第6章 MCS-51單片機的定時

第六章MCS-51單片機的定時/計數(shù)器

6.1定時/計數(shù)器的結構和工作原理6.2定時/計數(shù)器的控制寄存器6.3定時/計數(shù)器的方式6.4定時/計數(shù)器的應用6.1定時/計數(shù)器的結構和工作原理

圖6-1單片機的定時/計數(shù)器結構框圖

MCS-51單片機的兩個定時/計數(shù)器都屬于增1計數(shù)器，具有定時和計數(shù)功能。1．計數(shù)功能。定時/計數(shù)器的計數(shù)是指對外部事件計數(shù)。外部事件以脈沖信號的形式來表示，計數(shù)的實質是對脈沖信號進行計數(shù)。外部事件脈沖信號通過引腳T0（P3.4）或T1(P3.5)輸入給單片機內部的定時/計數(shù)器，負跳變有效。在收到有效的負跳變信號后，定時/計數(shù)器在初值基礎上進行加1操作。單片機復位后計數(shù)器的初值為0，可通過指令給計數(shù)器裝入一個新的初值。2．定時功能。定時/計數(shù)器的定時功能也是通過計數(shù)來實現(xiàn)的。當定時/計數(shù)器工作在定時方式下時，將對單片機內部的時鐘振蕩器信號經片內12分頻后的內部脈沖信號計數(shù)。由于一個機器周期等于12個振蕩周期，因此，在定時方式下，定時/計數(shù)器對內部機機器周期脈沖計數(shù)，由于時鐘頻率是定值，，所以可根據計數(shù)值計算出定時時間。6.2定時/計數(shù)器的控制寄存器

1．方式控制寄存器TMODTMOD是一個8位的特殊功能寄存器，字節(jié)地址為89H，不可位尋址，其低4位用于定時/計數(shù)器0，高4位用于定時/計數(shù)器1，其格式如圖6-2所示，各位定義如下：D7D6D5D4D3D2D1D0TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT02．定時/計數(shù)器控制寄存器TCONTCON也是一個8位的特殊功能寄存器，字節(jié)地址為88H，可位尋址，其格式如圖6-3所示。在第5章中介紹了與外部中斷有關的低4位，在此只介紹與定時/計數(shù)器有關的高4位。6.3定時/計數(shù)器的方式6.3.1方式0

當M1M0為00時，定時器計數(shù)器被設置為方式0，是一個13位的計數(shù)器，16位的寄存器（TH0、TL0、TH1、TL1）只用了TH0（TH1）8位和TL0（TL1）的低5位，TL0（TL1）的高3位不用。當TL0（TL1）計數(shù)溢出時則向TH0（TH1）溢出，TH0（TH1）計數(shù)溢出則把TCON中的溢出標志位TF0（TF1）置1。在方式0下，定時/計數(shù)器0和定時器/計數(shù)器T1的邏輯結構和操作是完全相同的，下面以定時/計數(shù)器1為例說明其操作方法，其邏輯結構如圖6-4所示。圖6-4定時/計數(shù)器方式0邏輯結構圖對一次溢出而言，其定時時間為：（213－定時/計數(shù)器初值）×機器周期或（213－定時/計數(shù)器初值）×12/fosc最小定時時間為：[213－（213－1）]×12/fosc最長定時時間為：（213－0）×12/fosc當=1時，多路開關打在下面，連接T1引腳，此時，定時/計數(shù)器1工作在計數(shù)模數(shù)，對外部輸入脈動沖計數(shù)。對一次溢出而言，其計數(shù)值范圍為：1～213（8192）。6.3.2方式1

當M1M0為01時,定時/計數(shù)器被設置為方式1。在方式1下，定時/計數(shù)器0和定時/計數(shù)器1的邏輯結構和操作是完全相同。兩個定時/計數(shù)器都是16位計數(shù)器，由TH0（TH1）8位和TL0（TL1）8位構成，工作原理和工作過程與方式0時完全相同，在此不再贅述。

對一次溢出而言，其定時時間為：

（216－定時/計數(shù)器初值）×機器周期或（216－定時/計數(shù)器初值）×12/fosc則最小定時時間為：[216－（216－1）]×12/fosc最長定時時間為：（216－0）×12/fosc計數(shù)值范圍為：1～216（65536）6.3.3方式2

當M1M0為10時，定時/計數(shù)器被設置為方式2。在方式2下，定時/計數(shù)器1和定時/計數(shù)器0的邏輯結構和操作完全相同，均為可重置初值的8位計數(shù)器，以定時/計數(shù)器1為例，其邏輯結構如圖6—5所示。圖6-5定時/計數(shù)器方式0邏輯結構圖

