第5章 定时器计数器与中断系统

定时器/计数器与中断系统周剑峰MCS-51单片机的定时器/计数器一、MCS-51单片机定时器／计数器组成：定时器/计数器0(T0)：16位的加计数器定时器/计数器1(T1)：16位的加计数器二、定时器/计数器的功能对外部输入信号的计数功能。定时器/计数器0(T0）的外来脉冲输入端为P3.4；定时器/计数器1(T1）的外来脉冲输入端为P3.5。定时功能。定时器/计数器的定时功能也是通过计数实现的，它的计数脉冲是由单片机的片内振荡器输出经12分频后产生的信号，即为对机器周期计数。MCS-51单片机的定时器/计数器MCS-51单片机定时器/计数器逻辑结构图T1由TH1、TL1构成，字节地址为8DH、8BHT0由TH0、TL0构成，字节地址为8CH、8AHTCON则用于控制定时计数器T0和T1的启动和停止计数，同时管理定时器T0和T1的溢出标志等。特殊功能寄存器TMOD控制定时计数器的工作方式定时器/计数器的控制主要是通过以下几个寄存器实现的：TCON---定时器/计数器控制寄存器TMOD---定时器/计数器工作方式控制寄存器IE---中断允许控制寄存器定时器/计数器的控制TMOD89HD7D6D5D4D3D2D1D0GATEM1M0GATEM1M0←T1方式字段→←T0方式字段→GATE——门控位。GATE=0启动不受/INT0或/INT1的控制,TCON的TR0或TR1置1，启动定时器工作；GATE=1,/INT0或/INT1为高电平，且TCON的TR0或TR1置1，启动定时器工作。C/T——外部计数器/定时器方式选择位C//T=0定时方式；C//T=1计数方式。M1M0——工作方式选择位（编程可决定四种工作模式）。方式寄存器TMODM1和M0方式选择位M1M0工作方式功能00方式013位计数器01方式116位计数器10方式2自动再装入8位计数器11方式3定时器0分成2个8位计数器，定时器1停止计数=0——定时；=1——对外计数。定时：每个机器周期加1，fosc/12=1/（12/fosc）=1/TN个方波T计数：脉冲不等间隔。波形等间隔，次数已定，时间确定即对机器周期进行计数。左图定时时间为N*T每个下降沿计数一次确认一次负跳变需两个机器周期，所以，计数频率最高为fosc/24。TCON88HD7D6D5D4D3D2D1D0TF1TR1TF0TR0TR0——定时/计数器0运行控制位。软件置位，软件复位。TR1——定时/计数器1运行控制位。（用法与TR0类似）TF0、TF1分别是定时、计数器T0、T1的溢出标志位。（1）定时/计数器的工作方式M1M0——工作模式选择位（编程可决定四种工作模式）0013位定时/计数器模式00116位定时/计数器模式1108位定时/计数器（自动重装初值）模式211T08位定时/计数模式311T1停止工作模式31）工作方式0T0的等效逻辑结构在计数工作方式0下，计数器的计数值范围是：1～8192（2的13方）当为定时工作方式时，定时时间的计算公式为：（8192-计数初值）×晶振周期×12或（8192-计数初值）×机器周期其时间单位与晶振周期或机器周期相同。如果单片机的晶振选为6.000MHz，则最小定时时间为：[8192—（8192—1）]×1/6×10-6×12=2×10-6(s)=2(us)最长定时时间为：(8192—0)×1/6×10-6×12=16384×10-6(s)=16384(us)。2）工作方式1T0的等效逻辑结构在工作方式1下，计数器的计数值范围是：1～65536（2的16方）当为定时工作方式1时，定时时间的计算公式为：（65536—计数初值）×晶振周期×12或（65536—计数初值）×机器周期其时间单位与晶振周期或机器周期相同。如果单片机的晶振选为6.000MHz，则最小定时时间为：[65536—（65536—1）]×1/6×10-6×12=2×10-6(s)=2(us)最长定时时间为：(65536—0)×1/6×10-6×12=131072×10-6(s)=131072(us)。3）工作方式2T0的等效逻辑结构方式2与方式0、1的区别：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就具有自动重装载功能，即自动加载计数初值，所以也有的文献称之为自动重加载工作方式。在这种工作方式中，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。方式2在串口通讯时，常用作波特率发生器。4）工作方式3如果定时/计数器0工作于工作方式3，那么定时/计数器1的工作方式就因为自己的一些控制位已被定时/计数器0借用，只能工作在方式0、方式1或方式2下，T1等效电路参见下图：2.怎样编制计数程序？首先必须对定时计数器进行初始化，然后再开启定时或计数。简单的总结一下，定时计数器的初始化包括以下内容。（1）确定工作方式——对TMOD赋值；如：任务中的MOVTMOD,#06H指令，设定T0为计数器工作方式。（2）预置定时计数器中计数的初值——直接写入TH和TL；如：任务中的MOVTH0,#00H两条指令，设定计数初值。MOVTL0,#00H（3）根据需要开放定时器/计数器的中断——对IE位赋值；（4）启动定时器/计数器；如：任务中的SETBTR0指令初值的计算方法X=M-计数值M是定时器的最大计数值。视工作方式不同而不同。工作方式0：13位定时/计数方式，因此，最多可以计到2的13次方，也就是8192次。工作方式1：16位定时/计数方式，因此，最多可以计到2的16次方，也就是65536次。工作方式2和工作方式3：都是8位的定时/计数方式，因此，最多可以计到2的8次方，也说是256次。