第7章 MCS-51单片机定时计数器和串行接口

单片机原理与接口技术(第2版).李晓林.电子工业出版社返回目录102:34单片机原理与接口技术第7章MCS-51单片机定时/计数器和串行接口单片机原理与接口技术(第2版).李晓林.电子工业出版社返回目录202:34(1)了解定时/计数器的结构和工作原理。(2)熟悉定时/计数器的控制寄存器。(3)掌握定时/计数器的应用编程。(4)了解串行通信接口的结构和工作原理。(5)熟悉串行通信接口的控制寄存器。(6)掌握串行通信的应用编程。本章教学要求单片机原理与接口技术(第2版).李晓林.电子工业出版社返回目录302:34本章目录7.1定时/计数器7.1.1定时/计数器的结构与原理7.1.2定时/计数器的工作方式7.1.3定时/计数器对输入信号的要求7.1.4定时/计数器的应用7.2串行通信接口7.2.1串行通信基础知识7.2.2MCS-51串行通信接口7.2.3串行通信接口的应用习题与思考题单片机原理与接口技术(第2版).李晓林.电子工业出版社返回目录402:347.1定时/计数器MCS-51单片机内有2个16位可编程的定时/计数器，即定时器0（T0）和定时器1（T1）。两个定时/计数器都有定时或事件计数的功能，可用于定时控制、延时、对外部事件计数和检测等应用。单片机原理与接口技术(第2版).李晓林.电子工业出版社返回目录502:347.1.1定时/计数器的结构与原理T0和T1受特殊功能寄存器TMOD和TCON控制。可由软件设置为定时或计数工作方式。1．定时/计数器T0、T1结构----T0、T1结构单片机原理与接口技术(第2版).李晓林.电子工业出版社返回目录602:342．加1计数器T0、T1都是16位加1计数器，TH0、TL0构成定时/计数器T0加1计数器的高8位和低8位。加1计数器的初值可以通过程序进行设定，设定不同的初值，就可以获得不同的计数值或定时时间。7.1.1定时/计数器的结构与原理----加1计数器单片机原理与接口技术(第2版).李晓林.电子工业出版社返回目录702:343．定时控制寄存器（TCON）TF0、TF1：计数溢出标志位。TF0=1或TF1=1是计数溢出；TF0=0或TF1=0是计数未满。TR0、TR1：启/停控制位。TR0=1或TR1=1，使T0或T1启动计数；TR0=0或TR1=0，使T0或T1停止计数。7.1.1定时/计数器的结构与原理----TCON单片机原理与接口技术(第2版).李晓林.电子工业出版社返回目录802:344．工作方式控制寄存器（TMOD）GATE：门控信号。当GATE=0时，TRx=1即可启动定时器工作；当GATE=1时，要求同时有TRx=1和INTx=1才可启动定时器工作（x是1、2）。C/T：定时/计数器选择位。C/T=1，为计数器工作方式；C/T=0，为定时器工作方式。7.1.1定时/计数器的结构与原理M1、M0：定时/计数器工作模式选择位M1M0=00工作方式0（13位方式）M1M0=01工作方式1（16位方式）M1M0=10工作方式2(8位自动再装入方式)M1M0=11工作方式3（T0为2个8位方式）----TMOD单片机原理与接口技术(第2版).李晓林.电子工业出版社返回目录902:345．T0、T1定时功能和计数功能的选择通过选择控制C/T实现定时器或计数器的功能选择。当C/T=0时，选择定时器功能；当C/T=1时，选择计数器功能。7.1.1定时/计数器的结构与原理----定时/计数功能选择单片机原理与接口技术(第2版).李晓林.电子工业出版社返回目录1002:34对单片机内部机器周期产生的脉冲进行计数，计数器每个机器周期自动加1。如果单片机的晶振频率为12MHz，则计数频率为1MHz，或者说计数器每加1，可实现1μs的计时。7.1.1定时/计数器的结构与原理定时器功能（C/T=0）：-----定时器功能单片机原理与接口技术(第2版).李晓林.