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1、12.MCS-51单片机的定时器/计数器,单片机原理及接口技术第5章,12.1 定时器/计数器概述 12.2 定时器/计数器的工作方式选择寄存器12.3 定时器/计数器的控制寄存器12.4 定时器/计数器4种工作方式及其应用,本章学习要求,1、理解定时、计数概念及两者的区别，掌握工作方式寄存器与控制寄存器中各个位的意义。,2、掌握定时/计数器初始化方法，能把定时/计数器设置在需要的工作方式。,3、能应用定时/计数器来实现所需的功能，包括程序的编写。,微机系统中经常要使用到定时信号，例如：,系统日历时钟的计时；,动态存储器的定时刷新；,.,定时/计数器就是产生定时计数信号的硬件方法。,定时/计数
2、器的功能主要体现在两个方面：,计数功能；,定时功能。,12.1 定时器/计数器概述,1、计数功能对事件的个数进行计数。正计数：关心记录事件的次数。倒计数：关心预先设定事件次数发生完的时刻。预先设置好计数初值(定时常数)，进行减1操作(倒计数)，减到0时，输出一个信号。作为计数器，在减到0后，输出一个信号，此次计数结束。,开始计数,计数结束,输出信号,2.定时功能,取得给定的时间间隔(定时间隔)，作为：延时：某事件发生后间隔一定的时间。时标：给定时间间隔的连续脉冲。设置好定时常数后，进行减1操作，减到0时，输出信号，并自动恢复初值重新计数，从而可产生定时间隔。作为定时器，在减到0后，输出一个信号
3、，同时自动恢复初值并重新计数(与计数器不同)。,开始计数,重新计数,产生定时间隔,计数功能作为计数个数，计数结束发中断信号。记录外部特定事件发生的个数。定时功能作为周期性定时中断信号。用于多任务分时操作系统，实现程序的切换。用作系统时钟基准。作为一个可编程波特率发生器，用于异步串行通信。可往I/O设备输出精确的定时信号，实现外设与CPU的同步。实现CPU的时间延时。,计数器/定时器的用途：,MCS-51单片机的定时器/计数器简介,2个16位的定时/计数器，有多种工作方式。,定时/计数器工作在定时模式时，计数脉冲信号来自单片机的内部，计数速率是晶振频率的1/12(即计数周期等于机器周期)，当计数
4、器启动后，每个机器周期计数器自动加1。,定时/计数器工作在计数模式时，计数器对外部脉冲进行计数，计数器计算P3.4(T0脚）、P3.5(T1脚）负跳变的次数。每产生一次负跳变，计数器自动加1。,MCS-51单片机定时器/计数器的逻辑结构,MCS-51单片机的定时/计数器有一个工作方式寄存器(Timer/counter MODe control register,TMOD)，用于设置定时/计数器的工作方式，高4位用于T1，低4位用于T0，TMOD寄存器的地址为89H。,12.2 定时器/计数器的工作方式选择寄存器,TMOD各位的定义(以定时器/计数器T0为例),门控位：,GATE0，定时/计数器
5、工作不受外部控制。,GATE1，定时/计数器T0的起停受INT0引脚的控制。,定时和计数模式选择位：,0，定时器模式，每一个机器周期计数器自动加1。,1，计数器模式，在单片机T0引脚上每发生一次负跳变，计数器自动加1。,工作方式选择位：,12.3 定时器/计数器的控制寄存器,控制寄存器TCON既有中断标志寄存器的功能(低4位)，同时具有控制定时/计数器的功能(高4位)，TCON寄存器的地址为88H。作用是控制定时/计数器的起停，反映定时/计数器是否计满。,单片机复位时，特殊功能寄存器TCON将被清0。,TFx(x=0,1)和TRx(x=0,1)由软件方法置1或清0。既可按单元操作的方式，也可以
