1、單片機與控制技術第02章：MCS-51單片機結構原理RE： 硬件編程結構及引腳已介紹 CPU主要部件與特殊功能寄存器（SFR）已介紹 片內外存儲器的組織結構和編址已介紹 并行I/O口已介紹 中斷及中斷系統已介紹 定時/計數器（外設） 【本次課內容！】 串行口（外設）5、MCS51單片機的定時/計數器 定時/計數器的作用： （1）獲取一定的時間間隔信號（即定時），或對外部的脈沖個數進行計數。采用專用的硬件定時/計數器（而不是用延時程序來獲得定時），減輕了CPU的負擔。 （2）定時和計數的本質是一樣的。當計數器所計的脈沖是頻率不變的信號時，通過計數值就可以知道時間長短，這時計數器就成了定時器。MC

2、S51單片機的定時/計數器資源 有2個(8052有3個)16位的定時/計數器，均為加1計數； 4種工作方式（16位/13位/8位/波特率），由TMOD控制寄存器中的M1、M0位來控制 兩個SFR：TMOD定義工作方式，TCON控制有關功能 定時器的實質為對MCU片內機器周期計數，而計數器對芯片外部引腳T0、T1上的脈沖信號個數計數。 說明： 當用作定時器功能時，加1計數器每一個機器周期加1，所以定時器可看作計算機器周期的計數器。由于每個機器周期包含12個振蕩信號周期，所以加1計數器的計數脈沖頻率為振蕩器信號的1/12，當振蕩器頻率為6MHz時計數脈沖的最高頻率為500KHz，或周期為2s。 當

3、用作計數器功能時，加1計數器的計數脈沖取自外部輸入引腳T0、T1（8052還有T2），只要這些引腳上有一個從“1”到“0”的負跳變，加1計數器就加1。CPU在每個機器周期對外部輸入狀態進行采樣。計數器加1的執行是在檢測到跳變后的那個機器周期時刻。由于需要兩個機器周期（24個振蕩信號周期）來識別一個從“1”到“0”的負跳變，所以最大計數速率為振蕩信號頻率的1/24。顯而易見，為了保障外部輸入狀態在改變之前至少采樣一次，因此，信號必須至少保持一個完整的機器周期。 （1） 特殊功能寄存器TMOD、TCON 51系列單片機中有兩個特殊功能寄存器(TMOD/TCON),用于定義定時/計數器的工作方式和控

4、制定時/計數器的有關功能. 1）定時器方式寄存器TMOD（只能按字節地址訪問！） TMOD用于定義工作方式以及操作方式。其格式為： 高位 低位GATE C/TM1M0GATEC/TM1M0 定時/計數器1 定時/計數器0TMODTMOD的高4位控制定時/計數器1，低4位控制定時/計數0。其中M1、M0定義定時/計數器的工作方式。1）定時器方式寄存器TMOD C/T：定時/計數器功能選擇位。 1：計數器功能（對外部脈沖即負跳變計數，允許的最高計數頻率為晶振頻率的1/24）； 0：定時器功能GATE：門控制位，用于控制定時/計數器的（啟動）計數是否受外部中斷輸入引腳（INT0、INT1腳）電平的影

5、響。 GATE=0，與外部中斷無關； GATE=1，只有在沒有外部中斷請求信號情況下（即外部中斷引腳INTx=1），才允許計數。M1、M0：工作方式選擇GATE C/TM1M0GATEC/TM1M0T1T0由M1、M0決定的定時/計數器的工作方式M1M0工作方式說明00013位定時/計數器01116位定時/計數器102具有自動重裝入的8位定時/計數器113定時器0（T0）分為2個獨立的8位定時器，T1在方式3時停止工作舉例：設置T1為16位的計數器對外部脈沖計數，T1啟動不受外部中斷影響。則 MOV TMOD，50H；（0101 0000B）定時器初值的確定？定時器初值的確定？ 加法計數器是計

