第7章 定时计数器

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1、1/151,第七章 定时计数器 与可编程计数器阵列 本章学习目标 掌握定时计数器的应用 掌握可编程时钟输出模块的应用 掌握可编程计数器阵列模块的应用,2/151,STC15F2K60S2单片机内部集成了以下与定时 功能有关的模块： 1）三个16位的定时/计数器，不仅可以方便地用于定时控制，而且还可以用作分频器和事件记录； 2）可编程时钟输出功能，可给外部器件提供时钟； 3）三路可编程计数器阵列（Programmable Counter Array，PCA）。可用于软件定时器、外部脉冲的捕捉、高速输出以及脉宽调制（Pulse Width Modulation ，PWM）输出。,3/151,一、定

2、时/计数器的结构及工作原理 定时/计数器的核心是一个加1计数器，加1计 数器的脉冲有两个来源，一个是外部脉冲源，另 一个是系统的时钟振荡器。,7.1定时/计数器及其应用,图7-1 定时/计数器的结构框图（x=0、1）,4/151,当脉冲源为时钟振荡器（等间隔脉冲序列）时，在每个时钟周期计数器加1，由于计数脉冲为一时间基准，所以脉冲数乘以脉冲间隔时间就是定时时间，因此为定时功能。 当脉冲源为间隔不等的外部脉冲时，就是外部事件的计数器，计数器在其对应的外输入端上有一个10的跳变时加1。外部输入信号的速率是不受限制的，但必须保证给出的电平在变化前至少被采样一次。,5/151,图中有两个模拟的位开关，

3、C/T决定其工作方式：是定时还是计数。后者受控制信号的控制，决定加1计数器的开启与运行。 起这两个开关作用的是特殊功能寄存器TMOD和TCON的相应位，用户可对其进行设置，从而选择不同的工作方式（计数或定时）或是否启动计数器。另外，AUXR中的T0x12位和T1x12位决定是否对振荡时钟进行12分频。,6/151,工作原理 计数器对这两个脉冲源之一进行输入计数，每输入一个脉冲，计数值加1。当计数到计数器为全1时，再输入一个脉冲就使计数值回零，同时从最高位溢出一个脉冲使特殊功能寄存器TCON的TF0或TF1置1，作为计数器的溢出中断标志。 如果定时/计数器工作于定时状态，则表示定时时间到；若工作

4、于计数状态，则表示计数回零。,7/151,CPU与TMOD、TCON、AUXR、T0、T1的关系图 16位的加1计数器由两个8位的特殊功能寄存器THX（高8位）和TLX（低8位）组成（X=0，1，下同）。 通过改变TMOD的相应位，它们可被设置为4种不同的工作方式。,8/151,STC15F2K60S2除了定时/计数器T0和T1外，还有一个16位定时器T2（简称T2）。 T2的工作模式固定为16位自动重装载模式。T2可以当定时器使用，也可以用作串口的波特率发生器或可编程时钟输出源。,图7-3 定时器T2的原理框图,9/151,二、定时/计数器的相关寄存器 TMOD、TCON和AUXR用来确定定

5、时/计数 器的工作方式并控制其功能。其中，TMOD控 制定时/计数器0和1的工作方式；TCON控制定 时器T0、T1的启停及状态；AUXR设置定时 器的速度和T2的功能。,10/151,1、TMOD：定时器工作方式控制寄存器 TMOD（地址为89H，复位值为00H）寄存器的各位定义如下：,11/151,1）M1和M0：方式选择控制位,表7-1 定时/计数器的方式选择,12/151,2）C/ ：功能选择位。 1：计数器功能（对T0或T1引脚的负跳变进行计数）。 0：定时器功能（对时钟周期进行计数）。,13/151,3）GATE：门控位。GATE用于选通控制。 1：INTX为高电平且TRX置位时，