6、按位操作方式。,如启动定时/计数器T0和T1，清除溢出标志位TF0和TF1操作如下：,SETB TR0 SETB TR1 CLR TF0 CLR TF1,或：MOV TCON,#01010000B,12.4 定时/计数器的4种工作方式及其应用,一、定时/计数器的初始化,定时/计数器的初始化包括设置工作方式、计数器或定时器模式、计算计数初始值、启动定时/计数器、设置中断控制位等。,定时和计数可以采用查询方式和中断方式实现。,采用查询方式初始化定时/计数器的步骤,(1)确定工作方式、计数器或定时器模式及启动控制方式，构造方式控制码并写入特殊功能寄存器TMOD：MOV TMOD,#控制码。,(2)计
7、算定时器或计数器的计数初始值，根据工作方式把初始值送人TH0、TL0或TH1、TL1。,(3)启动定时/计数器：SETB TRx，x=0,1。,此后定时/计数器开始工作，通过查询TFx是否为1来判断定时或计数是否达到要求。,采用中断方式初始化定时/计数器地步骤,(1)确定工作方式、计数器或定时器模式及启动控制方式，构造方式控制码并写入特殊功能寄存器TMOD：MOV TMOD,#控制码。,(2)计算定时器或计数器的计数初始值，根据工作方式把初始值送人TH0、TL0或TH1、TL1。,(3)开放CPU中断，允许定时/计数器溢出中断CPU的工作：对IE寄存器编程。,此后定时/计数器开始工作，当计数器
8、溢出时，定时或计数达到要求，CPU响应中断，程序转移到相应的中断处理程序入口处。,(4)启动定时/计数器：SETB TRx，x=0,1。,一、方式0(13位方式),MCS-51单片机的2个16位定时/计数器T0和T1具有多种工作方式，其中T0有4种方式，T1有3种。它们由TMOD寄存器设置。,二、定时/计数器的工作方式,当GATE=0时，只要TR0为1，TL0及TH0组成的13位计数器就开始计数；,当GATE=1时，仅当TR0为1，且引脚输入信号状态为1时，13位计数器开始计数。,计数器开始工作后，当13位计数器从初始值开始加1计数直到各位全为1以后，再计数1次，计数器就产生溢出，则TF0位由
9、硬件自动置1，同时把计数器清0。,在方式0下，计数器计数范围是18192（213）。定时时间范围为18192个机器周期，即当晶振频率fosc=12MHz时，最大定时时间为8.192 ms,要求在计数若干次或者定时(延时)若干秒后，再进行下一步的动作。,工程设计时，我们经常碰到这样的问题：,若采用定时/计数器实现，最直接的方法是让定时/计数器计数若干次或者定时若干秒后溢出，让溢出标志TF0（或TF1）为我们提供测试判断的条件。,然而，计数器只有在计数满后才会溢出，上述问题转换为在某个初始值的基础上再计数N次或再定时t秒使定时/计数器溢出。因此，求初始值是解决上述问题的关键。,初始值的计算,计数器
10、工作模式,设计数N次后，要求计数器溢出，问初始值应为多少？,设初始值为,则：,有：,预先给计数器装入初始值，当计数器计数N次后，溢出标志TF0为1。,定时器工作模式,设定时td秒，要求计数器溢出。,首先计算定时td需要多少个机器周期,即：,设初始值为,预先给计数器装入初始值，当计数器计数N个机器周期后，溢出标志TF0为1，定时时间到。,则：,有：,定时/计数器方式0的应用,例1：已知某生产线传送带上的产品单向传送到包装机，传送带上的产品之间有间隔，使用光电传感器检测产品的个数，每计数到12个产品时，由气缸驱动的顶推装置把这批产品推入包装机包装，顶推装置的顶推气缸动作响应时间为50ms。系统采用
