1、單單 片片 機機 原原 理理單片機原理單片機原理 任課教師：任課教師： 朱奇光 E-MAIL: 單單 片片 機機 原原 理理第五章第五章 MCS-51的定時器的定時器/計數器計數器5.1 定時器定時器/計數器的概念計數器的概念 5.2 定時器定時器/計數器的結構計數器的結構 5.3 定時器定時器/計數器的四種工作方式計數器的四種工作方式5.4 外部計數輸入信號的要求外部計數輸入信號的要求5.5 定時器定時器/計數器編程和應用計數器編程和應用單片機原理 5.1 定時器定時器/計數器的概念計數器的概念通常采用以下三種方法來實現定時或計數：通常采用以下三種方法來實現定時或計數： 1、硬件法硬件法 硬

2、件定時功能完全由硬件電路硬件定時功能完全由硬件電路(例如采用例如采用555電電路路)完成，不占用完成，不占用CPU時間。但當要求改變定時時間。但當要求改變定時時間時，只能通過改變電路中的元件參數來實現時間時，只能通過改變電路中的元件參數來實現，很不靈活。，很不靈活。 2、軟件法軟件法 軟件定時是執行一段循環程序來進行時間延軟件定時是執行一段循環程序來進行時間延時，優點是無額外的硬件開銷，時間比較精確。時，優點是無額外的硬件開銷，時間比較精確。但犧牲了但犧牲了CPU的時間。的時間。 3、可編程定時器計數器可編程定時器計數器單片機原理 5.1 定時器定時器/計數器的概念計數器的概念定時定時/計數器

3、的工作原理計數器的工作原理 MCS-51單片機內部定時單片機內部定時/計數器的實質是計數器的實質是一個一個16位的位的可編程加法計數器可編程加法計數器。所謂可編程是。所謂可編程是指定時指定時/計數器的工作方式、定時時間、啟動方計數器的工作方式、定時時間、啟動方式等均可編制程序加以控制，而加法計數器（式等均可編制程序加以控制，而加法計數器（又稱加又稱加1計數器）是指每來一個計數脈沖，計計數器）是指每來一個計數脈沖，計數器就加數器就加1，直到計數器計滿產生溢出。，直到計數器計滿產生溢出。 單片機原理 5.1 定時器定時器/計數器的概念計數器的概念 加加1計數器計數器輸入的計數脈沖有輸入的計數脈沖有

4、兩個來源兩個來源：一個是：一個是由系統的時鐘振蕩器輸出脈沖經由系統的時鐘振蕩器輸出脈沖經12分頻后送來；一分頻后送來；一個是個是T0或或T1引腳輸入的外部脈沖源。每來一個脈引腳輸入的外部脈沖源。每來一個脈沖計數器加沖計數器加1，當加到計數器為全，當加到計數器為全1時，再輸入一個時，再輸入一個脈沖就使計數器回零，且計數器的溢出使脈沖就使計數器回零，且計數器的溢出使TCON中中TF0或或TF1置置1，向，向CPU發出中斷請求（定時發出中斷請求（定時/計數計數器中斷允許時）。如果定時器中斷允許時）。如果定時/計數器工作于定時模計數器工作于定時模式，則表示定時時間已到；如果工作于計數模式，式，則表示定

5、時時間已到；如果工作于計數模式，則表示計數值已滿。則表示計數值已滿。 可見，由溢出時計數器的值減去計數初值才是加可見，由溢出時計數器的值減去計數初值才是加1計數器的計數值。計數器的計數值。 單片機原理5.2 定時器定時器/計數器的結構計數器的結構一、定時一、定時/計數器的結構計數器的結構 定時定時/計數器的實質是加計數器的實質是加1計數器（計數器（16位），由高位），由高8位和低位和低8位兩個寄存器組成。位兩個寄存器組成。TMOD是定時是定時/計數器的工作方式寄存計數器的工作方式寄存器，確定工作方式和功能；器，確定工作方式和功能；TCON是控制寄存器，控制是控制寄存器，控制T0、T1的啟動和停

6、止及設置溢出標志。的啟動和停止及設置溢出標志。 單片機原理 5.2 定時器定時器/計數器的結構計數器的結構二、定時二、定時/計數器的控制寄存器計數器的控制寄存器 MCS-51單片機有單片機有2個特殊功能寄存器個特殊功能寄存器TMOD和和TCON:TMOD用于設置用于設置T/C的工作方式的工作方式;TCON用于控制用于控制定時器定時器T0、T1的啟動與停止的啟動與停止,并包含了定時器的狀態。并包含了定時器的狀態。 1、定時器工作方式寄存器、定時器工作方式寄存器TMOD(89H) 定時器工作方式寄存器定時器工作方式寄存器TMOD用于選擇定時器的工用于選擇定時器的工作方式作方式,它的高它的高4位控制