6、启动定时器工作。 0：每当TRX置位时，就启动定时器工作。 注意：TMOD寄存器不能进行位寻址，设置时只 能对整个寄存器赋值。,14/151,2、TCON：定时器控制寄存器 TCON（地址为88H，复位值为00H）寄存器的格式如下：,15/151,1）TF1：T1溢出标志位。 T1启动计数后，最高位产生溢出时，TF1由硬件置1，向CPU请求中断，当CPU响应中断时，由硬件清0。TF1也可以由程序查询或清0。 2）TF0：定时器/计数器0溢出标志位。 含义和功能与TF1相似。,16/151,3）TR1：T1的运行控制位。可由软件置位或清0。 当GATE（TMOD.7）=0，TR1=1启动T1开始

7、计数，TR1=0时停止T1计数。 当GATE（TMOD.7）=1，TR1=1且INTX输入高电平时，才允许T1计数。 4）TR0：定时器T0的运行控制位。 含义和功能与TR1相似。,17/151,由于定时/计数器是可编程的，所以在任何一个定时/计数器开始工作之前，必须对其写入相应的控制字。 把方式控制字写入TMOD选择定时器的工作方式 把初值写入THX、TLX控制计数长度 将TCON相应位（TRX）置1或清零实现启动或停止计数。 在运行过程中，还可读出THX、TLX和TCON 的内容来随时查询T0、T1的状态。,18/151,3、AUXR：辅助寄存器 辅助寄存器AUXR主要用来设置定时器0的速

8、度和定时器2的工能以及串口UART的波特率控制。 STC15F2K60S2单片机是1T 的8051单片机，为了兼容传统8051单片机，定时器0和定时器1复位后是传统8051的速度，即12分频，但此时指令执行速度仍然是1T的速度。 通过设置特殊功能寄存器AUXR中相关的位，定时器也可不进行12分频，实现真正的1T速度。,19/151,辅助寄存器AUXR（地址为8EH，复位值为01H）各位定义如下：,1）T0x12：定时器0速度控制位。 0：定时器0的速度与传统8051单片机定时器速度相同，即12分频。 1：定时器0的速度是传统8051单片机定时器速度的12倍，即不分频。,20/151,2）T1x

9、12：（D6）定时器1速度控制位。 0：即12分频。 1：不分频。 如果UART串口用T1作为波特率发生器，T1x12位决定UART串口是12T 还是1T。,3）T2R：（D4）定时器2运行控制位。 0：不允许定时器2运行； 1：允许定时器2运行。,21/151,4）T2_C/ ：（D3）定时器2工作方式选择。 0：定时器（计数脉冲从内部系统时钟输入； 1：计数器（计数脉冲从P3.1/T2引脚输入）。,5）T2x12：（D2）定时器2速度控制位。 0： 12分频，T2每12个时钟计数一次； 1：不分频，T2每1个时钟计数一次。,22/151,UART_M0x6用于控制UART串口的速度。 S1

10、S2为串行口1波特率发生器选择位。 EXTRAM用于设置是否允许使用内部1024字节的扩展RAM。,23/151,4、T2H/RL_TH2：定时器2重装值寄存器高字节 （地址为0D6H，复位值为00H）,5、T2L/RL_TL2：定时器2重装值寄存器低字节 （地址为0D7H，复位值为00H）,24/151,三、定时/计数器的工作方式 通过对寄存器TMOD中M1、M0的设置，定时 /计数器有4种不同的工作方式： 方式0: 16位自动重装方式 方式1: 16位定时/计数器方式 方式2: 8位自动重装方式 方式3: 留作备用,25/151,1、定时/计数器0和1的工作方式0（16位自动重装方式）,图

11、7-4 定时器0和1的工作方式0的原理框图,26/151,STC15F2K60S2的定时器有两种计数速率：一种是12T模式，每12个时钟加1；另一种是1T模式，每个时钟加1。 T0和T1的速率分别由特殊功能寄存器AUXR中的T0x12和T1x12决定。 T0x12=0，T0工作在12T模式； T0x12=1，T0工作在1T模式。 T1x12=0，T1工作在12T模式； T1x12=1，T1则工作在1T模式。,27/151,如何实现16位重装载定时器。 定时器0和定时器1分别有2个隐藏的寄存器RL_THx和RL_TLx。 RL_THx与THx共有同一个地址，RL_TLx与TLx共有同一个地址。