电子工业出版社返回目录1102:34对外部事件产生的脉冲进行计数。对于MCS-51单片机来说，P3.4和P3.5两个信号引脚分别是T0和T1计数器的计数脉冲信号输入端，当该引脚输入脉冲发生负跳变时，加1计数器自动加1。7.1.1定时/计数器的结构与原理计数器功能（C/T=1）：----计数器功能单片机原理与接口技术(第2版).李晓林.电子工业出版社返回目录1202:347.1.2定时/计数器的工作方式定时/计数器T0、T1可以有四种不同的工作方式：方式0、方式1、方式2和方式34种工作方式由TMOD中的M1、M0两位决定，见表7-3所示。----四种工作方式单片机原理与接口技术(第2版).李晓林.电子工业出版社返回目录1302:34当TMOD中M1M0=00时，选定方式0(13位状态)进行工作。C/T=1时，图中电子开关S1切至下端，13位定时/计数器处于计数器状态，加法计数器对T0引脚上的外部输入脉冲计数。计数值：N=8192-x。x是由TH0、TL0设定的初值。x=8191时为最小计数值l，x=0时为最大计数值8192，即计数范围为1~8192（213）。7.1.2定时/计数器的工作方式1．方式0----方式0，13位计数单片机原理与接口技术(第2版).李晓林.电子工业出版社返回目录1402:34C/T=0时，图中电子开关S1切至上端，加法计数器对机器周期计数，13位定时/计数器处于定时器状态。定时时间：Td=(8192-x)×Tcy。如果晶振频率fosc=12MHz，即机器周期为1μs，则定时范围为1μs~8192μs。7.1.2定时/计数器的工作方式----方式0，13位定时1．方式0单片机原理与接口技术(第2版).李晓林.电子工业出版社返回目录1502:34无论是计数器状态还是计时器状态，随着加法计数的增大，TL0的低5位溢出后自动向TH0进位，TH0溢出后，将溢出标志位TF0置位，并向CPU发出中断请求。7.1.2定时/计数器的工作方式----方式0计数溢出置位TF01．方式0单片机原理与接口技术(第2版).李晓林.电子工业出版社返回目录1602:347.1.2定时/计数器的工作方式----启动方式单片机原理与接口技术(第2版).李晓林.电子工业出版社返回目录1702:34当TMOD中M1M0=01时，选定方式1(16位状态)进行工作。7.1.2定时/计数器的工作方式----方式1，16位定时/计数2．方式1当作为计数器使用时，计数范围是1~65536（216）；当作为定时器使用时，定时器的定时时间为：Td=(216-Count)×Tcy。如果晶振频率fosc=12MHz，则定时范围为：1~65536μs。单片机原理与接口技术(第2版).李晓林.电子工业出版社返回目录1802:34方式0和方式1具有共同的特点，即当加法计数器发生溢出后，自动处于0状态，如果要实现循环计数或周期定时，就需要程序不断反复给计数器赋初值，这就影响了计数或定时精度，并给程序设计增添了麻烦。而方式2具有初值自动重新加载功能，其逻辑结构如图7-5所示。7.1.2定时/计数器的工作方式----方式2，自动重载初值3．方式2单片机原理与接口技术(第2版).李晓林.电子工业出版社返回目录1902:34当M1M0=10时，定时/计数器选定方式2进行工作。该方式下，16位计数器被分为两个8位寄存器TL0和TH0，其中TL0作为计数器，TH0作为计数器TL0的初值预置寄存器，并始终保持为初值常数。当TL0计数溢出时，系统将TF0置位，并向CPU申请中断，同时将TH0的内容重新装入TL0，继续计数。7.1.2定时/计数器的工作方式----方式2，自动重载初值单片机原理与接口技术(第2版).李晓林.电子工业出版社返回目录2002:344．方式37.1.2定时/计数器的工作方式----方式3在前述方式0、1、2三种工作方式中，T0和T1两个定时/计数器具有相同的功能。在方式3下，T0和T1的功能完全不同。当M1M0=11时：T0定时/计数器处于方式3工作模式。