6、滿溢出時才申請中斷, 所以在給定時器/計數器賦初值時, 不能直接輸入所需的計數值, 而應輸入的是計數器計數的最大值與這一計數值的差值, 設最大值為 M, 計數值為 N, 初值為 X, 則 X的計算方法如下: 計數狀態: X=MN 定時狀態: X=M定時時間/T 而 T=12晶振頻率 2）定時器控制寄存器TCONSETB TR0；啟動定時器0用于外部中斷（中斷系統中已介紹）軟件控制（2） 4種工作方式 51系列單片機中有兩個特殊功能寄存器(TMOD/TCON),用于定義定時/計數器的工作方式和控制定時/計數器的有關功能. SFR: 定時器方式寄存器TMOD（只能按字節地址訪問！） TMOD用于定

7、義工作方式以及操作方式。其格式為： 高位 低位GATE C/TM1M0GATEC/TM1M0 定時/計數器1 定時/計數器0TMODTMOD的高4位控制定時/計數器1，低4位控制定時/計數0。其中M1、M0定義定時/計數器的工作方式。1）方式0 （13位計數器） 當M1、M0位置成00時，工作方式為方式0，由圖這時定時/計數器的加1計數器為13位，即TL的低5位和TH的8位。 計數脈沖源由TCON的C/T位來決定。TL和TH的計數值由全“1”變為全“0”時，TMOD的中斷溢出標志位TF置位，定時/計數器向CPU申請中斷。允許計數脈沖輸入的條件是：TR0/1=1且GATE=0或INT0/1=1，

8、這些均由軟件設置。 當定時/計數器工作于定時功能且選為方式0時，應按照定時的時間選擇一個時間常數作為計數器的初值，需要連續定時時，應在每次溢出產生中斷后，在程序（ISR）中為TL和TH 裝入初值。 方式0的計數長度M為2的13次方。初值也是13位二進制數，但要注意是高8位賦值給THx，低5位前面補足 3 個 0 湊成 8 位賦給TLx。 舉例：如要求T0的計數值為1000，則初值為 xM100081921000 1C18H1 1100 0001 1000B 則賦初值時， TH0 1 1100 000B=0E0H， TL0 0001 1000B =18H。2）方式1 （16位計數器）方式1和方式

9、0的工作原理基本相同，唯一不同是T0和T1工作在方式1時是16位位的計數/定時器方式1時的計數長度計數長度M是2的16次方。16位的初值初值直接拆成高低字節，分別送入THx和TLx即可。3）方式2 （8位計數器，初始值自動重裝） 工作方式0和工作方式1的最大特點就是計數溢出后，計數器為全0，因而循環定時或循環計數應用時就存在反復設置初值的問題，這給程序設計帶來許多不便，同時也會影響計時精度。串行口工作方式2就針對這個問題而設置，它具有自動重裝載功能，即自動加載計數初值，所以也稱為自動重加載工作方式。在這種工作方式中，16位計數器分為兩部分，即以TL0為計數器，以TH0作為預置寄存器，初始化時把

10、計數初值分別加載至TL0和TH0中，當計數溢出時，不再象方式0和方式1那樣需要“人工干預”，由軟件重新賦值，而是由預置寄存器TH以硬件方法自動給計數器TL0重新加載。串行口4）方式3 （兩個獨立8位計數器，僅限T0）TH0、TL0被拆作于不同用途獨立！在工作方式3模式下，定時/計數器0被拆成兩個獨立的8位計數器TL0和TH0。其中TL0既可以作計數器使用，也可以作為定時器使用，定時/計數器0的各控制位和引腳信號全歸它使用。其功能和操作與方式0或方式1完全相同。 TH0就沒有那么多“資源”可利用了，只能作為簡單的定時器使用，而且由于定時/計數器0的控制位已被TL0占用，因此只能借用定時/計數器1

11、的控制位TR1和TF1，也就是以計數溢出去置位TF1，TR1則負責控制TH0定時的啟動和停止。由于TL0既能作定時器也能作計數器使用，而TH0只能作定時器使用而不能作計數器使用，因此在方式3模式下，定時/計數器0可以構成二個定時器或者一個定時器和一個計數器。 T0工作于方式3時，T1的工作方式就不可避免受到一定的限制，因為自己的一些控制位已被定時/計數器0借用，只能工作在方式0、方式1或方式2下，不同的是定時/計數器1不能使用溢出標志和中斷！如果設置T1工作在方式3，則T1停止工作，相當于其他方式時令TR10。（3） 定時/計數器的初始化由于定時/計數器是可編程的，因此在進行定時或計數之前要把

