第5章定時/計數(shù)器

教學目的：了解80C51系列單片機內(nèi)部定時器/計數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)的結構與工作原理；能夠對他們編程、應用。教學重點：1.定時/計數(shù)器的工作原理；

2.定時/計數(shù)器的控制方法。教學難點：1.定時/計數(shù)器2的工作方式；

2.定時/計數(shù)器的應用。5.1定時/計數(shù)器T0、T1概述5.1.1

定時/計數(shù)器T0、T1的結構

圖5-180C51定時器/計數(shù)器T0、T1原理結構框圖

80C51單片機內(nèi)部有兩個16位的可編程定時／計數(shù)器T0、T1，其組成如圖6－1。可編程是指其功能如工作方式、定時時間、量程、啟動方式等均可由指令來確定和改變。

有6個8位寄存器用于T0、T1的控制與管理，其訪問地址依次為8AH～8DH，每個寄存器均可單獨訪問。16位的T0、T1寄存器是用于存放定時或計數(shù)初值與當前值的，兩個特殊功能寄存器TCON和TMOD是用于管理與控制定時／計數(shù)器工作的。5.1.2定時/計數(shù)器的原理

16位的定時／計數(shù)器實質(zhì)上是一個加1計數(shù)器，其控制電路受軟件控制、切換。通過軟件可以設置為4種工作方式（詳見5.3節(jié)），每種方式都可以用作定時或者計數(shù)。不同的工作方式，計數(shù)器長度分別為：16位、13位和8位。當選擇定時器工作方式時，對片內(nèi)振蕩器的12分頻信號計數(shù)，實現(xiàn)定時；當選擇計數(shù)器工作方式時，對引腳Ti端的事件計數(shù)。當計數(shù)溢出時，標志位TFi置位，并可以請求中斷。5.2

定時/計數(shù)器的控制方法

5.2.1定時／計數(shù)器寄存器

1）工作方式寄存器TMOD：設置定時器/計數(shù)器的工作方式及控制模式，TMOD在SFR的字節(jié)地址為89H。M1M0工作方式功能描述00方式013位計數(shù)器01方式116位計數(shù)器10方式2自動再裝入8位計數(shù)器11方式3定時器0:分成兩個8位計數(shù)器

定時器1:只能工作在方式0、1、2

TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IE0

控制寄存器TCON：控制定時器的啟、停和定時器的溢出標志。TCON在SFR的字節(jié)地址為88H，可位尋址。2）定時/計數(shù)器控制寄存器TCON位7TF1——定時器1溢出標志。位6TR1——定時器1運行控制位。位5TF0——定時器0溢出標志。位4TR0——定時器0運行控制位。位3IE1——外部中斷1請求標志。位2IT1——外部中斷1觸發(fā)方式選擇位。位1IE0——外部中斷0請求標志。位0IT0——外部中斷0觸發(fā)方式選擇位。5.2.2定時/計數(shù)器的初始化與啟動

初始化步驟一般如下：1）確定工作方式——對TMOD賦值。2）預置定時或計數(shù)的初值——可直接將初值寫入TH0、TL0或TH1、TL1。3）根據(jù)需要開放定時/計數(shù)器的中斷——直接對IE寄存器的定時器中斷位賦值。在對T0和T1初始化后，即可準備啟動定時/計數(shù)器工作。5.2.3定時/計數(shù)器初值的確定方法

現(xiàn)假設最大計數(shù)值為M，那么各方式下的M值如下：方式0：M＝213＝8192方式1：M＝216＝65536方式2：M＝28＝256方式3：定時器0分成兩個8位計數(shù)器，所以兩個M均為256。因為定時/計數(shù)器是做“加1”計數(shù)，并在計滿溢出時產(chǎn)生中斷，因此初值X可以這樣計算：

X＝M－計數(shù)值舉例說明,如果80C51時鐘頻率為6MHz，要求產(chǎn)生1ms的定時。則初值

X＝M－計數(shù)值＝65536－500＝65036＝FE0CH。通過對M1、M0位的設置，T0可選擇4種工作方式,T1可選擇3種工作方式。本節(jié)將介紹這4種工作方式的結構、特點及工作過程。5．3定時器T0、T1的工作方式

