单片机原理与C51基础-赵丽清第6章单片机定时／计数器

第6章定时／计数器第6章目录6.1定时／计数器0和16.1.1定时／计数器的结构及功能6.1.2定时／计数器0和1的控制和状态寄存器6.2T0和T1的4种工作模式6.2.1模式06.2.2模式16.2.3模式26.2.4模式36.3定时／计数器的应用6.3.1定时／计数器模式0的应用6.3.2定时／计数器模式1的应用6.3.3定时／计数器模式2的应用6.3.4定时／计数器门控位GATE的应用6.3.5运行中读定时／计数器6.1定时／计数器0和16.1.1定时／计数器的结构及功能1、定时／计数器的结构定时／计数器的结构如图6-1所示，定时／计数器T0、T1是两个16位的定时计数器，其中T0由TH0和TL0构成，T1由TH1和TL1构成。•TMOD(定时模式控制寄存器)用于选择各定时／计数器的功能和工作模式。•TCON(定时控制寄存器)用于控制定时／计数器T0、T1启动和停止计数，同时可显示定时时间是否到或计数值是否已满等状态。•T0、T1、TMOD、TCON属于特殊功能寄存器，系统复位时，四个特殊功能寄存器的所有位都被清零。6.1定时／计数器0和16.1.1定时／计数器的结构及功能1、定时／计数器的结构定时／计数器T0和T1本质上都是加1计数器，每输入一个脉冲，计数器加1，当加到计数器为全1时，再输入一个脉冲，就表示定时值到或计数值满，从而发生溢出，CPU会自动对TCON中的相关位置1，编程入员可采用查询模式或中断模式处理相应的事件。6.1定时／计数器0和16.1.1定时／计数器的结构及功能2、T0和T1的功能选择T0和T1都具有定时和计数两种功能。在TMOD中，有一个控制位(C/)，分别用于选择T0和T1是工作在定时器模式还是计数器模式。图6-1定时/计数器的结构T6.1定时／计数器0和16.1.1定时／计数器的结构及功能2、T0和T1的功能选择(1).计数功能–选择计数器模式时，单片机对P3.4或P3.5的外部引脚信号进行采样并计数，计数脉冲从引脚T0(P3.4)或T1(P3.5)输入。当输入信号发生由1至0的负跳变时，计数器(TH0，TL0或TH1，TL1)的值增1。–每个机器周期的S5P2期间，CPU对输入的外部脉冲信号进行采样。如在第一个周期中采样值为1，而在下一个周期中采样值为0，则在紧跟着的再下一个周期的S3P1期间，计数值就增1。6.1定时／计数器0和16.1.1定时／计数器的结构及功能2、T0和T1的功能选择(1).计数功能–由于确认一次外部信号的跳变最短需要2个机器周期，即24个振荡器周期。因此外部输入计数脉冲的最高频率应为振荡器频率的1／24。对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至少被采样一次，则这一电平至少要保持一个机器周期。–故对输入信号的基本要求如图6-2所示，图中，Tcy为机器周期。图6-2对输入信号的基本要求TcyTcy6.1定时／计数器0和16.1.1定时／计数器的结构及功能2、T0和T1的功能选择(2).定时功能–T0、T1的定时功能也是通过计数实现的。–选择定时器模式时，计数脉冲来自于单片机内部时钟脉冲，每个机器周期使计数器的值增1。–1个机器周期等于12个振荡器周期，故计数速率为振荡器频率的1／12。当系统晶振频率时，计数速率为1MHz，即每1μs计数器加1。–计数值乘以单片机的机器周期就是定时时间。6.1定时／计数器0和16.1.2定时／计数器0和1的控制和状态寄存器特殊功能寄存器TMOD和TCON分别是定时／计数器T0和T1的模式选择和状态控制寄存器，用于确定各定时／计数器的工作模式和功能等。1、模式控制寄存器TMODTMOD寄存器的单元地址是89H，不能位寻址，只能用字节传送指令设置其内容。TMOD用于确定T0和T1的功能及4种工作模式的选择。其中低4位用于控制T0，高4位用于控制T1。