11、单片机控制，采用定时/计数器实现产品的计数,解：,(1)计数采用定时/计数器T1的方式0，则方式控制字为：,即：（TMOD）=01000000B,(2)需要计数的次数为12次，方式0实现计数，则计数初始值为：,则（TH1）=11111111B，（TL1）=00010100B,CLR P1.0；顶推气缸复位MOV TMOD,#01000000B；设置工作方式0和计数器模式MOV TH1,#11111111B；设置计数初始值高8位MOV TL1,#00010100B；设置计数初始值低5位SETB TR1；计数器启动CNTING:JBC TF1,OK；检测是否溢出，若溢出，清溢；出标志，并跳转到OK
12、(P100)SJMP CNTING；等待产品传送，计数OK:MOV TH1,#11111111B；重新装入计数常数值，以便下；一次计数循环 MOV TL1,#00010100B,(3)利用查询方式初始化：,SETB P1.0；顶推气缸动作，推入包装机ACALL DL50MS；控制信号保持50ms，以便气缸动；作到位。短调用指令，相对于；LCALL(P104)CLR P1.0；顶推气缸复位SJMP CNTING;延时50ms子程序，晶振频率为12M HzDL50MS:MOV R7,#50DL1MS:MOV R6,#200DL:NOP；空操作指令 NOP NOP,DJNZ R6,DL；循环控制转移
13、指令(P101)DJNZ R7,DL1MSRET,利用中断方式初始化：课本P151,定时计数器T0工作方式1的逻辑结构,二、方式1(16位方式),当GATE=0时，只要TR0为1，TL0及TH0组成的16位计数器就开始计数；,当GATE=1时，仅当TR0为1，且引脚输入信号状态为1时，16位计数器开始计数。,计数器开始工作后，当16位计数器从初始值开始加1计数直到16位计数器各位全为1以后，再计数1次，计数器就产生溢出，则硬件自动把TF0位置1，同时把计数器清0。,在方式1下，计数器计数范围是165536（216）。定时时间范围为165536个机器周期，即当晶振频率fosc=12MHz时，最大
14、定时时间为65.536 ms,定时计数器T0工作方式1的逻辑结构,方式1初始值的计算,计数器工作模式,设计数N次后，要求计数器溢出，问初始值应为多少？,设初始值为,则：,有：,预先给计数器装入初始值，当计数器计数N次后，溢出标志TF0为1。,定时器工作模式,设定时td秒，要求计数器溢出。,首先计算定时td需要多少个机器周期才能实现。,即：,设初始值为,预先给计数器装入初始值，当计数器计数N个机器周期后，溢出标志TF0为1，定时时间到。,则：,有：,定时/计数器方式1的应用,例2：设单片机应用系统的晶振频率为6MHz，要求使用定时/计数器定时方法在P1.0引脚输出周期为100ms，占空比为1:4
15、的信号序列，如下图所示。,P1.0引脚输出的信号序列,解：,分析：设计时，以20ms为一个基本定时单位，高电平保持1个基本定时单位之后，P1.0变为低电平，保持4个基本定时单位，然后，P1.0再次改变为高电平，周而复始地重复上述过程，就可以实现题目要求的信号序列。,(1)计算计数的初始值,系统的晶振频率为fosc=6MHz，机器周期TM=2s。选用定时/计数器T0的方式1实现，确定定时时间为td=20ms，假设计数初始值为X：,则（TH0）=0D8H，（TL0）=0F0H。,(2)设置工作方式,方式1：M1M0=01,因此，（TMOD）=01H。,定时器模式：,定时/计数器启动不受外部控制：G
16、ATE=0,(3)初始化程序(中断方式或程序查询方式 P154),三、方式2(8位自动装入时间常数方式),定时计数器0在工作方式2的逻辑结构,当GATE=0时，只要TR0为1，计数器TL0开始计数；,当GATE=1时，仅当TR0为1，且引脚输入信号状态为1时，计数器TL0开始计数。,定时计数器0在工作方式2的逻辑结构,计数器开始工作后，当8位计数器TL0从初始值开始加1计数直到计数器各位全为“1”以后，再计数1次，计数器就产生溢出，则TF0位由硬件自动置1，同时把TH0的内容装载到TL0。,在方式2下，计数器计数范围是1256（28）。定时时间范围为1256个机器周期，即当晶振频率fosc=1