方式0和方式1：結構和工作原理基本相同，只是方式0為13位計數(shù)器方式，方式1為16位計數(shù)器方式。

圖5-2T0（或T1）方式1結構方式2：計數(shù)常數(shù)可自動再裝入的8位計數(shù)器方式。圖5-3T0（或Tl）方式2結構方式3：T1作波特率發(fā)生器，T0可以構成兩個獨立的計數(shù)器。 圖5-4T0方式3結構（a）T1方式1(或方式0)（b）T1方式2

圖5-5T0方式3下的T1結構定時器/計數(shù)器的復位狀態(tài)：工作方式0、選擇內(nèi)部啟動、計數(shù)器停止工作、溢出中斷標志清零。定時器/計數(shù)器的初始化：對TMOD賦值確定工作方式；預置定時或計數(shù)的初值；根據(jù)需要開放定時器/計數(shù)器的中斷；啟動定時/計數(shù)器工作。 計數(shù)器初值＝最大計數(shù)值－要求的計數(shù)值 定時時間=（最大計數(shù)值－計數(shù)器初值）

機器周期計數(shù)的“飛讀”：解決計數(shù)器工作過程中，正確讀取計數(shù)值的問題，避免由于低位計數(shù)器的溢出而導致讀數(shù)的粗大誤差。以定時器T0為例：

RP：

MOVA，TH0；讀TH0 MOV R0，TL0；讀TL0 CJNE A，TH0，RP；比較兩次讀得的TH0， 不等則重讀

MOVR1，A RET

例1、在P1.1端口輸出周期為2ms的方波，晶振fOSC＝6MHz。解：采用T0的定時功能，對P1.1端口每隔1ms取反一次即可得到周期為2ms方波。

定時器的初始化：TMOD的設定：工作方式1（M1M0=01) T0為定時器（C/T=0)，內(nèi)部TR0控制啟動（GATE=0）

所以TMOD=01

計數(shù)器初值計算： 定時時間=（最大計數(shù)值－計數(shù)器初值）

機器周期即：1000

s=（65536－計數(shù)器初值）×12／61s得：計數(shù)器初值=65036=FE0CH

5．4定時器T0、T1應用舉例

采用查詢方式的源程序：

ORG2000HMOV TMOD，#01H MOV TL0，＃0CH ；給TL0置初值

MOV TH0，＃0FEH ；給TH0置初值

SETB TR0 ；啟動T0LP1：JBC TF0，LP2 ；查詢計數(shù)溢出否

AJMP LP1LP2：MOV TL0，＃0CH ；重新設置計數(shù)初值

MOV TH0，＃0FEHCPL P1.1 ；輸出取反

AJMP LP1 ；重復循環(huán)例2、利用T0門控位測試引腳上出現(xiàn)的正脈沖寬度。已知晶振頻率為12MHz，將所測得值高位存入片內(nèi)71H單元，低位存入片內(nèi)70H單元。解：測量INT0端口正脈沖寬度，就是由INT0控制定時器的啟停，這時計數(shù)器內(nèi)部的控制位應設置GATE=1,TR0=1，且

T0工作于定時器方式l（16位計數(shù)器）。為保證測量結果的正確性，應在INT0為低電平時，才置TR0為1，當INT0變?yōu)楦唠娖綍r，就啟動計數(shù),當再次變低時，停止計數(shù)。此時計數(shù)值乘以機器周期即是被測正脈沖的寬度。測量過程如下：

ORG200H MOV TMOD,＃09H；設T0為方式1，GATE＝1。

MOV TL0，＃00HMOV TH0,＃00HMOV R0，＃70HJB P3.2，＄ ；等P3.2變低

SETBTR0 ；啟動T0準備工作

JNBP3.2，＄ ；等待P3.2變高

JB P3.2，＄ ；等待P3.2再次變低

CLR TR0 ；停止計數(shù)

MOV ＠R0，TL0 ；存放計數(shù)的低字節(jié)

INCR0MOV ＠R0, TH0 ；存放計數(shù)的高字節(jié)

