第七章 定时器计数器

在测控技术中，往往需要定时检测某个参数，或按一定的时间间隔来进行某种控制。还有一些控制是按对某种事件的计数结果进行的。因此几乎所有单片机内部都设置了定时/计数器，以简化微机测控系统的设计。MCS-51系列单片机典型产品8051等有两个16位定时器/计数器T0，T1；8052等单片机有三个16位定时器/计数器T0、T1和T2。它们都可以用作定时器或外部事件计数器。7.451内部定时／计数器及其应用7.451内部定时／计数器及其应用2定时与计数的概念定时的主要作用是产生各种时标间隔。软件延时硬件定时器计数：记录（外部）事件的数量。例如：温度测量定时／计数器的实质3定时／计数器的实质就是计数器，一般都具有定时兼计数的功能，具体是定时还是计数主要看计数对象（即计数脉冲）。若计数脉冲为已知固定周期的信号，则计数器就可以看作定时器；若计数脉冲为周期不固定的或未知的信号，则计数器只能看作是计数器。通过外部引脚对外部事件计数通过对机器周期进行计数实现定时MCS-51单片机内部定时／计数器一、内部定时／计数器结构和工作原理451单片机内部有两个可编程16位加1的定时器/计数器，具有两种工作模式（计数器模式、定时器模式）和四种工作方式（方式0、方式1、方式2、方式3），其控制字均在相应的特殊功能寄存器（SFR）中，通过对它的SFR的编程，可以方便的选择工作模数和工作方式。1、定时/计数器的结构GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0TH1TL1TH0TL0T1方式T0方式T1引脚T0引脚机器周期脉冲内部总线TMODTCON外部中断相关位TF1TR1TF0TR05定时器/计数器是一个加1计数器，当计数溢出时产生中断申请表示定时到或计数到。•每输入一个脉冲，计数器加1，当加到计数器各位都为1时，再输入一个脉冲，计数器各位全变为0，溢出，中断标志置1（SFR中TCON的TF0、TF1），从而向CPU申请中断。由预置计数值就可以算出从加1计数器启动到计满溢出所需的时间，即定时时间。•8位－256；13位－8192；16位－65536计数原理对外部脉冲计数时，当脉冲有一个高电平到低电平“1”－“0”跳变时，计数器加1，且在每个机器周期的S5P2采样外部输入，若前一个机器周期采样值为1，后一个机器周期采样值为0，则计数器加1。由于识别一个从1到0的负跳变信号需要两个机器周期（24个振荡周期），所以最高的计数频率为系统时钟频率的1/24；两个输入脉冲的最小间隔应不小于两个机器周期。又因为一个机器周期对信号采样一次，因此输入信号的电平宽度至少应持续一个机器周期。定时原理•输入脉冲不是外部脉冲源，而是一个晶体振荡器的脉冲源。•输入脉冲是由内部振荡器的输出经12分频送来，所以定时器可看做对机器周期的计数。•晶振12MHz，机器周期1us，定时器每接收一个脉冲是1us•晶振6MHz，机器周期2us，定时器每接收一个脉冲是1us加法计数器的初值可以由程序设定，设置的初值不同，计数值或定时时间就不同。定时时间不仅与计数初值有关，而且与系统时钟频率有关。•对于16位计数器，最大定时时间是216个脉冲的时间。则定时时间△T=(216－X)*T•T：输入脉冲周期，T=12/fµs(f为晶振频率1.2～12MHz)如为12MHz，则T＝1µs•X：计数器初值（由程序输入）•对于12MHz晶体，T＝1µs，最大定时△T=65.536ms；对于6MHz晶体，T＝2µs，最大定时△T=131ms•常使用：X=216－△T/T例：系统时钟频率为12MHz，要产生1ms定时，求初值XT=12/12=1µs若为16位计数器X=216－1000/1=64536=0FC18H若为13位计数器X=213－1000/1=8192－1000=7192=1C18H•不能采用8位计数器二、T/C的特殊功能寄存器SFR111、16位定时/计数器0：核心的计数单元由两个特殊功能寄存器TH0和TL0组成2、16位定时/计数器1：核心的计数单元由两个特殊功能寄存器TH1和TL1组成3、定时器方式选择寄存器：TMOD4、定时器控制寄存器：TCONT/C的特殊功能寄存器SFR123、定时器方式选择寄存器：TMODM1M0方式说明00013位定时器(TH的8位和TL的低5位）01116位定时器/计数器102自动重装入初值的8位计数器113T0分成两个独立的8位计数器,T1在方式3时停止工作13地址：89H定时器方式选择寄存器：TMOD14GATE——门控位。