車用單片機(jī)原理 課件 第五章 定時(shí)器計(jì)數(shù)器

車用單片機(jī)原理（含實(shí)驗(yàn)與實(shí)訓(xùn)）1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1結(jié)構(gòu)和工作原理2定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制的相關(guān)寄存器單擊此處添加標(biāo)題單擊此處添加標(biāo)題3定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式及應(yīng)用01定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1結(jié)構(gòu)和工作原理第一節(jié)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1結(jié)構(gòu)和工作原理

對(duì)于定時(shí)器/計(jì)數(shù)器來(lái)說(shuō)，不管是獨(dú)立的定時(shí)器芯片還是單片機(jī)內(nèi)的定時(shí)器，大都具有以下特點(diǎn)：◆定時(shí)器/計(jì)數(shù)器有多種工作方式，可以是計(jì)數(shù)方式，也可以是定時(shí)方式?！舳〞r(shí)器/計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值是可變的，計(jì)數(shù)的最大值也是有限的，這取決于計(jì)數(shù)器的位數(shù)。計(jì)數(shù)的最大值也就限定了定時(shí)時(shí)間的最大值?！粼诘竭_(dá)設(shè)定的定時(shí)或計(jì)數(shù)值時(shí)發(fā)出中斷申請(qǐng)，以便實(shí)現(xiàn)定時(shí)控制。一、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1的結(jié)構(gòu)第一節(jié)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1結(jié)構(gòu)和工作原理一、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1的結(jié)構(gòu)

8051單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器/計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)原理框圖如圖5-1所示，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1是一個(gè)16位的計(jì)數(shù)器，由兩個(gè)高8位和低8位兩個(gè)計(jì)數(shù)器組成。TMOD是定時(shí)/計(jì)數(shù)器的定時(shí)工作方式寄存器，其作用是設(shè)置定時(shí)/計(jì)數(shù)器的功能和工作方式。TCON是控制寄存器，用于控制T0、T1兩個(gè)寄存器的啟動(dòng)或停止以及設(shè)置溢出標(biāo)志。第一節(jié)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1結(jié)構(gòu)和工作原理

圖5-1定時(shí)/計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)原理框圖第一節(jié)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1結(jié)構(gòu)和工作原理二、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1的工作原理

定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1實(shí)質(zhì)就是一個(gè)加1計(jì)數(shù)器，只不過(guò)作為定時(shí)器和計(jì)數(shù)器時(shí)，兩者計(jì)數(shù)脈沖來(lái)源不同，定時(shí)器的計(jì)數(shù)信號(hào)源是系統(tǒng)內(nèi)部的時(shí)鐘振蕩器輸出頻率的12分頻，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)信號(hào)源是單片機(jī)輸入引腳T0(P3.4)或T1(P3.5)外接的脈沖源，計(jì)數(shù)器對(duì)接收到的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，每檢測(cè)到一個(gè)高電平到低電平負(fù)跳變時(shí)，計(jì)數(shù)器就自動(dòng)加1，當(dāng)計(jì)數(shù)器達(dá)最大值產(chǎn)生溢出后，硬件將TCON的TF0或者TF1置1作為計(jì)數(shù)器的溢出中斷標(biāo)志。用作定時(shí)器使用時(shí)，溢出中斷標(biāo)志表示已經(jīng)到達(dá)定時(shí)的時(shí)刻到了；用作計(jì)數(shù)器使用時(shí)，溢出中斷標(biāo)志表示計(jì)數(shù)回零。定時(shí)器的工作原理啟動(dòng)與停止控制部分工作方式部分定時(shí)計(jì)數(shù)

TL0TH08位8位TFO

16位定時(shí)計(jì)數(shù)器部分定時(shí)器0的邏輯電路結(jié)構(gòu)圖

0000第一節(jié)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1結(jié)構(gòu)和工作原理啟動(dòng)與停止控制部分

TL0TH08位8位TFO0000內(nèi)部機(jī)器周期

定時(shí)方式

計(jì)數(shù)方式振蕩器/12T0定時(shí)器0的邏輯電路結(jié)構(gòu)圖

第一節(jié)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1結(jié)構(gòu)和工作原理啟動(dòng)與停止控制部分

TL0TH08位8位TFO0000定時(shí)方式

計(jì)數(shù)方式振蕩器/12T0開關(guān)信號(hào)定時(shí)器0的邏輯電路結(jié)構(gòu)圖

第一節(jié)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1結(jié)構(gòu)和工作原理

TL0TH08位8位TFO0000定時(shí)方式

計(jì)數(shù)方式振蕩器/12T0開關(guān)信號(hào)定時(shí)器0的邏輯電路結(jié)構(gòu)圖

控制1A&C>1BGATETR01A&C>1BINT012C/T=0C/T=1外

SETBTR0

定時(shí)方式000100020003第一節(jié)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1結(jié)構(gòu)和工作原理02定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制的相關(guān)寄存器第二節(jié)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制的相關(guān)寄存器一、工作方式寄存器TMOD