在方式2下，以TL1（TL0）作為8位計數(shù)器，以TH1（TH0）作為預置寄存器，用來保存初值。當TL1（TL0）計數(shù)滿溢出時，硬件在將溢出標志位TF1置1的同時，還自動將TH1（TH0）保存的初值送入TL1（TL0）中，使定時/計數(shù)器又開始新一輪的計數(shù)。

對一次溢出而言，其定時時間為：（28－定時/計數(shù)器初值）×機器周期或（28－定時/計數(shù)器初值）×12/fosc則最小定時時間為：[28－（28－1）]×12/fosc最長定時時間為：（28－0）×12/fosc計數(shù)值范圍為：1～28（256）6.3.4方式3

在方式3下，定時/計數(shù)器1和定時/計數(shù)器0的設置和使用是不同的。方式3只適用于定時/計數(shù)器0，定時/計數(shù)器1不能工作在方式3下。當將定時/計數(shù)器1設置為方式3時相當于使TR1=0，它將停止工作。1．方式3下的定時/計數(shù)器0圖6-6定時/計數(shù)器0方式3邏輯結構圖2．方式3下的定時/計數(shù)器1

當將定時/計數(shù)器1設為方式3時，它將停止工作。在定時/計數(shù)器0工作在方式3時，定時/計數(shù)器1仍可工作在方式0～2，但是由于`TR1、TF1均由定時/計數(shù)器0使用，定時/計數(shù)器`1一般作為串行口的波特率發(fā)生器使用。在實際使用中，常把定時/計數(shù)器1設置為方式2作為串行口的波特率發(fā)生器來用。邏輯結構如圖6-7所示。

圖6-7定時/計數(shù)器0方式3時定時/計數(shù)器1的工作邏輯結構圖。

圖6-7定時/計數(shù)器0方式3時定時/計數(shù)器1的工作邏輯結構圖6.4定時/計數(shù)器的應用6.4.1方式0的應用

例6.1選用定時/計數(shù)器1方式0產生500μs定時，在P1.1引腳上輸出周期為1ms的方波，設晶振頻率fosc=6MHz。（1）計算定時/計數(shù)器的初值

機器周期=2μs

設需要裝入T1的初值為X，則有（213－X）×2=500，可得X=7942D=1000000000010B，低五位送入TL1的低五位，高八位送入TH1，即（TL1）=00110B=06H，（TH1）=11111000B=F8H（2）初始化程序設計

根據題意，對TMOD進行始化。GATE=0，用TR1控制定時器的啟動和停止，=0，設為定時工作模式，M1M0=00，設為方式0，定時/計數(shù)器0不用，TMOD低四位置零即可，則（TMOD）=00H（3）程序設計程序的實現(xiàn)可以查用查詢方式或中斷方式。采用查詢方式，參考程序如下：ORG0000H

LJMPMAIN

ORG0300HMAIN：MOVTMOD，#00H；對TMOD初始化

MOVTH1，#0F8H；設置計數(shù)初值MOVTL1，#06HMOVIE，#00H；禁止中斷SETBTR1；啟動T1LOOP：JBCTF1，ZCZ；查詢計數(shù)是否溢出

AJMPLOOPZCZ：CLRTR1；停止T1MOVTL1，#06H；重置計數(shù)初值MOVTH1，#0F8HCLPP1.1；輸出取反SETBTR1；啟動T1AJMPLOOP；重復循環(huán)若采用中斷方式，參考程序如下：ORG0000H

LJMPMAINORG001BH；定時/計數(shù)器1的中斷服務程序入地址

AJMPZCZ

ORG0300HMAIN：MOVTMOD，#00H；對TMOD初始化

MOVTH1，#0F8H；設置計數(shù)初值MOVTL1，#06HSETBET1；允許T1中斷SETBEA；總中斷允許SETBTR1；啟動T1$：SJMP$；等待中斷ZCZ：CLRTR1；T1中斷服務子程序，停止T1MOVTL1，#06H；重置計數(shù)初值MOVTH1，#0F8HCLPP1.1；輸出取反SETBTR1；啟動T1RETI；中斷返回6.4.2方式1的應用

方式1是16位的定時/計數(shù)器，初值的計算較方式0簡單，應用較廣。

例6-2假設系統(tǒng)時鐘頻率為12MHz，使用定時/計數(shù)器0工作在方式1，在P1.0端輸出周期為20ms的方波。（1）計算定時/計數(shù)器的初值

