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第6章MCS-51单片机定时器/计数器本章制作：刘晓霞第6章MCS-51单片机定时器/计数器目录6.1MCS-51定时器/计数器的结构及原理6.2定时器T0、T16.3定时器T26.4定时器应用举例本章主要讨论MCS-51单片机定时器/计数器的逻辑结构和工作原理。内容主要有MCS-51单片机定时器T0、T1、T2的逻辑结构，工作方式的选择和应用。本章为单片机的主要内容，也是第七章串行口的学习的基础。第6章MCS-51单片机的定时器/计数器6.1MCS-51单片机定时器/计数器的结构及原理主要内容6.1.1MCS-51单片机定时器的结构6.1.2MCS-51单片机定时器的工作原理6.1.3定时器/计数器的控制寄存器6.1.1MCS-51单片机定时器的结构MCS-51单片机定时器/计数器逻辑结构图：CPU中断溢出溢出溢出定时器0定时器1定时器2TMODT2CONT2MODTCONTH0TL0TH1TL1TH2TL2RCAP2LRCAP2H模式模式T2(P1.0)T1(P3.5)T2EX(P1.1)T0(P3.4)模式控制控制控制中断重装捕获6.1.1MCS-51单片机定时器的结构MCS-51主要由如下构成：①三个16位的可编程定时器/计数器：定时器/计数器0、1和2。②每个定时器有两部分构成：THx和TLx③特殊功能寄存器T2MOD和T2CON，主要对T2进行控制。④特殊功能寄存器TMOD和TCON，主要对T0和T1进行控制。6.1.1MCS-51单片机定时器的结构⑤引脚P3.5、P3.4、P1.0，输入计数脉冲。⑥定时器T0、T1和T2是3个中断源，可以向CPU发出中断请求。⑦定时器/计数器T2增加了两个8位的寄存器：RCAP2H和RCAP2L。⑧特殊功能寄存器之间通过内部总线和控制逻辑电路连接起来。6.1.2MCS-51单片机定时器的工作原理定时器/计数器T0、T1、T2的内部结构简图如下图所示。C/T=0中断请求振荡器TLx(8位)THx(8位)Tx12分频TFxC/T=1控制TRx6.1.2MCS-51单片机定时器/计数器的工作原理从上图可以看出：①定时器的实质是一个加1计数器。②C/T=0，为定时器方式。计数信号由片内振荡电路提供，振荡脉冲12分频送给计数器，每个机器周期计数器值增1。例如：如果晶振频率为12MHz，则最高计数频率为0.5MHz6.1.2MCS-51单片机定时器/计数器的工作原理③C/T=1，为计数方式。计数信号由Tx引脚(P3.4、P3.5和P1.0)输入，每输入一有效信号，相应的计数器中的内容进行加1。④控制信号TRx=1时，定时器启动。⑤当定时器由全1加到全0时计满溢出，从0开始继续计数，TFx=1，向CPU申请中断。6.1.3定时器/计数器的方式和控制寄存器1、T0、T1工作模式寄存器TMOD功能：确定定时器的工作模式。其格式如图6-3所示：TMOD(89H)D7D6D5D4D3D2D1D0GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0图6-3定时器方式寄存器TMODGATE——外部门控制位。GATE＝1，使用外部控制门。TRx=1，P3.2（P3.3）=1时，启动定时器。6.1.3定时器/计数器的方式和控制寄存器GATE＝0，不使用外部门控制计数器C/T——定时或计数方式选择位。C/T＝0时，为定时器C/T＝1时，为计数器采样过程：CPU在每机器周期S5P2期间，输入信号进行采样。若前一机器周期采样值为1，下一机器周期采样值为0，则计数器增1，随后的机器周期S3P1期间，新的计数值装入计数器。6.1.3定时器/计数器的方式和控制寄存器M1、M0——工作模式选择位。如下表所示:表6-1定时器/计数器的工作模式M1M0工作模式功能00模式013位定时器/计数器01模式116位定时器/计数器10模式28位自动重置定时器/计数器11模式3定时器0：TL0为8位定时器/计数器，TH0为8位定时器。