GATE=0启动不受/INT0或/INT1的控制；GATE=1启动受/INT0或/INT1的控制。C//T——外部计数器/内部定时器方式选择位C//T=0定时方式；C//T=1计数方式。4、定时器控制寄存器：TCON15TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0TCON（88H）外部中断有关1、TF1：定时器/计数器T1溢出中断请求标志位。当启动T1计数后，T1从初值开始加1计数，计数器最高位产生溢出时，由硬件使TF1置1，并向CPU发出中断请求。当CPU响应中断时，硬件将自动对TF1清0。2、TF0：定时器/计数器T0溢出中断请求标志位。含义与TF1类同。定时器控制寄存器：TCON16TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0TCON（88H）外部中断有关TR1：T1运行控制位。TR1=1时，T1开始工作；TR1清0时，T1停止工作。TR1由软件置1或清0。所以，用软件可控制定时/计数器的启动与停止。TR0：T0运行控制位。三、四种工作方式17除了方式3，T0和T1有完全相同的工作方式。1、方式018T/C0方式0（13位计数器）的逻辑结构图低5位高8位方式0为13位计数，由TL0的低5位（高3位未用）和TH0的8位组成。TL0的低5位溢出时向TH0进位，TH0溢出时，置位TCON中的TF0标志，向CPU发出中断请求。P3.4方式019定时计数模式选择低5位高8位启动控制分析GATE：门控位GATE=0时，定时计数器的启停，仅仅由TR0控制，只要TR0=1就启动。GATE=1时，定时计数器的启停，还将受到INT0引脚的控制。在TR0=1的前提下int0引脚=1计数，=0停止计数。TR0=0停止计数。计数初值问题13X=2-N20初值重装问题：用程序将0~8191的某一数送入TH0、TL0作为初值，TH0、TL0从初值开始加法计数，直至溢出。所以初值不同，定时时间或计数值不同。必须注意的是：加法计数器TH0溢出后，必须用程序重新对TH0、TL0设置初值，否则下一次TH0、TL0将从0开始计数。初值计算问题：加法计数器。例如：计数1000个。213-1000=7192=1110000011000BE0送TH18H送TLMOVTH0，#0E0HMOVTL0，#18H•此种方式与MCS－48系列兼容，如果不是为了兼容的目的，一般不用方式0.•方式0的全部功能，方式1都可以代替。•如果要重复定时或计数，则须重新设置时间常数初值注意:2、方式122T/C0方式1（16位计数器）的逻辑结构图与方式0相似，方式1时的计数长度是2的16次方。16位的初值直接拆成高低字节，分别送入TH和TL即可。初值的计算公式？？方式13、方式2（计数初值自动再装入）23工作方式0和工作方式1的最大特点就是计数溢出后，计数器为全0，因而循环定时或循环计数应用时就存在反复设置初值的问题，这给程序设计带来许多不便，同时也会影响计时精度。工作方式2就针对这个问题而设置，它具有自动重装载功能，即计数初值自动再装入。3、方式224方式2（计数初值自动再装入）结构图计数初值自动再装入的实现25在工作方式2中，16位计数器分为两部分，即以TL0为计数器，以TH0作为预置寄存器，初始化时把计数初值分别加载至TL0和TH0中，当计数溢出时，不再象方式0和方式1那样需要“人工干预”，由软件重新赋值，而是由预置寄存器TH以硬件方法自动给计数器TL0重新加载。