T1定时/计数器只能工作在方式0、1、2下。单片机原理与接口技术(第2版).李晓林.电子工业出版社返回目录2102:344．方式37.1.2定时/计数器的工作方式----方式3时T0的结构1)T0的方式3工作模式在方式3下，T0被拆成两个独立的8位计数器TL0和TH0。TL0既可以计数使用，又可以定时使用，构成了1个8位的定时/计数器（TL0）。T0的控制位和引脚信号全归TL0使用，其功能和操作与方式0或方式1完全相同，而且工作逻辑结构也极其类似。TH0只能作为1个8位定时器使用（不能用做外部计数方式）。而且由于T0的控制位已被TL0独占，因此只好借用定时/计数器T1的控制位TR1和TF1，以计数溢出去置位TF1，还占用T1的中断源。而定时的启动和停止则受TR1的状态控制。由于TL0既能做定时器使用，也能做计数器使用，而TH0只能做定时器使用，因此在工作方式3下，定时/计数器T0可以构成两个独立的定时器或1个定时器、1个计数器。单片机原理与接口技术(第2版).李晓林.电子工业出版社返回目录2202:341)T0的方式3工作模式T0为方式3工作模式时可以构成两个独立的定时器或1个定时器、1个计数器。7.1.2定时/计数器的工作方式----方式3时T0的结构单片机原理与接口技术(第2版).李晓林.电子工业出版社返回目录2302:342)T0在方式3时T1的工作模式7.1.2定时/计数器的工作方式----方式3时T1的工作模式如果定时/计数器T0已工作在方式3下，则定时/计数器T1只能工作在方式0、方式1或方式2下。此时由于T1的运行控制位TR1及计数溢出标志位TF1已被定时/计数器T0借用而没有计数溢出标志位可供使用，因此只能把计数溢出直接送给串行口，作为串行口的波特率发生器使用，以确定串行通信的速率。当作为波特率发生器使用时，只需要设置好工作方式，便可自动运行。如要停止工作，只需送入一个把T1设置为方式3的方式控制字就可以了。因为定时/计数器T1不能在方式3下使用，如果硬把它设置为方式3，则停止工作。单片机原理与接口技术(第2版).李晓林.电子工业出版社返回目录2402:342)T0在方式3时T1的工作模式7.1.2定时/计数器的工作方式----方式3时T1的工作模式如果定时/计数器T0已工作在方式3下，则定时/计数器T1只能工作在方式0、方式1或方式2下。单片机原理与接口技术(第2版).李晓林.电子工业出版社返回目录2502:347.1.3定时/计数器对输入信号的要求定时/计数器的作用是用来精确地确定某一段时间间隔(作为定时器用)或累计外部输入的脉冲个数(作为计数器用)。当用作定时器时，在其输入端输入周期固定的脉冲，根据定时/计数器中累计的脉冲个数，即可计算出所定时间的长度。当MCS-5l内部的定时/计数器被选定为定时器工作模式时，计数输入信号是内部时钟脉冲，每个机器周期产生一个脉冲位，计数器增l，因此定时/计数器的输入脉冲的周期与机器周期一样，为时钟振荡频率的l/12。当采用12MHz频率的晶振时，计数速率为1MHz，输入脉冲的周期间隔为1μs。由于定时的精度决定于输入脉冲的周期，因此当需要高分辨率的定时时，应尽量选用频率较高的晶振。定时器作用----定时器作用单片机原理与接口技术(第2版).李晓林.电子工业出版社返回目录2602:34当定时/计数器用作计数器时，计数脉冲来自外部输入引脚T0或T1。当输入信号产生由1至0的跳变(即负跳变)时，计数器的值增l。由于确认一次负跳变需要用2个机器周期，即24个振荡周期，因此外部输入的计数脉冲的最高频率为振荡器频率的1/24，例如，选用6MHz频率的晶振，允许输入的脉冲频率为250kHz，如果选用12MHz频率的晶振，则可输入500kHz的外部脉冲。对于外部输入信号的占空比并没有什么限制，但为了确保某一给定的电平在变化之前能被采样一次，则这一电平至少要保持一个机器周期。7.1.3定时/计数器对输入信号的要求----计数器作