SJMP ＄5．5定時/計數(shù)器T2

5.5.1T2的寄存器1）T2CON控制寄存器

TF2EXF2RCLKTCLKEXEN2TR2C/T2CP／RL2位7TF2——T2的溢出中斷標志。位6EXF2——T2外部中斷標志。位5RCLK——串行口接收時鐘選擇位。位4TCLK——串行口發(fā)送時鐘選擇位。位3EXEN2——T2的外部允許控制位。位2TR2——T2的計數(shù)控制位。位1C／T2——定時器或計數(shù)器功能選擇位。位0CP／RL2——捕捉或常數(shù)重裝方式選擇位。2）方式控制寄存器T2MODXXXXXXT2OEDCEN

位7～位2－無作用，可為任意值。位1T2OE－T2的輸出允許位。位0DCEN－T2加1/減1計數(shù)允許位。

5.5.2定時器T2的工作方式

T2共有4種工作方式，分別為：捕捉方式、常數(shù)自動重裝入方式、波特率發(fā)生器方式和時鐘輸出方式。其中16位捕捉方式和16位常數(shù)自動重裝入方式通過設置均可選擇定時/計數(shù)功能。

1.16位自動重裝入方式

16位常數(shù)自動重裝入是指在滿足某規(guī)定條件時，RCAP2L和TCAP2H中存放的計數(shù)初值可自動重新裝入TL2和TH2中。當CP／=0時，選擇自動重裝入方式。根據(jù)DCEN位所選擇的計數(shù)狀態(tài)，自動重裝入操作又可分為以下2種情況：1)加1計數(shù)方式當DCEN=0時，T2為自動加1計數(shù)方式，它的結構原理如圖5－8所示。圖5－8定時器T2的16位自動重裝入方式（DCEN=0）2)加1/減1計數(shù)方式

當DCEN=1時，T2為加1/減1計數(shù)方式，它的結構原理如圖5－9所示。

圖5－9定時器T2的16位自動重裝入方式（DCEN=1）2）自動捕捉方式當CP／＝1時，T2除可用于定時計數(shù)外，還可工作于捕捉方式，它的16位捕捉方式的結構原理如圖5－10所示。圖5－10定時器T2的捕捉方式結構圖圖5－10定時器T2的捕捉方式結構圖

3）波特率發(fā)生器方式T2還可作串行口的波特率發(fā)生器。由控制寄存器T2CON中的控制位RCLK＝1或TCLK＝1確定它的串行口波特率發(fā)生工作方式。在方式1和方式3時，波特率由定時器2的溢出速率確定，由下式計算：波特率發(fā)生器的結構原理圖如圖5-11所示。圖5－11定時器T2的波特率發(fā)生器方式結構圖4）可編程時鐘輸出方式定時器2通過編程可以從P1.0引腳輸出占空比為1:1的時鐘信號。原理圖如圖5-12所示。輸出的時鐘頻率取決于振蕩器頻率和定時器2捕獲寄存器（RCAP2H、RCAP2L）的重裝載數(shù)值，計算公式如下：時鐘輸出頻率=

圖5－12定時器T2的可編程時鐘輸出方式原理

5．5．3應用例題

利用T2的捕捉功能測試外部輸入引腳T2EX（P1.1）上的正脈沖寬度，捕捉到后，用P1.7腳報警提示，使與P1.7腳相接的二極管燈亮。脈沖寬度值分別存放在內(nèi)存單元60H、61H中。本例題的硬件連接電路見圖5－13。圖5－13硬件連接示意圖程序清單如下：T2CONEQU0C8HRCAP2LEQU0CAHRCAP2HEQU0CBHTL2EQU0CCHTH2EQU0CDHTR2BIT0CAHEXF2BIT0CEHTF2BIT0CFHORG0000HLJMPMAINORG002BH；定時器2中斷入口地址LJMPT2T；轉定時器2中斷服務程序ORG0030HMAIN:MOVIE，＃0A0H；CPU和T2開中斷JBP1.1,$；等待信號變低MOVT2CON,#00001001B；設T2為捕捉工作方式JNBP1.1,$；等待信號變高MOVTH2,#0；清T2定時器MOVTL2,#0SETBTR2；啟動T2開始工作SJMP$；等待ORG100HT2T:CLRTR2；停止T2工作

MOV60H,RCAP2L ；取捕捉寄存器的低8位

MOV61H,RCAP2H ；取捕捉寄存器的高8位

CLRP1.7 ；報警燈亮

CLREXF2 ；清中斷標志位

CLREA