第4章 定时计数器的设计

第4章定时计数器的设计3.1定时器的基本概念3.2单片机的定时器3.1定时计数器的相关概念1.什么叫计数？计数是指对外部事件的个数进行计量。其实质就是对外部输入脉冲的个数进行计量。实现计数功能的器件称为计数器。2.什么叫定时？8051单片机中的定时器和计数器是一个部件，只不过计数器记录的是外界发生的事件，而定时器则是由单片机内部提供一个非常稳定的计数源进行定时的。这个计数源是由单片机的晶振经过12分频后获得的一个脉冲源。所以定时器计数脉冲的时间间隔与晶振有关。很显然，定时器是对内部时钟的计数。3.定时的种类（1）软件定时：利用执行一个循环程序进行时间延迟。其特点是定时时间精确，不需外加硬件电路，但占用CPU时间。因此软件定时的时间不宜过长。（2）硬件定时：利用硬件电路实现定时。其特点是不占用CPU时间，通过改变电路元器件参数来调节定时，但使用不够灵活方便。对于时间较长的定时，常用硬件电路来实现。（3）可编程定时器：通过专用的定时器/计数器芯片实现。其特点是通过对系统时钟脉冲进行计数实现定时，定时时间可通过程序设定的方法改变，使用灵活方便。也可实现对外部脉冲的计数功能。MCS-51单片机内部有两个16位可编程的定时器/计数器，简称为T0和T1，均可作定时器用也可计数器，它们均是二进制加法计数器，当计数器计满回零时能自动产生溢出中断请求，表示定时时间已到或计数已终止。适用于定时控制、延时、外部计数和检测等。4.2单片机的定时计数器计数器：对引脚T0（P3.4）和T1（P3.5.）输入的外部脉冲信号计数，当输入脉冲信号从1到0的负跳变时，计数器就自动加1。计数的最高频率一般为振荡频率的1/24。定时器：对系统晶振振荡脉冲的12分频输出进行计数。（1）定时器/计数器的结构组成：16位加法计数器、工作方式寄存器TMOD和控制寄存器TCON。T0：TL0（低8位）和TH0（高8位）T1：TL1（低8位）和TH1（高8位）8051单片机内部的定时器/计数器的结构如下图所示。（2）控制寄存器TCON(88H)TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0TF0/TF1：T0/1计数溢出标志位。可用于申请中断或供CPU查询。在进入中断服务程序时会自动清零；但在查询方式时必须软件清零。=1：计数溢出；=0：计数未满。TR0/TR1：T0/1启停控制位。=1：启动计数；=0：停止计数。IE0/IE1和IT0/IT1：用于管理外部中断。M1,M0：工作方式选择位。=00：13位定时器/计数器；=01：16位定时器/计数器（常用）；=10：可自动重装的8位定时器/计数器（常用）；=11：T0分为2个8位定时器/计数器；仅适用于T0。C/：定时方式/计数方式选择位。=1：选择计数器工作方式，对T0/T1引脚输入的外部事件的负脉冲计数；=0：选择定时器工作方式，对机器周期脉冲计数定时。如下页图所示。（2）工作方式寄存器TMODGATEC/TM1M0GATEC/TM1M0T1T0TGATE：门控位，定时器/计数器的启/停可由软件与硬件两者控制=0：软件控制，只由TCON中的启/停控制位TR0/TR1控制定时器/计数器的启/停。=1：硬件控制，由外部中断请求信号/和TCON中的启/停控制位TR0/TR1组合状态控制定时器/计数器的启/停。其控制逻辑如下图所示。0INT1INT（3）定时器/计数器的工作方式8051单片机的定时器/计数器共有四种工作模式，现以T0为例加以介绍，T1与T0的工作原理相同，但方式3下T1停止计数。方式（如F0）和用户定义名称等几种方式。16位定时器/计数器被拆成两个8位寄存器TH0和TL0，CPU在对它们初始化时必须装入相同的定时器/计数器初值。以TL0作计数器，而TH0作为预置寄存器。当计数满溢出时，TF0置“1”，同时TH0将计数初值以硬件方法自动装入TL0。这种工作方式很适合于那些重复计数的应用场合（如串行数据通信的波特率发生器）。1．工作方式0（M1M0=00，13位定时器/计数器）由TH0的全部8位和TL0的低5位（TL0的高3位未用）构成13位加1计数器，当TL0低5位计数满时直接向TH0进位，并当全部13位计数满溢出时，溢出标志位TF0置“1”。2．工作方式1（M1M0=01，16位定时器/计数器）由TH0和TL0构成16位加1计数器，其他特性与工作方式0相同。3．工作方式2（M1M0=10，自动重装计数初值的8位定时器/计数器）4．工作方式3（M1M0=11，2个8位定时器/计数器，仅适用于T0）TL0：8位定时器/计数器，使用T0原有控制资源TR0和TF0，其功能和操作与方式0或方式1完全相同。TH0：只能作为8位定时器，借用T1的控制位TR1和TF1，只能对片内机器周期脉冲计数。在方式3模式下，定时器/计数器0可以构成两个定时器或者一个定时器和一个计数器。T0方式3下的T1方式2，因定时初值能自动恢复，用作波特率发生器更为合适。（5）定时器/计数器的应用定时器/计数器可按片内机器周期定时，也可对由T0/T1引脚输入一个负脉冲进行加法计数。