12、程序進行初始化。初始化一般包括以下幾個步驟：S1確定工作方式TMOD寄存器賦值。S2置定時/計數器的初值直接將初值寫入寄存器TH0、TL0和 TH1、TL1。S3根據需要，開放中斷對寄存器IE置初值。S4啟動使TCON寄存器中的TR1或TR0置位，置位后，加1計數器按規定的工作方式和初值開始計數。初值N的計算可以通過下式求得： 計數方式：N=M-計數值 定時方式時：N=M-定時值（fosc/12）。其中：M為加1計數器的最大值（在不同的工作方式中，M可以為213、216或28），fosc為振蕩器頻率（即主振頻率）。補充：補充： 定時器定時器/計數器應用舉例計數器應用舉例 一、一、 方式方式 0

13、 的應用的應用 例例 1 利用定時器輸出周期為 2 ms的方波, 設單片機晶振頻率為 6 MHz。 選用定時器 /計數器T0 作定時器, 輸出為P1.0 引腳, 2 ms 的方波可由間隔 1 ms的高低電平相間而成, 因而只要每隔 1 ms對 P1.0 取反一次即可得到這個方波。 定時 1 ms的初值: 因為 機器周期=126 MHz= 2 s所以 1 ms內T0 需要計數N次: N= 1 ms2 s = 500 由此可知: 使用方式 0 的 13 位計數器即可, T0 的初值X為 X=MN=8 192500=7 692=1E0CH 但是, 因為 13 位計數器中, 低 8 位 TL0 只使用

14、了 5 位, 其余碼均計入高 8 位TH0 的初值, 則 T0 的初值調整為 TH0=0F0H, TL0=0CHTMOD初始化: TMOD=00000000B=00H （GATE=0, C/T=0, M1=0, M0=0）TCON初始化: 啟動TR0=1 IE初始化: 開放中斷EA=1, 定時器T0 中斷允許ET0=1 補充：補充： 定時器定時器/計數器應用舉例計數器應用舉例 程序清單如下: ORG 0000H AJMP START; 復位入口 ORG 000BH AJMP TOINT ; T0中斷入口 ORG 0030HSTART: MOV SP, 60H; 初始化程序 MOV TH0, 0

15、F0H ; T0賦初值 MOV TL0, 0CH MOV TMOD, 00H SETB TR0 ; 啟動T0 補充：補充： 定時器定時器/計數器應用舉例計數器應用舉例 SETB ET0 ; 開T0中斷 SETB EA ; 開總允許中斷 MAIN: AJMP MAIN ; 主程序 T0INT: CPL P1.0 MOV TL0, 0CH MOV TH0, 0F0HRETI 二、二、 方式方式 1應用應用 方式 1 與方式 0 基本相同, 只是方式 1 改用了 16 位計數器。 要求定時周期較長時, 13 位計數器不夠用, 可改用 16 位計數器。 例例 2 已知某生產線的傳送帶上不斷地有產品單向

16、傳送, 產品之間有較大間隔。使用光電開關統計一定時間內的產品個數。 假定紅燈亮時停止統計, 紅燈滅時才在上次統計結果的基礎上繼續統計, 試用單片機定時器 /計數器T1的方式 1完成該項產品的計數任務。 補充：補充： 定時器定時器/計數器應用舉例計數器應用舉例 圖 6.7 硬件原理圖 補充：補充： 定時器定時器/計數器應用舉例計數器應用舉例 (1) 初始化: TMOD=11010000B=0D0H （GATE=1, C/T=1, M0M1=01） TCON=00H (2) T1在方式1時, 溢出產生中斷, 且計數器回零, 故在中斷服務程序中, 需用R0計數中斷次數, 以保護累積計數結果。 補充：