定時(shí)方式控制寄存器TMOD用于設(shè)置定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式，字節(jié)地址是89H，不可以位尋址，TMOD寄存器的高4位用于控制T1，低4位用于控制T0，兩部分的定義完全對(duì)稱。TMOD寄存器定義格式見表5-1。表5-1

TMOD定時(shí)方式控制寄存器

高4位控制T1高4位控制T0門控位定時(shí)/計(jì)數(shù)方式選擇工作方式選擇門控位定時(shí)/計(jì)數(shù)方式選擇工作方式選擇GATEM1M0GATEM1M0

（一）門控位GATE

門空位GATE是定時(shí)器啟動(dòng)方式選擇位。當(dāng)GATE=0時(shí)，只要設(shè)置TCON中的TR0或TR1為1，就可以啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作，當(dāng)TR0或者TR1等于0時(shí)，就可以使定時(shí)/計(jì)數(shù)器停止工作；GATE=1時(shí)，只有TR0或TR1為1并且外部中斷引腳的輸入也為高電平時(shí)，才能把定時(shí)器/計(jì)數(shù)器啟動(dòng)，這種方式可以用于測(cè)量外部中斷引腳輸入正脈沖的寬度。第二節(jié)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制的相關(guān)寄存器

第二節(jié)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制的相關(guān)寄存器C/T*=0，定時(shí)器模式，對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘12分頻后的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。C/T*=1，計(jì)數(shù)器模式，計(jì)數(shù)器對(duì)外部輸入引腳T0（P3.4）或T1（P3.5）的外部脈沖（負(fù)跳變）計(jì)數(shù)。（3）C/T*—計(jì)數(shù)器模式和定時(shí)器模式選擇位（三）工作方式設(shè)置位M1、M0M1、M0：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作方式選擇位，其值與工作方式對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表所示。M1M0工作方式方式說(shuō)明00013位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器01116位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器102具有自動(dòng)重裝初值功能的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器113兩個(gè)8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(T0)第二節(jié)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制的相關(guān)寄存器二、控制寄存器TCON

TCON為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制寄存器，字節(jié)地址為88H，可以位尋址，低4位用于控制外部中斷，已在前面第4章中斷系統(tǒng)中介紹。高4位用于控制定時(shí)/計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)與中斷請(qǐng)求。TCON的定義格式見表5-3。

第二節(jié)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制的相關(guān)寄存器表5-3

TCON定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制寄存器TCOND7D6D5D4D3D2D1D0

位名稱TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0位地址8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88H

（一）T1溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位TF1

當(dāng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1計(jì)數(shù)溢出后，由硬件自動(dòng)將TF1置1，并向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求。當(dāng)CPU響應(yīng)該中斷后，TF1由硬件自動(dòng)置0。TF1的狀態(tài)可由軟件程序查詢，也可以通過(guò)軟件置0或1。

（二）T0溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志為TF0

TF0的作用與TF1一致。

（三）定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1運(yùn)行控制位TR1

當(dāng)GATE=0時(shí)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1僅由TR1控制，TR1=1時(shí)啟動(dòng)T1計(jì)數(shù)，TR1=0，停止T1計(jì)數(shù)。

當(dāng)GATE=1時(shí)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1由TR1和共同控制，當(dāng)TR1=1并且有高電平輸入時(shí)，啟動(dòng)T1計(jì)數(shù)，當(dāng)TR1=1或=0時(shí)，停止T1計(jì)數(shù)。

（四）定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0運(yùn)行控制位TR0

TR0的工作原理與TR1一致。

第二節(jié)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制的相關(guān)寄存器03定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式及應(yīng)用

一、工作方式0

當(dāng)M1=0、M0=0時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作于方式0，如下圖所示。當(dāng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作在方式0下，內(nèi)部是一個(gè)13位計(jì)數(shù)器，TL0的高3位沒(méi)有使用，由TL0的低5位和TH0的8位組成，當(dāng)TL0低5位計(jì)數(shù)滿溢出時(shí)不向TL0的第6位進(jìn)位，而是向TH0進(jìn)位。當(dāng)13位計(jì)滿時(shí)溢出，TF0標(biāo)志位由硬件置1，向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求。13位計(jì)數(shù)器下最大計(jì)數(shù)值213=8192（計(jì)數(shù)器初值為0）。第三節(jié)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式及應(yīng)用