定时器1：无此方式6.1.3定时器/计数器的方式和控制寄存器2、T0、T1的控制寄存器TCONTCON(88H)D7D6D5D4D3D2D1D0TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0图6-4定时器的控制寄存器TF1、TF0：T1、T0的溢出标志位计数溢出，TFx=1。中断方式：自动清零；查询方式：软件清零。6.1.3定时器/计数器的方式和控制寄存器TR1、TR0：T1、T0启停控制位。置1，启动定时器；清0，关闭定时器。IE1、IE0：外部中断1、0请求标志位IT1、IT0：外部中断1、0触发方式选择位注意：GATE=1，TRx与P3.2（P3.3）的配合。6.2定时器T0、T1的工作模式及应用主要内容6.2.1模式0的逻辑结构及应用6.2.2模式1的逻辑结构及应用6.2.3模式2的逻辑结构及应用6.2.4模式3的逻辑结构及应用6.2.1模式0的逻辑结构及应用M1M0＝00，选择模式0。逻辑结构如图6-5所示。（以T0为例）T0的结构：13位定时器/计数器。由TH0的8位、TL0的低5位构成(高3位未用)工作过程：TL0溢出后向TH0进位，TH0溢出后将TF0置位，并向CPU申请中断。定时时间=（213-定时初值）×机器周期最大定时时间：213×机器周期6.2.1模式0的逻辑结构及应用C/T=1，计数方式。计数脉冲由P3.4引脚输入。C/T=0时，定时方式。振荡器12分频T0（P3.4）TR0TL0（5位）TH0（8位）TF0GATE+＆C/T=0C/T=1P3.2中断图6-5模式0的逻辑结构图6.2.2模式1的逻辑结构及应用M1M0＝01时，选择模式1。逻辑结构如下页图所示。T0的结构：16位定时器/计数器。TL0：存放计数初值的低8位。TH0存放计数初值的高8位；定时时间=(216-定时初值)×机器周期最大定时时间：216×机器周期6.2.2模式1的逻辑结构及应用工作过程：当TL0计满时，向TH0进1；当TH0计满时，溢出使TF0=1，向CPU申请中断。MCS-51单片机之所以设置几乎完全一样的方式0和方式1，是出于与MCS-48单片机兼容的。振荡器12分频TL0（8位）TH0（8位）TF0+＆T0(P3.4)TR0P3.2GATEC/T=0C/T=1中断6.2.3模式2的逻辑结构及应用M1M0＝10时，选择模式2。逻辑结构如图6-7所示。T0的结构：TL0：8位的定时器/计数器；TH0：8位预置寄存器，用于保存初值。工作过程：当TL0计满溢出时，TF0置1，向CPU发出中断请求；同时引起重装操作（TH0的计数初值送到TL0），进行新一轮计数。6.2.3模式2的逻辑结构及应用图6-7模式2的逻辑结构图振荡器12分频T0（P3.4）TR0TF0中断GATE+＆C/T=0C/T=1TL0（8位）TH0（8位）P3.26.2.3模式2的逻辑结构及应用定时时间=(28-初值)×机器周期最大定时时间=28×机器周期优点：模式2能够进行自动重装载。模式0和1计数溢出后，计数器为全0。循环定时或计数时，需要重新设置初值。说明：在模式2能够满足计数或定时要求时，尽可能使用模式2。6.2.4模式3的逻辑结构及应用1、T0模式3的结构特点M1M0＝11，选择模式3。逻辑结构如图6-8和6-9所示：结构：TL0、TH0分为两个独立的8位计数器TL0：8位定时器/计数器使用T0所有的资源和控制位TH0：8位定时器使用T1所有的资源(中断向量、中断控制ET1、PT1)和控制位（TR1、TF1）6.2.4模式3的逻辑结构及应用振荡器12分频TR1振荡器12分频T0（P3.4）TR0TF0GATE+＆C/T=0C/T=1TL0（8位）TF1TH0（8位）P3.2中断中断图6-8模式3下T0的逻辑结构图6.2.4模式3的逻辑结构及应用2、T0模式3时T1的工作模式T1可以模式0～模式2工作。T1的结构如图6-9所示由于TF1及中断矢量被TH0占用，所以T1仅用作波特率发生器或其它不用中断的地方。