与方式0和方式1不同处：•只使用TL0做8位计数器，最大计数值255；•最大定时时间(晶振12MHz时)：256s•用于需要重复定时和计数的场合。方式2用于定时工作方式，定时时间由下式确定：t=N×Tcy=(256-X)×Tcy计数初值X：X==256-t／Tcy4、方式327方式3（两个8位独立计数器）结构图只能定时不能计数。既可以定时也可以计数方式3（两个8位独立计数器）28（2）TH0占用了T1的控制位TR1、和中断标志位TF1，同时占用了T1的中断资源，此时，TH0固定为一个8位计数器，启动受TR1控制，只能定时不能计数。说明：（1）T0在方式3时，TL0使用T0的控制位C/T、GATE、TR0、INT0，既可以定时也可以计数。（3）T0工作在方式3时，T1可以工作在方式0、1、2。（4）T0工作在方式3时，占用了TR1、TF1;T1只受C/T位控制，计数满时也没有溢出中断请求，只能将输出送到串行口。所以此时T1可以作串行口波特率发生器，如果需要T1停止计数，只需设置T1为方式3即可。T0工作在方式3时，T1工作在方式2的逻辑图29四、应用30定时/计数器的应用（1）选择定时/计数器——T0、T1选择其一，（2）定时或外计数选择——C//T及GATE，（3）工作方式——M1、M0（4）计数初值——加1计数、位数（5）计数初值的再装入1）写TMOD；2）确定IE、IP；3）写计数初值；4）启动计数（TRi）编制初始化程序：中断相关寄存器31中断允许控制寄存器IEEA--ESET1EX1ET0EX0IE（A8H）AFHAEHADHACHABHAAHA9HA8H51单片机有两个中断优先级。高优先级或低优先级中断。中断优先级寄存器IPPSPT1PX1PT0PX0IP（B8H）BCHBBHBAHB9HB8H设计一个能产生t=1ms的周期信号发生器，试编程.32解：选T0方式0；C//T=0，GATE=0;12MHz时钟，T=1usN=0.5ms/T=0.5ms/1us=500初值=213-500=8192-500=7692=1E0CH=0001111000001100B，1E0CH01100TL011110000TH0F0H0CH33LJMPMAINORG000BHLJMPTim0ORG1000HMAIN：MOVSP，#60HMOVTL0，#0CHMOVTH0，#0F0HMOVTMOD，#00HSETBTR0SETBET0SETBEASJMP＄………ORG0000HTim0：MOVTL0，#0CHMOVTH0，#0F0HCPLP1.0RETI设计一个能产生t=1ms的周期信号发生器，试编程.200ms的方波？？34LJMPMAINORG000BHLJMPINSE0ORG1000HMAIN：MOVSP，#60HMOVTL0，#0CHMOVTH0，#0F0HMOVTMOD，#00HSETBTR0SETBET0SETBEASJMP＄MOVR2,#200………ORG0000HINSE0：DJNZR2,NextCPLP1.0MOVR2,#200Next:MOVTL0，#0CHMOVTH0，#0F0HRETI设计一个能产生t=200ms的周期信号发生器，试编程.200ms的方波:软件计数当实际应用系统中应用系统的2个外部中断源已被占用，现要求增加1个外部中断源，而片内定时器/计数器没有使用时，可利用定时器/计数器扩展外部中断源，方法如下：将定时器/计数器设置为计数模式，计数初值设定为满值，将待扩展的外部中断源接到定时器/计数器。当从该引脚输入一个下降沿信号，计数器加1后产生定时器/计数器溢出中断。因此定时器/计数器可作为扩展中断源的中断输入端。例：利用定时器/计数器T0扩展一个外部中断源，T0设置为方式2（自动重装初值方式）外部计数工作模式，TH0、TH1初值均为0FFH，初始化程序如下：INIT_T0:MOVTMOD,#06H;T0计数方式2MOVTH0,#0FFH;MOVTH0,#0FFH;SETBET0;T0开中断；SETBE