其格式如下：(MSB)(LSB)GATEC/__TM1M0GATEC/__TM1M0（1）GATE位：门控位。6.1定时／计数器0和16.1.2定时／计数器0和1的控制和状态寄存器1、模式控制寄存器TMOD(1).GATE位：门控位•当GATE=0时，则只要TR0和TR1置1，定时／计数器就被选通，而不管或的电平是高还是低。•当GATE=1时，只有或引脚为高电平且TR0或TR1置1时，相应的定时／计数器才被选通工作，这种特性可以用于测量在（X＝0或1）端出现的正脉冲的宽度。(2).C／位：定时／计数功能选择位•当C／=0时，设置为定时器模式，计数器采样的是内部时钟脉冲，每一个机器周期加1。•当C／=1时，设置为计数器模式，计数器采样的是外部引脚信号，即T0(P3．4)或T1(P3．5)端的外部脉冲。TTTINT0INT1INTX6.1定时／计数器0和16.1.2定时／计数器0和1的控制和状态寄存器1、模式控制寄存器TMOD(3).M1、M0位：工作模式选择位•2位可形成4种编码，对应于4种工作模式，如表6-1所示。表6-1M1、M0工作模式选择M1M0功能描述00模式0，TLX中低5位与THX中的8位构成13位计数器。计满溢出时，13位计数器回零。01模式1，TLX与THX构成16位计数器。计满溢出时，16位计数器回零。10模式2，8位自动重装载的定时／计数器，每当计数器TLX溢出时，THX中的内容重新装载到TLX。11模式3，对定时器0，分成2个8位计数器，对于定时器1，停止计数。M1M0功能描述00模式0，TLX中低5位与THX中的8位构成13位计数器。计满溢出时，13位计数器回零。01模式1，TLX与THX构成16位计数器。计满溢出时，16位计数器回零。10模式2，8位自动重装载的定时／计数器，每当计数器TLX溢出时，THX中的内容重新装载到TLX。11模式3，对定时器0，分成2个8位计数器，对于定时器1，停止计数。6.1定时／计数器0和16.1.2定时／计数器0和1的控制和状态寄存器2、控制寄存器TCON控制寄存器TCON字节地址为88H，位地址为88H～8FH，TCON用来控制T0和T1的启、停，并给出相应的状态，其格式如下：(1).TF1、TF0位：溢出标志位•当定时／计数器溢出时，由硬件自动置1。使用查询模式时，此位做状态位供查询，查询有效后需由软件清零；使用中断模式时，此位做中断申请标志位，进入中断服务子程序后被硬件自动清零。(MSB)(LSB)TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0（1）TF1、6.1定时／计数器0和16.1.2定时／计数器0和1的控制和状态寄存器2、控制寄存器TCON(2).TR1、TR0位：计数运行控制位•当TR1位（或TR0位）＝1时，启动定时/计数器工作的必要条件。•当TR1位（或TR0位）＝0时，停止定时/计数器工作。6.1定时／计数器0和16.1.2定时／计数器0和1的控制和状态寄存器3、定时／计数器的初始化80C51系列单片机的定时／计数器是可编程的，因此，在进行定时或计数之前也要用程序进行初始化。初始化一般应包括以下四个步骤：•对TMOD寄存器赋值，以确定定时器的功能及工作模式选择；•置定时／计数器初值，直接将初值写入寄存器的TH0、TL0或TH1、TL1；•根据需要，对寄存器IE置初值，开放定时器中断（中断模式采用，查询模式该步省略）；•对TCON寄存器中的TR0或TR1置位，启动定时／计数器。TR0或TR1置位以后，计数器即按规定的工作模式和初值进行计数或开始定时。6.1定时／计数器0和16.1.2定时／计数器0和1的控制和状态寄存器3、定时／计数器的初始化设计数器的最大值为M(在不同的工作模式中，M可以为213=8192，216=65536或28=256)则置入的初值X可这样来计算。•计数模式时：X=M-计数值•定时模式时：(M-X)Tcy=定时值X=M-定时值/Tcy当机器周期为1s时，工作在模式0时，最大定值为213×1s=8.192ms。