè)，初值計算復(fù)雜，在實際應(yīng)用中，一般不用方式0，而采用方式1。8.1.3定時器/計數(shù)器的編程和應(yīng)用第26頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月8.1.3.1計算初值的計算1、定時方式下的計數(shù)初值定時時間

或者第27頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月計數(shù)初值:方式0：n＝13方式1：n＝16方式2：n＝8第28頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月計數(shù)方式下的計數(shù)初值在計數(shù)方式下，可分為兩種情況：1、已知計數(shù)脈沖的個數(shù)C2、未知計數(shù)脈沖的個數(shù)C第29頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月定時/計數(shù)器初始化基本步驟

1）根據(jù)定時時間或計數(shù)要求，確定計數(shù)初值

2）確定工作方式，寫控制字到TMOD3）預(yù)置定時或者計數(shù)的初值x4）根據(jù)需求開放定時器/計數(shù)器的中斷

5）啟動定時器/計數(shù)器

8.1.3.2初始化編程第30頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

8.1.3.3應(yīng)用舉例1、方式1應(yīng)用

例：假設(shè)系統(tǒng)時鐘頻率采用6MHz，要在P1.0上輸出一個周期為2ms的方波，如圖所示。

第31頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

方波的周期用T0來確定，讓T0每隔1ms計數(shù)溢出1次(每1ms產(chǎn)生一次中斷)，CPU響應(yīng)中斷后，在中斷服務(wù)程序中對P1.0取反。

(1)計算初值X

設(shè)初值為X，則有: (216-X)×2×10-6=1×10-3216-X=500X=65036X化為16進制，即X=FE0CH=1111111000001100B。所以，T0的初值為：TH0=0FEHTL0=0CH

(2)初始化程序設(shè)計

第32頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月中斷服務(wù)程序主程序第33頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

對寄存器IP、IE、TCON、TMOD的相應(yīng)位進行正確設(shè)置，將計數(shù)初值送入定時器中。(3)程序設(shè)計

中斷服務(wù)程序除產(chǎn)生方波外，還要注意將計數(shù)初值重新裝入定時器中，為下一次中斷作準備。參考程序：

ORG0000HRESET:AJMPMAIN；轉(zhuǎn)主程序

ORG000BH；T0的中斷入口

AJMPIT0P ；轉(zhuǎn)T0中斷處理程序IT0P

ORG0100HMAIN:MOVSP,#60H；設(shè)堆棧指針

MOVTMOD,#01H ；設(shè)置T0為方式1

第34頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

ACALLPT0M0 ；調(diào)用子程序PT0M0HERE:AJMPHERE ；自身跳轉(zhuǎn)PT0M0:MOVTL0,#0CH ；

MOVTH0,#0FEHSETBTR0 ；啟動T0SETBET0 ；允許T0中斷

SETBEA；CPU開中斷

RETITOP:MOVTL0,#0CH；T0中斷服務(wù)子程序，T0置初值

MOVTH0,#0FEHCPLP1.0；P1.0的狀態(tài)取反

RETI第35頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

查詢方式的參考程序:

MOVTMOD,#01H；設(shè)置T0為方式1

SETBTR0；接通T0LOOP:MOVTH0,#0FEH；T0置初值

MOVTL0,#0CHLOOP1：JNBTF0,LOOP1；查詢TF0標志 CLRTF0；T0溢出，清TF0 CPLP1.0；P1.0的狀態(tài)求反

SJMPLOOP第36頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月第37頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月例假設(shè)系統(tǒng)時鐘為6MHz，編寫定時器T0產(chǎn)生1秒定時的程序。（1）T0工作方式的確定定時時間較長，采用哪一種工作方式？由各種工作方式的特性，可計算出：

方式0最長可定時16.384ms;

方式1最長可定時131.072ms;

方式2最長可定時512s。選方式1，每隔100ms中斷一次，中斷10次為1s第38頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）計算計數(shù)初值因為：(216-X)×2×10-6=10-1