THx是高8位加法計(jì)數(shù)器，TLx是低5位加法計(jì)數(shù)器，TLx的高3位未用。TLx加法計(jì)數(shù)溢出時(shí)向THx進(jìn)位，THx加法計(jì)數(shù)溢出時(shí)置位TFx，最大計(jì)數(shù)值為213?？捎贸绦?qū)?～8191(213-1)的某一數(shù)送入THx、TLx作為初值。THx、TLx從初值開始加法計(jì)數(shù)，直至溢出。所以初值不同，定時(shí)時(shí)間或計(jì)數(shù)值不同。

必須注意的是：加法計(jì)數(shù)器THx溢出后，必須用程序重新對(duì)THx、TLx設(shè)置初值，否則下一次THx、TLx將從0開始重新計(jì)數(shù)。（重寫初值）第三節(jié)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式及應(yīng)用

如果C/T=1，圖中開關(guān)S1自動(dòng)地接到下面，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作在計(jì)數(shù)狀態(tài)，加法計(jì)數(shù)器對(duì)Tx（x=1,2）引腳上的外部脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)值由下式確定：式中：N為計(jì)數(shù)值，x是THx、TLx的初值。x值為8191時(shí)計(jì)數(shù)值最小，其值為1；當(dāng)x值為0時(shí)計(jì)數(shù)值最大，其值為8192，即計(jì)數(shù)范圍為1～8192。第三節(jié)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式及應(yīng)用一、工作方式1

當(dāng)M1=0、M0=1時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作于方式1，如下圖所示。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作在方式1時(shí)，為一個(gè)16位計(jì)數(shù)器，由低八位TL0寄存器和高八位TH0寄存器組成，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)滿溢出時(shí)，TF0將被硬件置1。第三節(jié)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式及應(yīng)用TH0、TL0都是8位加法計(jì)數(shù)器。在方式1時(shí)，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值由下式確定：

所以計(jì)數(shù)范圍為1～65536。定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間由下式確定：如果fosc=12MHz，則Tcy=1μs，定時(shí)范圍為1～65536μs。第三節(jié)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式及應(yīng)用三、工作方式2

當(dāng)M1=1、M0=0時(shí)

時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作于方式2下，為自動(dòng)重裝初值的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。第三節(jié)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式及應(yīng)用

在方式2下，TLx作為8位加法計(jì)數(shù)器使用，THx作為初值寄存器使用，THx、TLx的初值由程序設(shè)定。當(dāng)TLx

計(jì)數(shù)溢出時(shí)，不僅置為TFx，而且自動(dòng)發(fā)出重裝信號(hào)，使三態(tài)門打開，將THx中的初值自動(dòng)送至TLx，并從初值開始重新計(jì)數(shù)。重裝初值后，THx中的值保持不變，除非用程序重新給THx賦值。第三節(jié)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式及應(yīng)用

在方式2時(shí)，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值由下式確定：

所以計(jì)數(shù)范圍為1～256。

定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間由下式確定：如果fosc=12MHz，則Tcy=1μs，定時(shí)范圍為1～256μs。第三節(jié)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式及應(yīng)用

四、工作方式3

工作方式3只適用于T0。當(dāng)T0工作于方式3時(shí)，TH0和TL0被分為2個(gè)獨(dú)立的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。其中TL0既可以是定時(shí)器，也可以是計(jì)數(shù)器；TH0只能用于定時(shí)器使用，并且占用了T1的兩個(gè)控制信號(hào)TR1和TF1。在這種情況下，T1雖然仍可工作于方式0、1、2，但是不能采用中斷方式。此時(shí)通常將T1用作串行口的波特率發(fā)生器。由于T1無(wú)方式3，若強(qiáng)行將其設(shè)置為工作方式3，相當(dāng)于令其停止工作。第三節(jié)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式及應(yīng)用■定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0、T1的四種工作方式

◆工作方式3

在方式3下，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的定時(shí)、計(jì)數(shù)范圍和定時(shí)/計(jì)數(shù)值的確定與方式2相同。計(jì)數(shù)值確定如下：

所以計(jì)數(shù)范圍為1～256。定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間可由下式確定：第三節(jié)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式及應(yīng)用第一節(jié)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1結(jié)構(gòu)和工作原理五、波特率的設(shè)置

在串口通信中，數(shù)據(jù)的發(fā)送端和接收端必須保持速率一致，才能保證數(shù)據(jù)能夠被成功發(fā)送和接收。波特率表示通信傳輸數(shù)據(jù)過(guò)程中串行口每秒傳送的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)，其單位符號(hào)是bit/s。（一）方式0的波特率

方式0為同步移位寄存器方式，波特率固定為時(shí)鐘振蕩頻率fosc的1/12，不受SMOD位值的影響。（二）方式2的波特率