若工作在模式1，则最大定时值216×1s=65.536ms。6.2T0和T1的4种工作模式★T0和T1除了可以选择定时器或计数器功能外，每个定时／计数器还有4种工作模式，其中，前3种模式对两者都是一样的，而模式3对两者是不同的。6.2.1模式06.2.2模式16.2.3模式26.2.4模式36.2T0和T1的4种工作模式6.2.1模式0当M1M0为00时，则T0或T1便工作在模式0。图6-3表示了T1在模式0下的逻辑图，对T0也适用。模式0为13位计数器，由TL1的低5位和TH1的8位构成，TL1中的高3位弃之未用。C／T=1C／T=01INT引脚&0图9-20图9-2振荡器÷12GATEP3.5引脚CPTH1（高8位）TMODM0M1C/T≥1TF1TR1中断控制ABTCONKTL1（低5位）图6-3定时/计数器0、1工作模式0（13位计数器）逻辑电路图图6-3定时/计数器0、1工作模式0（13位计数器）6.2T0和T1的4种工作模式6.2.1模式0–当C／=0时，多路开关接通内部振荡器的12分频输出，此时13位计数器就是对机器周期进行计数，这就是所谓定时器工作模式；–当C／=1时，多路开关接通计数引脚P3.5，外部计数脉冲由P3.5输入。当计数脉冲发生负跳变时，计数器加1，这就是所谓计数工作模式。不管是哪种工作模式，当TL1的低5位计数溢出时，向TH1进位，而全部13位计数器溢出时，使计数器回零，并使溢出标志TF1置1，向CPU发中断请求。TT6.2T0和T1的4种工作模式6.2.1模式0–由图中也可以看出门控位GATE的作用。–当GATE=0时，经反相后使或门输出为1，此时仅由TR1控制与门的开启。当TR1=1时，与门输出为1，控制开关闭合，启动计数器工作；当TR1=0时，控制开关断开，停止计数器工作。–当GATE=1时，则由控制或门的输出，此时与门的开启由和TR1共同控制。当TR1=1时，外部中断直接控制定时／计数器的启动和停止，即由0变为1电平时，启动计数，当由1变为0电平时，停止计数。这样情况常用来测量在端出现的正脉冲的宽度。INT1INT1INT1INT1INT1INT16.2T0和T1的4种工作模式6.2.2模式1•模式1的逻辑电路和工作情况与模式0几乎完全相同，唯一的差别是：•在模式1中，定时器TH0和TL0组合成一个16位定时／计数器，即TL0中的高3位也参与计数。•图6-4表示了T0在模式1下的逻辑图，对T1也适用。0图9-20图9-2振荡器÷12GATECPTH0（高8位）TMODM0M1C/T≥1&TF0TR0中断控制ATCONKTL0（低8位）图6-4定时/计数器0、1工作模式0（16位计数器）逻辑电路图0INT引脚BP3.4引脚C／T=0C／T=1图6-4定时/计数器0、1工作模式0（16位计数器）6.2T0和T1的4种工作模式6.2.3模式2模式0和模式1的最大特点是计数溢出后，计数器归0。模式2是一个可以自动重新装载初值的8位计数器。其将16位的T1分解成2个8位的寄存器，其中TL1做8位加1计数器，TH1做8位初值寄存器，TH1的初值由软件设置。当装入初值和启动定时／计数器工作后，TL1按8位加1计数器工作，TL1计数溢出时，不仅使溢出标志TF1置1，而且还自动把TH1中的初值重装载到TL1中，重装载后TH1的内容不变。图6-5定时/计数器0、1工作模式2逻辑电路图0图9-21图9-2振荡器÷12GATECPTL1（8位）TMODM0M1C/T≥1&TF1TR1中断控制ATCONKTH1（8位）自动重置设定值图6-5定时/计数器0、1工作模式2逻辑电路图C／T=1C／T=0P3.5引脚B1INT引脚6.2T0和T1的4种工作模式6.2.3模式2–模式2对定时控制特别有用。–例如，当希望利用定时器每隔250μs产生一个定时控制脉冲，则可以采用12MHz的振荡器（其一个机器周期为1μs），则只要THX的初值设为6，并使C／=0，即可完成250μs定时。模式2还特