7、定時器位控制定時器T1,低低4位控制定時器位控制定時器T0。TMOD中各位的定義如下：中各位的定義如下：TMODGATEC/TM1M0GATEC/TM0M1D7D6D5D4D3D1D2D0T1方式控制T0方式控制單片機原理5.2 定時器定時器/計數器的結構計數器的結構GATE：門控制位門控制位,用于控制定時器的啟動是否用于控制定時器的啟動是否受外部中斷源信號的影響。受外部中斷源信號的影響。GATE=0時時,與外部中斷無關與外部中斷無關,由由TCON寄存器中寄存器中的的TRx位控制啟動。位控制啟動。GATE=1時時,由控制位由控制位TRx和引腳和引腳 共同控制共同控制啟動啟動,只有在沒有外部中斷

8、請求信號的情況下只有在沒有外部中斷請求信號的情況下(即外部中斷引腳即外部中斷引腳 =1時時),才允許定時器啟才允許定時器啟動。動。 INTxINTx單片機原理5.2 定時器定時器/計數器的結構計數器的結構 ：T/C功能選擇位功能選擇位,當當 =1時為計數時為計數方式方式;當當 =0時為定時方式。時為定時方式。 M1 M0：T/C工作方式定義位工作方式定義位,其具體定義其具體定義方式如下表所示。方式如下表所示。/C T/C T/C T單片機原理5.2 定時器定時器/計數器的結構計數器的結構2、定時器控制寄存器、定時器控制寄存器TCONTCOND7D2D1D0D4D5D6D3TF1TR1TF0TR

9、0IE1IT1IE0IT0用于外部中斷用于外部中斷TF0(TF1)：為為T0(T1)定時器定時器溢出中斷標志位溢出中斷標志位。當當T0(T1)計數溢出時計數溢出時,由硬件置位由硬件置位,并在允許中斷的情并在允許中斷的情況下況下,發出中斷請求信號。當發出中斷請求信號。當CPU響應中斷轉向中斷響應中斷轉向中斷服務程序時服務程序時,由硬件自動將該位清由硬件自動將該位清0。TR0(TR1)：為為T0(T1)運行控制位。運行控制位。當當TR0(TR1)=1，啟動啟動T0(T1)的必要條件的必要條件;TR0(TR1)=0，關閉關閉T0(T1)。該位由軟件進行設置。該位由軟件進行設置。單片機原理5.3 定時

10、器定時器/計數器的四種工作方式計數器的四種工作方式 1、方式、方式0 當當M1M0=00時時,T/C設定為工作方式設定為工作方式0,構成構成13位位的的T/C。其邏輯結其邏輯結構如下圖所示。構如下圖所示。T/C構成一個構成一個13位的計數器位的計數器,由由THx的的8位位和和TLx的的低低5位位組成組成,TLx的高的高3位未用。位未用。T/C啟動后立即加啟動后立即加1計數計數,當當TLx的低的低5位計數溢出時向位計數溢出時向THx進位進位,THx計數溢出則對相應的溢出標志位計數溢出則對相應的溢出標志位TFx置位置位,以此作為定時器溢出中斷標志。當單片機進入中斷服務以此作為定時器溢出中斷標志。當

11、單片機進入中斷服務程序時程序時,由內部硬件自動清除該標志。由內部硬件自動清除該標志。TMOD00M0M1C/TGATEINT0T0C/T=1C/T=0振蕩器12控制TL0（5位）TH0（8位）TCONTF0TR0中斷單片機原理5.3 定時器定時器/計數器的四種工作方式計數器的四種工作方式 2、方式、方式1 當當M1M0=01時時,T/C設定為工作方式設定為工作方式1,構成構成16位定時位定時/計數器計數器,其中其中THx作為高作為高8位位,TLx作為低作為低8位位,其余同方式其余同方式0類似。其邏輯類似。其邏輯結構如下圖所示。結構如下圖所示。TMOD10M0M1C/TGATEINT0T0C/T

12、=1C/T=0振蕩器12控制TL0（8位）TH0（8位）TCONTF0TR0中斷單片機原理5.3 定時器定時器/計數器的四種工作方式計數器的四種工作方式 3、方式、方式2 當當M1M0=10時時,T/C工作在方式工作在方式2,構成構成1個自動重裝載的個自動重裝載的T/C。在方式在方式0和方式和方式1中中,當計數滿后當計數滿后,若要進行下一次定時若要進行下一次定時/計數計數,需用需用軟件向軟件向THx和和TLx重新予置計數初值。在方式重新予置計數初值。在方式2中中THx和和TLx被被當作兩個當作兩個8位計數器位計數器,計數過程中計數過程中,THx寄存寄存8位初值并保持不變位初值并保持不變,由由T