要輸出周期20ms的方波，只需在P1.0引腳每隔10ms交替輸出高、低電平即可，因此定時時間為10ms。機器周期=1μs。設計數(shù)初值為X，則有

（216－X）×1=10000，X=55536D=0D8F0H。

低8位送TL0，高八位送TH0，即（TL0）=0F0H，（TH0）=0D8H。

（2）對TMOD初始化

由題意，GATE=0，=0，M1M0=01，定時/計數(shù)器1不用，TMOD高4位置0，則（TMOD）=01H。（3）程序設計采用中斷方式實現(xiàn)，參考程序如下：ORG0000H

LJMPMAINORG000BH；定時/計數(shù)器0的中斷服務程序入地址

LJMPZCZ

ORG0300HMAIN：MOVTMOD，#01H；對TMOD初始化

MOVTH0，#0D8H；設置計數(shù)初值MOVTL0，#0F0HSETBET0；允許T0中斷SETBEA；總中斷允許SETBTR0；啟動T0HERE：AJMPHERE；等待中斷ZCZ：CLRTR0；T0中斷服務子程序，停止T0MOVTL0，#0D8H；重置計數(shù)初值MOVTH0，#0F0HCLPP1.0；輸出取反SETBTR0；啟動T0RETI；中斷返回6.4.3方式2的應用

方式2是可重裝初值的8位定時/計數(shù)器，這種方式可以免去用戶在計數(shù)溢出后用指令重裝初值的麻煩。

例6-3使用定時/計數(shù)器1工作在方式2下，對外部信號計數(shù)，要求每計滿100個數(shù)，進行累加器加1操作。（1）計算定時/計數(shù)器的初值

設計數(shù)初值為X，則（28－X）=100，X=156=9CH。所以，（TL1）=9CH，（TH1）=9CH。（2）對TMOD初始化

由題意，外部信號由T1（P3.5）引腳輸入，每發(fā)生一次負跳變計數(shù)器加1，每100個脈沖，T1溢出產生中斷，在中斷服務器程序中進行累加器加1操作。因此，有：GATE=0，由TR1控制定時/計數(shù)器1的運行；=1，工作在計數(shù)模式；M1M0=10，設為方式2；定時/計數(shù)器0不用，低四位任意，但不能使T0工作在方式3，這里低4位全置0，因此（TMOD）=60H。（3）程序設計采用中斷方式實現(xiàn)，參考程序如下：ORG0000H

LJMPMAINORG001BH;定時/計數(shù)器1的中斷服務程序入口地址

INCA

RETI

ORG0300HMAIN：MOVTMOD，#60H；對TMOD初始化

MOVTH0，#9CH；設置計數(shù)初值MOVTL0，#9CHSETBET1；允許T1中斷SETBEA；總中斷允許SETBTR1；啟動T1HERE：AJMPHERE；等待中斷END6.4.4方式3的應用

例6-4假設系統(tǒng)晶振頻率為12MHz，定時/計數(shù)器1工作在方式2下，已作為波特率發(fā)生器使用?，F(xiàn)要求利用定時/計數(shù)器0（P3.4）增加一個外部中斷源，并控制從P1.0引腳輸出周期為200μs的方波。

分析：由于定時/計數(shù)器1用作波特率發(fā)生器，因此，T0應工作在方式3。在方式3下，TL0初值設為0FFH，工作于計數(shù)模式，當T0引腳收到負跳變信號時，即產生中斷，TH0控制從P1.0引腳輸出周期200μs方波，即完成100μs定時。

（1）計數(shù)初值（TL0）=0FFH，機器周期=1μs，設TH0的初值為X，則（28－X）×1=100，X=156D=9CH，（TH0）=9CH。（2）TMOD初始化

定時/計數(shù)器1設為方式2，定時/計數(shù)器0設為方式3，TL0工作于計數(shù)模式，則（TMOD）=00100111B=27H（3）程序設計采用中斷方式實現(xiàn)，參考程序如下：ORG0000HLJMPMAINORG000BH；TL0的中斷服務程序入口地址LJMPTL0INTORG001BH；TH0的中斷服務程序入口地址LJMPTH0INT

ORG0300HMAIN：MOVTMOD，#27H；對TMOD初始化

MOVTH0，#9CH；設置初值MOVTL0，#0FFHSETBET0；允許TL0中斷SETBET1；允許TH0中斷SETBEA；總中斷允許SETBTR0；啟動TL0HERE：AJMPHERE；等待中斷TH0INT：MOVTL0，#0FFH；重置TH0初值SETBTR1；啟動TH0RETI；中斷返回TH0INT：MOVTH0，#9CH；重置TH0初值CLPP1.0；輸出取反RETI