17、2MHz时，最大定时时间为0.256 ms,定时计数器0在工作方式2的逻辑结构,方式2初始值的计算,计数器工作模式,设计数N次后，要求计数器溢出，问初始值应为多少？,设初始值为,则：,有：,预先给计数器装入初始值，当计数器计数N次后，溢出标志TF0为1。,定时器工作模式,设定时td秒，要求计数器溢出。,首先计算定时td需要多少个机器周期才能实现。,即：,设初始值为,预先给计数器装入初始值，当计数器计数N个机器周期后，溢出标志TF0为1，定时时间到。,则：,有：,定时/计数器方式2的应用,例3：低频信号由T0(P3.4)引脚输入，要求当T0(P3.4)发生负跳变时，从P1.0引脚上输出1个500
18、us的同步脉冲。设系统的晶振频率为6MHz。,同步脉冲输出原理,解：,分析：采用定时/计数器计数方式和定时方式结合的方法,当P3.4引脚出现负跳变时，让计数器溢出，此时，使P1.0引脚输出低电平，并且改变定时/计数器的工作方式为定时方式，使低电平保持500us的延时，当计数器再次溢出时，使P1.0引脚输出高电平，同时把定时/计数器的工作方式改变为计数方式，原理如上图所示。,选用定时/计数器T0的方式2可实现上述要求。,(1)外部事件计数的初始化,工作方式：M1M0=10,因此，（TMOD）=06H。,计数器模式：,GATE=0,计数初始值：由于P3.4引脚上的信号，每发生一次负跳变，要求计数器
19、溢出，所以，(TL0)=0FFH，同时，令(TH0)=0FFH，以便下一个负跳变出现时，计数器也可溢出。,(2)500 定时的初始化,工作方式：M1M0=10,因此，（TMOD）=02H。,定时模式：,GATE=0,计数初始值计算：系统晶振频率为6MHz，则机器周期为2，方式2时计数器为8位，则定时500 所需的机器周期个数为,计数器初始值为：,因此，（TL0）=06H，同时，令（TH0）=06H,四、方式3(2个8位方式),当工作方式寄存器中的M1M0设置为11时，定时/计数器T0的工作方式为方式3。,只有定时/计数器T0有方式3，定时/计数器T1没有工作方式3，如果把T1设置为方式3，计数
20、器T1将停止工作。,在工作方式3下，定时/计数器T0被拆分成2个独立的8位计数器TH0和TL0,TH0的逻辑结构,方式3与方式2一样，每个8位计数器的计数范围是1256(28)。定时时间范围为1256个机器周期，即当晶振频率fosc=12MHz时，最大定时时间为0.256 ms,本章小结,一、MCS-51单片机内部有2个可编程的16位定时/计数器T0和T1，它们既可以作为定时器，又可以作为外部事件的计数器，还可以作为串行口的波特率发生器。T0有4种工作方式，而T1有3种工作方式。,二、定时/计数器T0的计数器由TL0和TH0构成；定时/计数器T1的计数器由TL1和TH1构成。T0和T1有多种工作方式，由定时/计数器方式寄存器TMOD设置。,三、T0和T1的启动和停止由定时/计数器控制寄存器TCON控制，当计数器计数溢出时，其溢出标志位TF0和TF1被置1，并可以以此标志向CPU提出中断请求。,计数功能作为计数个数，计数结束发中断信号。记录外部特定事件发生的个数。定时功能作为周期性定时中断信号。用于多任务分时操作系统，实现程序的切换。用作系统时钟基准。作为一个可编程波特率发生器，用于异步串行通信。可往I/O设备输出精确的定时信号，实现外设与CPU的同步。实现CPU的时间延时。,四、计数器/定时器的用途归纳,