13、Lx進行進行8位計數。計數溢出時位計數。計數溢出時,除產生溢出中斷請求外除產生溢出中斷請求外,還自動還自動將將THx中的初值重新裝到中的初值重新裝到TLx中去中去,即重裝載。即重裝載。TMOD01M0M1C/TGATEINT0T0C/T=1C/T=0振蕩器12控制TL0（5位）TCONTF0TR0中斷TH0（8位）重新裝入單片機原理5.3 定時器定時器/計數器的四種工作方式計數器的四種工作方式 4、方式、方式3 方式方式3只適用于定時器只適用于定時器T0。當定時器當定時器T1處于方處于方式式3時相當于時相當于TR1=0,停止計數。停止計數。 當當T0工作在方式工作在方式3時時,TH0和和TL0

14、被拆成被拆成2個獨立個獨立的的8位計數器位計數器。這時。這時,TL0既可作為定時器使用既可作為定時器使用,也也可作為計數器使用可作為計數器使用,它占用了定時器它占用了定時器T0所使用的控所使用的控制位制位,其功能和操作與方式其功能和操作與方式0或方式或方式1完全相同。完全相同。 而而TH0只能作定時器用只能作定時器用,并且占據了定時器并且占據了定時器T1的兩個控制信號的兩個控制信號TR1和和TF1。 在這種情況下在這種情況下,定時器定時器T1雖仍可用于方式雖仍可用于方式0、1、2,但不但不能使用中斷方式。能使用中斷方式。(常作串行口的波特率發常作串行口的波特率發生器生器)當當T1的控制字中的控

15、制字中M1、M011時，停止計數時，停止計數。單片機原理5.3 定時器定時器/計數器的四種工作方式計數器的四種工作方式TMOD11M0M1C/TGATEINT0T0C/T=1C/T=0振蕩器12控制TL0（8位）TCONTF0TR0中斷控制TH0（8位）TCONTF1TR1中斷1/12fosc單片機原理 設置為設置為定時器模式時定時器模式時，加，加1計數器對內部機器周期計數計數器對內部機器周期計數（1個機器周期等于個機器周期等于12個振蕩周期，即計數頻率為晶振頻個振蕩周期，即計數頻率為晶振頻率的率的1/12）。）。計數值計數值N乘以機器周期乘以機器周期Tcy就是定時時間就是定時時間t 。 設置

16、為設置為計數器模式時計數器模式時，外部事件計數脈沖由，外部事件計數脈沖由T0或或T1引引腳輸入到計數器。在每個機器周期的腳輸入到計數器。在每個機器周期的S5P2期間采樣期間采樣T0、T1引腳電平。當某周期采樣到一高電平輸入，而下一周期引腳電平。當某周期采樣到一高電平輸入，而下一周期又采樣到一低電平時，則計數器加又采樣到一低電平時，則計數器加1，更新的計數值在下，更新的計數值在下一個機器周期的一個機器周期的S3P1期間裝入計數器。由于檢測一個從期間裝入計數器。由于檢測一個從1到到0的下降沿需要的下降沿需要2個機器周期個機器周期，因此要求被采樣的電平至，因此要求被采樣的電平至少要維持一個機器周期。

17、當晶振頻率為少要維持一個機器周期。當晶振頻率為12MHz時時，最高計，最高計數頻率不超過數頻率不超過1/2MHz，即計數脈沖的周期要大于，即計數脈沖的周期要大于2 s。5.4 外部計數輸入信號的要求外部計數輸入信號的要求單片機原理 由于由于MCS-51單片機的定時單片機的定時/計數器是可編程的計數器是可編程的,因此在使用之前需要進行初始化。在編程時主要注因此在使用之前需要進行初始化。在編程時主要注意兩點：意兩點：第一要能正確寫入控制字第一要能正確寫入控制字；第二能進行計第二能進行計數初值的計算數初值的計算。 一般情況下一般情況下,包括以下幾個步驟：包括以下幾個步驟： (1)確定工作方式，即對確