所以：X=15536=3CB0H

因此：TH0=3CH，TL0=0B0H（3）10次計數(shù)的實現(xiàn)采用循環(huán)程序法。（4）程序設(shè)計參考程序:

第39頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

ORG0000HRESET：LJMPMAIN ；上電，轉(zhuǎn)主程序入口MAIN

ORG000BH

；T0的中斷入口

LJMPIT0P ；轉(zhuǎn)T0中斷處理程序IT0P

ORG1000H

MAIN：MOVSP,#60H ；設(shè)堆棧指針

MOVB,#0AH；設(shè)循環(huán)次數(shù)10次

MOVTMOD,#01H；設(shè)T0工作在方式1

MOVTL0,#0B0H；給T0設(shè)初值

MOVTH0,#3CH

第40頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

SETBTR0 ；啟動T0SETBET0；允許T0中斷

SETBEA；CPU開放中斷

HERE：SJMPHERE；等待中斷

ITOP：MOVTL0,#0B0H；T0中斷子程序，重裝初值

MOVTH0,#3CH；

DJNZB，LOOPCLRTR0；1s定時時間到，停止T0工作

LOOP：RETI第41頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月2、方式2的應(yīng)用

省去程序中重裝初值的指令，并可產(chǎn)生相當精確的定時時間。

例當T0（P3.4）引腳上發(fā)生負跳變時，從P1.0引腳上輸出一個周期為1ms的方波,如圖所示。（系統(tǒng)時鐘為6MHz）

第42頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）工作方式選擇

T0為方式1計數(shù)，初值0FFFFH，即外部計數(shù)輸入端T0（P3.4）發(fā)生一次負跳變時，T0加1且溢出，溢出標志TF0置“1”，發(fā)中斷請求。在進入T0中斷程序后，把F0標志置“1”，說明T0腳已接收了負跳變信號。

T1定義為方式2定時。在T0腳發(fā)生一次負跳變后，第43頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

啟動T1每500s產(chǎn)生一次中斷，在中斷服務(wù)程序中對P1.0求反，使P1.0產(chǎn)生周期1ms的方波。（2）計算T1初值設(shè)T1的初值為X：則(28-X)×2×10-6=5×10-4X=28-250=6=06H（3）程序設(shè)計

ORG0000HRESET:LJMPMAIN；復(fù)位入口轉(zhuǎn)主程序

ORG000BH JMPIT0P ；轉(zhuǎn)T0中斷服務(wù)程序第44頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

ORG001BHLJMPIT1P ；轉(zhuǎn)T1中斷服務(wù)程序

ORG0100HMAIN:MOVSP,#60HACALLPT0M2 ；調(diào)用對T0，T1初始化子程序LOOP:MOVC,F0 ；T0產(chǎn)生過中斷了嗎，產(chǎn)生過 ；中斷，則F0=1JNCLOOP ； ；T0沒有產(chǎn)生過中斷，則跳到 ；LOOP，等待T0中斷

SETBTR1 ；啟動T1SETBET1 ；允許T1中斷HERE:AJMPHERE第45頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

PT0M2:MOVTMOD,#25H ；初始化，T1為方式2定 ；時，T0為方式1計數(shù)

MOVTL0,#0FFH ；T0置初值

MOVTH0,#0FFHSETBTR0 ；啟動T0SETBET0 ；允許T0中斷

MOVTL1,#06H ；T1置初值

MOVTH1,#06HCLRF0 ；把T0已發(fā)生中斷標志F0清0SETBEA RET第46頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月IT0P:CLRTR0；T0中斷服務(wù)程序，停止T0計數(shù)

SETBF0；建立產(chǎn)生中斷標志

RETIIT1P:CPLP1.0；T1中斷服務(wù)，P1.0位取反

RETI

在T1定時中斷服務(wù)程序IT1P中，省去了T1中斷服務(wù)程序中重新裝入初值06H的指令。第47頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