预置值计算：用最大计数量减去需要的计数次数即可。通过上面的任务，我们掌握了计数程序的编制方法，下面我们再看看定时程序怎样编制。首先我们看一下下面的程序段。MOVTMOD,#01HMOVTL0,#00HMOVTH0,#4CHSETBTR0以上程序是任务一中的定时程序段，它的初始化过程和计数方式类似。MCS-51单片机的定时器/计数器应用举例：利用定时器/计数器实现固定时间的定时利用定时器/计数器实现对外来信号脉冲的计数利用定时器/计数器实现对外来信号脉冲信号脉宽的测量MCS-51单片机的定时器/计数器实例一：定时器/计数器实现固定时间的定时题目：利用T0，使用工作方式0，在单片机的P1.0输出一个周期为2ms，占空比为1:1的方波信号。解：周期为2ms，占空比为1:1的方波信号，只需要利用T0产生定时，每隔1ms将P1.0取反即可。编程步骤：计算TMOD的值由于GATE=0；M1M0=00；C/T=0；所以(TMOD)＝00H计算初值（单片机振荡频率为12MHZ）所需要的机器周期数:n=(1000us/1us)=1000计数器的初始值：Ｘ＝8192-1000=7192所以：(TH0)=1CH，(TL0)=18H中断入口地址重新给T0赋初值P1.0取反中断返回主程序：中断程序：开始启动T0设置堆栈地址设置TMOD方式送定时器初值开T0中断等待流程图3：程序清单ORG4000HLJMPMAINORG400BH；T0中断入口地址LJMPSER；中断服务程序MAIN:MOVSP,#50H；开辟堆栈MOVTMOD,#00H；工作方式设置MOVTH0,#1CH；初始值设置MOVTL0,#18HSETBEA；开中断SETBET0；开T0中断SETBTR0；运行T0HERE:SJMP$；等待中断SER:CPLP1.0；定时到，输出取反MOVTH0,#1CH；重新加载初始值MOVTL0,#18HRETI；中断返回END中断程序的主程序和中断服务程序的布局定时器初始化开定时器中断主程序中断服务程序实例二：利用方式1定时题目：用定时器T1，使用工作方式1，在单片机的P1.0输出一个周期为2分钟、占空比为1:1的方波信号。解：周期为2分钟，占空比为1:1的方波信号，只需要利用T1产生定时，每隔1分将P1.0取反即可。由于定时器定时时间有限，设定T1的定时为50ms，软件计数1200次，可以实现1分钟定时。编程步骤：1、计算TMOD的值由于：GATE=0；M1、M0=0、1；C/T=0；所以：(TMOD）＝10Ｈ２、计算初值（单片机的振荡频率为12MHZ）所需要的机器周期数:n=(50000us/1us)=50000计数器的初始值：Ｘ＝65536-50000=15536所以：(TH0)=3CH;(TL0)=0B0H主程序：中断程序：中断入口地址P1.0取反中断返回重装初值（20H）-1=0？20H单元赋值20（21H）-1=0？21H单元赋值60NNYY开始设置堆栈地址设置TMOD方式启动T0等待计数单元赋值（20H,21H)送定时初值开T0中断流程图程序清单ORG4000HLJMPMAINORG401BH;T0中断入口地址LJMPSER;中断服务程序MAIN:MOVSP,#50H;开辟堆栈MOVTMOD,#10H;工作方式设置MOVTH1,#3CH;初始值设置MOVTL1,#0B0HSETBEA;开中断SETBET1;开T1中断SETBTR1;运行T1MOV20H，#20MOV21H，#60HERE:SJMP$;等待中断中断程序的主程序和中断服务程序的布局定时器初始化开定时器中断主程序计数单元赋初值SER:MOVTH1,#3CH；初始值重新设置MOVTL1,#0B0HDJNZ20H，NOMOV20H，#20DJNZ21H，NOMOV21H，#60CPLP1.0；定时到，输出取反NO:RETI；中断返回END中断服务程序判断中断的次数思考：能否利用定时器来实现一个电子钟？注意：此程序的#20和#60这两个立即数后面没有加H表示是十进制数。要求：每秒的次数用发光管显示出来每秒钟按键的按下次数不超过255次12A34B56C98D1110E1312F12A34B5.1k5.1k123A74F00456B74F00S+5VGND+5VT0PI.0PI.1PI.2PI.3PI.4PI.5PI.6PI.7测量每1秒钟之内的按键按下次数实现的方法：利用T0计数器对从T0输入的脉冲进行计数，利用T1工作于定时。每定时达到1秒钟，取出计数器的值进行显示。由于每秒钟按键的按下次数不超过255次，所以只需要显示TL0的内容即可。步骤：由于定时器的最大定时时间不能够达到1秒钟，我们设定T1定时100mS，每10次取一次计数值。设定TMOD，TH1，TL1的内容，（fosc)=6MHz所以：（TMOD）=15H（TH1）=3CH（TL1）=0B0H工作原理ORG0000HLJMPMAINORG001BHLJMPSERMAIN:MOVTMOD,#15HMOVTH1,#3CHMOVTL1,#0B0HMOVTL0,#00HMOVTH0,#00HSETBEASETBTR0SETBTR1SETBET1MOVP1,#00HSJMP$T0和T1初始化T1定时，T0计数启动T0计数，T1定时，开T1中断主程序中断程序的主程序和中断服务程序的布局程序清单SER:CLRTR0CLRTR1MOVTH1,#3CHMOVTL1,#0B0HDJNZR1,#10,LLMOVR1,#10MOVA,TL0MOVP1,AMOVTH0,#00HMOVTL0,#00HLL:SETBTR0SETBTR1RETIEND关T0和T1重新对T1赋值判断是否到10次取