在应用时，其工作方式和工作过程均可通过程序设定和控制，因此，定时器/计数器在工作前必须先对其进行初始化，计算和设置初值。1.定时器T0/T1中断申请过程（1）在已经开放T0/T1中断允许且已被启动的前提下，T0/T1加1计满溢出时TF0/TF1标志位自动置“1”；（2）CPU检测到TCON中TF0/TF1变“1”后,将产生指令：LCALL000BH/LCALL001BH执行中断服务程序；（3）TF0/TF1标志位由硬件自动清“0”,以备下次中断申请。2.定时器/计数器初始化的步骤（1）写TMOD，设置定时器/计数器的工作方式；（2）计算定时器/计数器的初值，写入TH0/TH1、TL0/TL1。（3）设置IE、IP，以开放相应的中断和设定中断优先级。3.定时器/计数器的定时器/计数器范围（1）工作方式0：13位定时器/计数器方式最大计数值=213=8192（2）工作方式1：16位定时器/计数器方式最大计数值=216=65536（3）工作方式2和工作方式3：8位的定时器/计数器方式因此，最大计数值=28=2563.计数器初值的计算方法：用最大计数量减去需要的计数次数。即：TC=MC其中：TC——计数器需要预置的初值；M——计数器的模值（最大计数值）；方式0时，M=213；方式1时，M=216；方式2,3时，M=28；C——计数器计满回0所需的计数值，即设计任务要求的计数值。例如：流水线上一个包装是12盒，要求每到12盒就产生一个动作，用单片机的工作方式0来控制，则应当预置的初值为：TC=MC=21312=81804.定时器初值的计算定时时间的计算公式为：T=（MTC）×T0（或TC=MT/T0）其中：T——定时器的定时时间，即设计任务要求的定时时间；T0——计数器计数脉冲的周期，即单片机系统主频周期的12倍；M——计数器的模值；TC——定时器需要预置的初值。若设初值TC=0，则定时器定时时间为最大。若设单片机系统主频为12MHz，则各种工作方式定时器的最大定时时间为：工作方式0：Tmax=213×1s=8.192ms工作方式1：Tmax=216×1s=65.536ms工作方式2和3：Tmax=28×1s=0.256ms[例题1]设一只发光二极管LED和8051的P1.0脚相连。当P1.0脚是高电平时，LED发亮；当P1.0脚是低电平时，LED不亮。编制程序用定时器来实现发光二极管LED的闪烁功能，设置LED每1s闪烁一次。已知单片机系统主频为12MHz。解：定时器/计数器的最长的定时是65.536ms，无法实现1s的定时。可以采用软件计数器来进行设计。设计思想：定义一个软件计数器单元30H，先用定时器/计数器0做一个50ms的定时器，定时时间到了以后将软件计数器中的值加1，如果软件计数器计到了20，取反P1.0，并清掉软件计数器中的值，否则直接返回。则完成了20次定时中断才取反一次P1.0，因此定时时间就为20×50=1000ms=1s。定时器/计数器0采用工作方式1，其初值为：21650ms/1s=6553650000=15536=3CB0H电路图如下：程序如下：ORG0000HAJMPSTART;转入主程序ORG000BH;定时器/计数器0的中断服务程序入口地址AJMPTIME0;跳转到真正的定时器中断服务程序处ORG0030HSTART:MOVSP,#60H;设置堆栈指针MOVP1,#0FFH;关发光二极管LED（使其灭）MOV30H,#00H;软件计数器预清0MOVTMOD,#01H;定时器/计数器0工作于方式1MOVTH0,#3CH;设置定时器/计数器的初值MOVTL0,#0B0HSETBEA;开总中断允许SETBET0;开定时器/计数器0中断允许SETBTR0;启动定时器/计数器0LOOP:AJMPLOOP;循环等待（真正工作时，这里可写任意其他程序）定时器/计数器0的中断服务程序如下：TIME0:PUSHACC;将PSW和ACC推入堆栈保护PUSHPSWINC30H;软件计数器加1MOVA,30HCJNEA,#20,T_LP2;软件计数器单元中的值到了20了吗？到了，继续执行;否则，转入T_LP2T_LP1:CPLP1.0;到了，P1.0取反MOV30H,#00H;清软件计数器T_LP2:MOVTH0,#3CH;重置定时器/计数器的初值MOVTL0,#0B0HPOPPSW;恢复PSW和ACCPOPACCRETI;中断返回END[例题2]设外部有一个计数源。编制程序，对外部计数源进行计数并显示。解：将外部计数源连到定时器/计数器1的外部引脚T1上，可用LED将计数的值显示出来，我们用P1口连接的8个LED来显示计到的数据。LED对P1口电平要求同例4。（电路图类同例3）程序如下：ORG0000HAJMPSTART;转入主程序ORG0030HSTART:MOVSP,#60H;设置堆栈指针MOVTMOD,#60H;定时器/计数器1作计数用SETBTR1;启动计数器1开始运行LOOP:MOVA,TL1;读计数器1的计数值送AMOVP1,A;将计数值输出到P1口，驱动LED显示AJMPLOOP;转回LOOPEND