例利用T1的方式2對外部信號計數(shù)，要求每計滿100個數(shù)，將P1.0取反。

本例是方式2計數(shù)模式的應(yīng)用。（1）選擇工作方式

外部信號由T1(P3.5)腳輸入,每發(fā)生一次負跳變計數(shù)器加1，每輸入100個脈沖，計數(shù)器產(chǎn)生溢出中斷，在中斷服務(wù)程序中將P1.0取反一次。

T1方式2的控制字為TMOD=60H。不使用T0時，TMOD的低4位可任取，但不能使T0進入方式3，這里取全0。（2）計算T1的初值

X=28-100=156=9CH

因此，TL1的初值為9CH，重裝初值寄存器TH1=9CH第48頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）程序設(shè)計

ORG0000H LJMPMAIN

ORG001BH ；T1中斷服務(wù)程序入口

CPLP1.0 ；P1.0位取反

RETI

ORG0100HMAIN: MOVTMOD,#60H；設(shè)T1為方式2計數(shù)

MOVTL0,#9CH；T0置初值

MOVTH0,#9CH SETBTR1；啟動T1SETBET1SETBEAHERE: AJMPHERE第49頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月第50頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月第51頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月第52頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月第53頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月5、門控制位GATE的應(yīng)用—測量脈沖寬度

GATEx可使定時器/計數(shù)器Tx的啟動計數(shù)受/INTx的控制，可測量引腳/INTx（P3.2P3.3）上正脈沖的寬度（機器周期數(shù)）。第54頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月待測脈沖信號接與哪個引腳？（/INT0引腳、

T0引腳）設(shè)定T0為定時方式還是計數(shù)方式？幾位？設(shè)初值TH0、TL0為多少？

何時置位TR0？何時讀取結(jié)果TH0、TL0？若TH0、TL0發(fā)生溢出應(yīng)如何處理？如何測量負脈沖寬度？測量精度與什么有關(guān)？第55頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月參考程序：

ORG0000HRESET:AJMPMAIN；復(fù)位入口轉(zhuǎn)主程序

ORG0100HMAIN:MOVSP,#60HMOVTMOD,#90H；T1為方式1定時控制字

MOVTL1,#00HMOVTH1,#00HCLREILOOP0:JBP3.3,LOOP0 ；/INT1高,則循環(huán)

SETBTR1 ；如/INT1為低，啟動T1LOOP1:JNBP3.3,LOOP1 ；等待/INT1變高，開始計數(shù)LOOP2:JBP3.3,LOOP2 ；/INT1高,計數(shù)第56頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

CLRTR1 ；停止T1計數(shù)

MOVA,TL1 ；T1計數(shù)值送A

將A中的T1計數(shù) 值送顯示緩沖區(qū)

轉(zhuǎn)換成顯示的代碼

LOOP3:LCALLDIR ；調(diào)用顯示子程序DIR ；顯示T1計數(shù)值

AJMPLOOP3 ；執(zhí)行程序，使/INT1引腳上出現(xiàn)的正脈沖寬度以機器周期數(shù)的形式顯示在顯示器上。第57頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月信號頻率的測量基本原理：定時1s，記錄脈沖個數(shù)。1.待測頻率信號接與哪個引腳？（T0引腳、！INT0引腳）2.設(shè)定T0為定時方式還是計數(shù)方式？幾位？3.設(shè)初值TH0、TL0為多少？4.何時置位TR0？何時讀取結(jié)果TH0、TL0？5.若TH0、TL0發(fā)生溢出應(yīng)如何處理？第58頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月8.1.3.4定時器/計數(shù)器在應(yīng)用中應(yīng)注意的兩個問題1、運行中讀定時器/計數(shù)器在讀取運行中的定時器/計數(shù)器時，需注意：若恰好出現(xiàn)TLX溢出向