T1作波特率发生器，其计数溢出直接送至串行口。设置好工作方式，串行口波特率发生器开始自动运行。TMOD中T1的M1M0=11，T1停止工作。6.2.4模式3的逻辑结构及应用串行口串行口重新装入C/T=0C/T=1C/T=0C/T=1C/T=1C/T=0T1(P3.5)T1(P3.5)T1(P3.5)（c）T1模式2（b）T1模式1（a）T1模式0TH1（8位）TL1（5位）振荡器12分频振荡器12分频振荡器12分频串行口TH1（8位）TL1（8位）TL1（8位）TH1（8位）图6-9模式3下，T1的逻辑结构图思考：T0工作在模式3，T1怎么进行方式设置？串行口重新装入C/T=1C/T=0T1(P3.5)振荡器12分频TL1（8位）TH1（8位）6.2.4模式3的逻辑结构及应用1、定时器/计数器工作模式的选择方法（1）首先计算计数值N（2）确定工作模式原则是尽可能地选择模式2若N≤256选择模式2，否则选择模式1（3）如果需要增加一个定时器/计数器选择模式3。6.2.4模式3的逻辑结构及应用2、定时器/计数器初值X的计算方法因为X+N=28或216所以X=28或216-N（1）对定时器设定时时间为tN=t/机器周期所以X=28或216-t/机器周期（2）对计数器X=28或216-N6.2.4模式3的逻辑结构及应用例6-1设单片机的振荡频率为12MHz，用定时器/计数器0的模式1编程，在P1.0引脚产生一个周期为1000µs的方波，定时器T0采用中断的处理方式。定时器的分析过程。工作方式选择需要产生周期信号时，选择定时方式。定时时间到了对输出端进行周期性的输出即可。工作模式选择根据定时时间长短选择工作模式。首选模式2，可以省略重装初值操作。6.2.4模式3的逻辑结构及应用定时时间计算：周期为1000µs的方波要求定时器的定时时间为500µs，每次溢出时，将P1.0引脚的输出取反，就可以在P1.0上产生所需要的方波。定时初值计算：振荡频率为12MHz，则机器周期为1µs。设定时初值为X，（65536-X）×1µs=500µsX=65036=0FE0CH定时器的初值为：TH0=0FEH，TL0=0CH6.2.4模式3的逻辑结构及应用C语言程序：#includereg52.h//包含特殊功能寄存器库sbitP1_0=P1^0;//进行位定义voidmain(){TMOD=0x01;//T0做定时器，模式1TL0=0x0c;TH0=0xfe;//设置定时器的初值ET0=1;//允许T0中断EA=1;//允许CPU中断TR0=1;//启动定时器while(1);//等待中断}6.2.4模式3的逻辑结构及应用voidtime0_int(void)interrupt1{//中断服务程序TL0=0x0c;TH0=0xfe;//定时器重赋初值P1_0=~P1_0;//P1.0取反，输出方波}汇编语言程序：ORG0000HSJMPMAINORG000BHLJMPTIME06.2.4模式3的逻辑结构及应用MAIN:MOVTMOD,#01H；T0定时，模式1MOVTL0,#0CH；置定时初值MOVTH0,#0FEHSETBET0；定时器T0开中断SETBEA；CPU开中断SETBTR0；启动定时器T0SJMP$；等待定时器溢出TIME0:;中断服务程序MOVTL0,#0CHMOVTH0,#0FEH；重装定时初值CPLP1.0；P1.0取反RETI；中断返回END6.2.4模式3的逻辑结构及应用例6-2设单片机的振荡频率为12MHz，用定时器/计数器0编程实现从P1.0输出周期为500μs的方波。分析：方法同例6-1定时时间：方波周期为500μs，定时250μs。模式选择：定时器0可以选择模式0、1和2。模式2最大的定时时间为256μs，满足250μs的定时要求，选择模式2。6.2.4模式3的逻辑结构及应用（1）初值计算（256-X）×1µs=250µsX=6；则TH0=TL0=6（2）程序：采用中断处理方式的程序：C语言程序：#includere