12、当TRx=0即定时器/计数器被禁止工作时，对TLx、THx写入的内容会同时写入RL_TLx、RL_THx。 当TRx=1即定时器/计数器工作时，对TLx 、THx写入的内容不会写入RL_TLx 、RL_THx。,28/151,当定时器工作在模式0时，TLx，THx的溢出 不仅置位TFx，而且会自动将RL_TLx,RL_THx 的内容重新装入TLx,THx。 当T0CLKO=1时，T1/P3.5引脚配置为定时器0的时钟输出CLKOUT0。 当T1CLKO=1时，T0/P3.4引脚配置为定时器1的时钟输出CLKOUT1。,29/151,2、定时/计数器0和1的工作方式1（16位定时/计数器方式）,

13、图7-5 定时器0和1的方式1的原理框图,30/151,此模式下，定时器配置为16位的计数器，由TLx的8位和THx的8位构成。TLx的8位溢出向THx进位，THx计数溢出置位TCON中的溢出标志位TFx。 与方式0的区别是，THx计数溢出时，不会重新装载时间常数。此外，本模式也不用于时钟输出功能。,31/151,3、定时/计数器0和1的工作方式2（8位自动重装方式）,图7-6 定时/计数器的工作方式2原理框图,32/151,方式2是能自动重置初值的8位定时/计数器，计数溢出后具有自动恢复初值的功能。当TL0/TL1计数溢出时，不仅置位溢出标志TF0/TF1，还自动将TH0/TH1的内容送入T

14、L0/TL1，使TL0/TL1从初值开始重新计数。用户可以通过程序把时间常数预置在TH0/TH1中，再装入后，TH0/TH1的内容保持不变。 当T0CLKO=1时，T1/P3.5引脚配置为定时器0的时钟输出CLKOUT0。 当T1CLKO=1时，T0/P3.4引脚配置为定时器1的时钟输出CLKOUT1。,33/151,在自动装载时间常数的工作方式中，用户不需要在中断服务程序中重载定时常数，可产生高精度的定时时间，适合用作较精确的定时脉冲信号发生器，如波特率发生器等。特别是工作方式0（16位自动重装方式），实际工程中应用更加方便，因此，建议读者尽量使用方式0进行定时器的应用设计。 定时器2的工作

15、方式与定时器0或1的工作方式0类似，读者可参照上述内容自行学习。,34/151,四、定时/计数器量程的扩展 在实际应用中，需要的定时时常常超过定时/计数器的定时能力，特别是当单片机的系统时钟频率较高时，定时时长就更为有限。为了满足需要，经常需要对单片机的定时计数能力进行扩展。,35/151,1、定时器的最大定时能力 当工作于定时状态时，定时/计数器是对时钟周期进行计数，若对时钟进行12分频，则对每12个时钟周期计数一次。 当晶振频率为6MHz，采用12分频时，计数的单位时间为： 单位时间为： Tu= = s=2s 定时时间为：TC=XTu。其中，Tu为单位时间，TC为定时时间，X为所需计数次数

16、。,36/151,STC15F2K60S2单片机的定时/计数器是加1计数器。因此，不能直接将实际的计数值作为计数初值送入计数寄存器THX、TLX中，而必须将实际计数值以28、216为模求补，以补码作为计数初值设置THX和TLX。 即应装入计数/定时器的初值为： 其中，n=8或16。,37/151,例如：已知Tu2s，要求定时TC1ms，则 对方式0和方式1，时间常数为：216500=65036=FE0CH （THX装入FEH，TLX装入0CH）。 设系统时钟频率为6MHz，12分频时， 8位定时器的最大定时能力为：T（28 0）2s512s 16位定时器的最大定时能力为：T（216 0）2s131072s131.072ms,38/151,2、定时量程的扩展 定时量程的扩展分为软件扩展和硬件扩展两种 方法。 （1）软件扩展方法 软件扩展方法是在定时器中断服务程序中对定 时器中断请求进行计数，当中断请求的次数达到 要求的值时才进行相应的处理。,39/151,例如，某事件的