18、定工作方式，即對TMOD寄存器進行賦值。寄存器進行賦值。(2)計算計數初值計算計數初值,并寫入寄存器并寫入寄存器TH0、TL0或或TH1、TL1中。中。(3)根據需要根據需要,置位置位ETx允許中斷。允許中斷。(4)置位置位EA使使CPU開中斷開中斷(需要時需要時)。(5)置位置位TRx啟動計數。啟動計數。5.5 定時器定時器/計數器編程和應用計數器編程和應用單片機原理 一、計數范圍：一、計數范圍：12n二、定時時間：二、定時時間：T=(2n計數初值計數初值X)機器周期機器周期 計數初值計數初值X=2n 定時時間定時時間T/機器周期機器周期 最小定時時間：最小定時時間：Tmin機器周期機器周期

19、 最大定時時間：最大定時時間：Tmax 2n 機器周期機器周期5.5 定時器定時器/計數器編程和應用計數器編程和應用單片機原理5.5 定時器定時器/計數器編程和應用計數器編程和應用一、一、 方式方式 0 的應用的應用 例例 利用定時器輸出周期為利用定時器輸出周期為 2 ms的方波的方波, 設單片設單片機晶振頻率為機晶振頻率為 6 MHz。 選用定時器選用定時器/計數器計數器T0 作定時器作定時器, 輸出為輸出為P1.0 引引腳腳, 2 ms 的方波可由間隔的方波可由間隔 1 ms的高低電平相間而成的高低電平相間而成, 因而只要每隔因而只要每隔 1 ms對對 P1.0 取反一次即可得到這個取反一

20、次即可得到這個方波。方波。 定時定時 1 ms的初值的初值: 機器周期機器周期=126 MHz= 2 s單片機原理5.5 定時器定時器/計數器編程和應用計數器編程和應用 由此可知由此可知: 使用方式使用方式 0 的的 13 位計數器即可位計數器即可, T0 的初的初值值X為為 X=213 110-3/210-6=7 692=1E0CH因為因為 13 位計數器中位計數器中, 低低 8 位位 TL0 只使用了只使用了 5 位位, 其余其余碼均計入高碼均計入高 8 位位TH0 的初值的初值, 則則 T0 的初值調整為的初值調整為0001,1110,0000,1100B 11110000,01100

21、BTH0=0F0H, TL0=0CH TMOD初始化初始化: TMOD=00000000B=00H （GATE=0, C/T=0, M1=0, M0=0） TCON初始化初始化: 啟動啟動TR0=1 IE初始化初始化: 開放中斷開放中斷EA=1, 定時器定時器T0 中斷允許中斷允許ET0=1單片機原理5.5 定時器定時器/計數器編程和應用計數器編程和應用程序清單如下程序清單如下 (中斷方式中斷方式) : ORG 0000H AJMP MAIN ; 跳轉到主程序跳轉到主程序 ORG 000BH ; T0中斷入口中斷入口 AJMP TOINT ;轉到轉到T0中斷程序中斷程序 ORG 0030HMA

22、IN: MOV SP, 60H ; 設堆棧指針設堆棧指針 MOV TH0, 0F0H ; T0賦初值賦初值 MOV TL0, 0CH MOV TMOD, 00H SETB TR0 ; 啟動啟動T0 SETB ET0 ; 開開T0中斷中斷 SETB EA ; 開總允許中斷開總允許中斷 TOINT: CPL P1.0 MOV TL0, 0CH MOV TH0, 0F0H RETIEND HERE: AJMP HERE ; 模擬主程序模擬主程序單片機原理5.5 定時器定時器/計數器編程和應用計數器編程和應用查詢方式查詢方式 ORG 0030H MOV TMOD，#00H MOV TL0，#0CH M

23、OV TH0，#0F0H SETB TR0 LOOP： JBC TF0，DTF0 SJMP LOOP DTF0： MOV TL0，#0CH MOV TH0，#0F0H CPL P1.0 SJMP LOOP 單片機原理5.5 定時器定時器/計數器編程和應用計數器編程和應用二、二、 方式方式 1 的應用的應用 例例 用定時用定時/計數器計數器T1定時，使定時，使P1.0引腳輸出周期為引腳輸出周期為2s的的方波。已知單片機的晶振頻率方波。已知單片機的晶振頻率fOSC=12MHZ。 本例中設定本例中設定T1的定時時間為的定時時間為50ms，要達到要達到1s的定時的定時值，需累計值，需累計20次次定時定

24、時/計數器初始化編程，可按以下步驟進行計數器初始化編程，可按以下步驟進行1確定確定T1的模式控制字的模式控制字TMODT1工作于模式工作于模式1，由，由TR1控制啟動與關閉，控制啟動與關閉，T0不用。不用。故故TMOD=10H。2計算計數初值計算計數初值 T =(216-X)12/fOSC 50000=(216-X)12/12 X =216-50000=15536=0011110010110000B =3CB0H 單片機原理5.5 定時器定時器/計數器編程和應用計數器編程和應用編制源程序編制源程序 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 001BH LJMP T1SE ORG 0100