17、補充： 定時器定時器/計數器應用舉例計數器應用舉例 (3) 啟動T1計數, 開T1中斷。 程序清單如下: ORG 0000H AJMP START ; 復位入口 ORG 001BH AJMP T1INT ; T1中斷入口 ORG 0100H START: MOV SP, 60H ; 初始化程序 MOV TCON, 00H MOV TMOD, 0D0H MOV TH1, 00H 補充：補充： 定時器定時器/計數器應用舉例計數器應用舉例 MOV TL1, 00H MOV R0, 00H ; 清中斷次數計數單元 MOV P3, 28H; 設置P3.5第二功能 SETB TR1 ; 啟動T1 SETB

18、 ET1; 開T1中斷 SETB EA ; 開總中斷 MAIN: ACALL DISP ; 主程序, 調顯示子程序 ORG 0A00H T1INT: INC R0 ; 中斷服務子程序 RETI DISP: ; 顯示子程序 RET 補充：補充： 定時器定時器/計數器應用舉例計數器應用舉例 三、三、 方式方式 2 應用應用 方式 2 是定時器自動重裝載的操作方式, 在這種方式下, 定時器 0 和 1 的工作是相同的, 它的工作過程與方式 0、 方式 1 基本相同, 只不過在溢出的同時, 將 8 位二進制初值自動重裝載, 即在中斷服務子程序中, 不需要編程送初值, 這里不再舉例。定時器 T1 工作在

19、方式 2 時, 可直接用作串行口波特率發生器, 補充：補充： 定時器定時器/計數器應用舉例計數器應用舉例 四、四、 方式方式 3 的應用的應用 定時器 T0 工作在方式 3 時是 2 個 8 位定時器 /計數器。 且TH0 借用了定時器 T1 的溢出中斷標志TF1和運行控制位 TR1。 例例 3 假設有一個用戶系統中已使用了兩個外部中斷源, 并置定時器 T1 于方式 2, 作串行口波特率發生器用, 現要求再增加一個外部中斷源, 并由 P1.0 口輸出一個 5K Hz的方波（假設晶振頻率為 6 MHz）。 補充：補充： 定時器定時器/計數器應用舉例計數器應用舉例 在不增加其它硬件開銷時, 可把定

20、時器/計數器 T0 置于工作方式 3, 利用外部引腳 T0端作附加的外部中斷輸入端, 把 TL0 預置為 0FFH, 這樣在 T0 端出現由 1至 0 的負跳變時, TL0 立即溢出, 申請中斷, 相當于邊沿激活的外部中斷源。 在方式 3下, TH0 總是作 8 位定時器用, 可以靠它來控制由 P1.0 輸出的 5 kHz方波。 由 P1.0 輸出 5 kHz的方波, 即每隔 100 s使 P1.0 的電平發生一次變化。則TH0中的初始值 X=MN=256100/2=206。 下面是有關的程序。 補充：補充： 定時器定時器/計數器應用舉例計數器應用舉例 MOV TL0, 0FFH MOV TH

21、0, 206 MOV TL1, BAUD ; BAUD根據波特率要求設置常數 MOV TH1, BAUD MOV MOD, 27H ; 置T0工作方式3 ; TL0工作于計數器方式 MOVTCON, 55H ; 啟動定時器 T0、 T1, 置外部中斷 0 和 1 ; 為邊沿激活方式MOVIE, 9FH ; 開放全部中斷 補充：補充： 定時器定時器/計數器應用舉例計數器應用舉例 TL0 溢出中斷服務程序（由 000BH單元轉來）: TL0INT: MOV TL0, 0FFH ; 外部引腳 T0 引起中斷處理程序 RETITH0 溢出中斷服務程序（由 001BH轉來）: TH0INT: MOVTH0, 206 CPL P1.0 RETI此處串行口中斷服務程序、 外中斷 0和外中斷 1的中斷服務程序沒有列出。 補充：補充： 定時器定時器/計數器應用舉例計數器應用舉例 本講小結： MCS51定時/計數器的兩個SFR：TMOD、TCON 定時/計數器的4種工作方式 定時/計數器的初值計算？ 編程時如何初始化？習題與思考題2-1為什么外擴存貯器時，口要外接地址鎖存器，而口卻不接？2-2在使用外部程序存貯器時，單片機還有多少條線可用？在使用外部數據存貯器時，還有