25、HMAIN：MOV TMOD，#10H MOV TL1，#0B0H MOV TH1，#3CH SETB EA SETB ET1 SETB TR1 MOV R7，#20 SJMP $ ORG 0200HT1SE：DJNZ R7，BACK CPL P1.0 MOV R7，#20 BACK：MOV TL1，#0B0H MOV TH1，#3CH RETI END單片機原理5.5 定時器定時器/計數器編程和應用計數器編程和應用三、三、 方式方式 2 的應用的應用 例例 當當T0(P3.4)引腳上發生負跳變時，使引腳上發生負跳變時，使P1.0引腳輸出周期為引腳輸出周期為1ms的方波。已知單片機的晶振頻率的

26、方波。已知單片機的晶振頻率fOSC=6MHZ。 本例中設定本例中設定T0的為方式的為方式1的計數模式的計數模式，初值為，初值為0FFFH,即外部即外部輸入端輸入端T0(P3.4) 發生一次跳變，計數器發生一次跳變，計數器T0加加1且溢出標志位且溢出標志位TF0置置1，向，向CPU請求中斷。請求中斷。T1定義為方式定義為方式2的定時模式的定時模式。在。在T0引腳引腳發生一次負跳變后，啟動發生一次負跳變后，啟動T1每每0.5ms產生一次中斷，對產生一次中斷，對P1.0取反，取反，使使P1.0產生周期為產生周期為1ms的方波。始化編程，可按以下步驟進行的方波。始化編程，可按以下步驟進行1確定確定T1

27、的模式控制字的模式控制字TMODT0工作于計數模式工作于計數模式1，T1工作于定時模式工作于定時模式2，由，由TR1控制啟動與控制啟動與關閉。故關閉。故TMOD=0010,0101B=25H。2計算計數初值計算計數初值T =(28-X)12/fosc X =28-250=6=06H 單片機原理5.5 定時器定時器/計數器編程和應用計數器編程和應用ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH ;T0中斷入口中斷入口 LJMP IT0P ORG 001BH ;T1中斷入口中斷入口 LJMP IT1P ORG 0100HMAIN：MOV SP，#60H ;設置堆棧指針設置堆棧指針 LA

28、CLL PT0M2 ; 調用對調用對T0,T1初始化子程序初始化子程序LOOP: JNB P1.1, LOOP SETB TR1 ;啟動啟動T1 SETB ET1 ; 允許允許T1中斷中斷HERE:AJMP HERE ;等待等待 單片機原理5.5 定時器定時器/計數器編程和應用計數器編程和應用PT0M2: MOV TMOD，#25H MOV TL0，#0FFH MOV TH0，#0FFH SETB TR0 SETB ET0 MOV TL1, #06H MOV TH1, #06H CLR P1.1 SETB EA RETIT0P: CLR TR0 SETB P1.1 RETI IT1P: CPL

29、 P1.0 RETI END 單片機原理5.5 定時器定時器/計數器編程和應用計數器編程和應用四、四、 門控位門控位GATE的應用的應用 以以T1為例，當為例，當GSTE1，TR11時，只有時，只有 引腳輸入高電引腳輸入高電平時，平時，T1才允許計數。應用這個特征，可以測量才允許計數。應用這個特征，可以測量 (P3.3) 上正脈沖的寬度上正脈沖的寬度(機器周期個數機器周期個數)。1INT1INTP3.3P3.3對T1初始化對T1初始化GATE1GATE1T1從0開始計數T1從0開始計數置TR10，置TR10，停止計數停止計數單片機原理5.5 定時器定時器/計數器編程和應用計數器編程和應用 OR

30、G 0000H LJMP MAIN ORG 0040HMAIN：MOV SP，#60H ;設置堆棧指針設置堆棧指針 MOV TMOD，#90H MOV TL1，#00H MOV TH1，#00H LOOP: JB P3.3,LOOP ;等待等待P3.3為低電平為低電平 SETB TR1 ;如果為低，啟動如果為低，啟動T1LOOP1:JNB P3.3,LOOP1 ;等待等待P3.3升高，如為高，計數升高，如為高，計數LOOP2:JB P3.3,LOOP2 ;等待等待P3.3為低電平為低電平,若低若低,往下往下 CLR TR1 ;停止停止T1計數計數 讀讀TL1和和THL就行就行單片機原理5.5 定時器定時器/計數器編程和應用計數器編程和應用 運行中讀定時器運行中讀定時器/計數器計數器 在讀取運行中的定