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1、项目四 定时器与数码管 动态显示 项目描述 定时器用来实现精确定时，是单片机系统的 一个重点，应用十分广泛，大家一定要完全理 解并熟练掌握定时器的应用。本项目利用定时 器设计一个实时时钟，利用六位数码管分别显 示时钟的时、分、秒等信息。 定时器 4.1.1 定时器的初步认识 学习定时器之前，我们先来了解单片机时序中的 几个概念：时钟周期、机器周期和指令周期。 时钟周期：时钟周期T是时序中最小的时间单位， 具体计算的方法就是1/时钟源频率，我们KST-51单 片机开发板上用的晶振是11.0592M，那么对于我们 这个单片机系统来说，时钟周期=1/11059200秒。 定时器 机器周期：单片机完成
2、一个操作的最短时间。机 器周期主要针对汇编语言而言，在汇编语言下程序 的每一条语句执行所使用的时间都是机器周期的整 数倍，而且语句占用的时间是可以计算出来的。51 单片机系列，在其标准架构下一个机器周期是12个 时钟周期，也就是12/11059200秒。 定时器 指令周期：执行一条指令(这里指汇编语言指令)所 需要的时间称为指令周期，指令周期是时序中的最 大单位。由于机器执行不同指令所需时间不同，因 此不同指令所包含的机器周期数也不尽相同。51系 列单片机的指令可能包括14个不等的机器周期。 通常，包含一个机器周期的指令称为单周期指令， 包含两个机器周期的指令称为双周期指令，等等。 指令所包含
3、的机器周期数决定了指令的运算速度， 机器周期数越少的指令，其执行速度越快。 定时器 定时器用来进行定时。定时器内部有一个寄存器，开始计 数后，这个寄存器的值每经过一个机器周期就会自动加1， 因此，我们可以把机器周期理解为定时器的计数周期。定时 器每过一个机器周期的时间，也就是12/11059200秒，数字自 动加1。还有一个特别注意的地方，就是钟表是加到60后， 秒就自动变成0了，这种情况在单片机或计算机里我们称之 为溢出。那定时器加到多少才会溢出呢？后面会讲到定时器 有多种工作模式，分别使用不同的位宽（指使用多少个二进 制位），假如是16位的定时器，也就是2个字节，最大值就 是65535，那
4、么加到65535后，再加1就算溢出，对于51单片机 来说，溢出后，这个值会直接变成0。从某一个初始值开始 ，经过确定的时间后溢出，这个过程就是定时的含义。 定时器 4.1.2 定时器的寄存器 标准的51单片机内部有T0和T1这两个定时器。 （1）定时值存储寄存器 下表的寄存器是存储定时器的计数值的。TH0/TL0 用于T0，TH1/TL1用于T1。 先学习如何看寄存器 TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0TCON 1、先分清每一位属于哪个模块 2、查看每一位是可读、可写、可读写位的哪一种 3、看每一位的具体功能以及在0或1时分别是什么状态 4、如何通过指令设置寄存器或
5、者寄存器某一位的值 5、寄存器的物理地址 定时器 （2）定时器控制寄存器TCON (地址0x88、可位寻址) TF0/TF1：T0/T1计数溢出标志位。可用于申请中断或供CPU查 询。在进入中断服务程序时会自动清零；但在查询方式时必须 软件清零。 =1 ：计数溢出； =0 ：计数未满。 TR0/TR1：T0/T1启停控制位。 =1 ：启动计数； =0： 停止计数。 低四位IE1、IT1、IE0、IT0用于外部中断，下一章再做介绍。 M1，M0：工作方式选择位 。 =00：13位定时器/计数器； =01：16位定时器/计数器（常用）； =10：可自动重装的8位定时器/计数器（常用）； =11：T
6、0 分为2个8位定时器/计数器；仅适用于T0。 C/ ：定时方式/计数方式选择位。 = 1：选择计数器工作方式，对T0/T1引脚输入 外部事件的负脉冲计数； = 0 ：选择定时器工作方式，对机器周期脉冲 计数定时。 GATE C / T M1 M0 GATE C / T M1 M0 T1T0 定时器 （3）定时器模式寄存器TMOD（地址0x89、不可位寻址） GATE:门控位，定时器/计数器的启/停可由软件与硬件两者控制 =0：软件控制，只由TCON中的启/停控制位TR0/TR1控制 定时器/计数器的启/停。 =1：硬件控制，由外部中断请求信号 / 和TCON中 的启/停控制位TR0/TR1组
7、合状态控制定时器/计数器 的启/停。 定时器 定时器 定时器计数器的4种工作方式 M1 M 0 工作方式功能描述 0 0工作方式 0 13位计数器 0 1工作方式 1 16位计数器 1 0工作方式 2 自动再装入8位计数器 1 1工作方式 3 定时器0：分成两个8位计数器 ， 定时器1：停止计数 MCS-51单片机的定时器/计数器共有4种工作模式，现以 T0为例加以介绍，T1与T0的工作原理相同，但在方式3下， T1停止计数。 1工作方式0（ M1M0=00 ，13位定时器/计数器） 由TH0的全部8位和TL0的低5位（TL0的高3位未用）构成13 位加1计数器，当TL0低5位计数满时直接向T
8、H0进位，并当全 部13位计数满溢出时，溢出标志位TF0置“1”。 2工作方式1 （ M1M0=01 ，16位定时器/计数器） 由TH0和TL0构成16位加1计数器，其他特性与工作方式0相同 。 定时器 3工作方式2（M1M0=10，自动重装计数初值的8位 定时器/计数器） 16位定时器/计数器被拆成两个8位寄存器TH0和 TL0，CPU在对它们初始化时必须装入相同的定时器/ 计数器初值。以TL0作计数器，而TH0作为预置寄存 器。当计数满溢出时，TF0置“1”，同时TH0将计数 初值以硬件方法自动装入TL0。这种工作方式很适合 于那些重复计数的应用场合（如串行数据通信的波 特率发生器）。 定
9、时器 4、工作方式3(M1M0=11，2个8位定时器/计数器，仅适用于 T0） TL0：8位定时器/计数器，使用T0原有控制资源TR0和 TF0，其功能和操作与方式0或方式1完全相同。 TH0：只能作为8位定时器，借用T1的控制位TR1和TF1， 只能对片内机器周期脉冲计数。 在方式3模式下，定时器/计数器0可以构成两个定时器或 者一个定时器和一个计数器。 一般，只有在T1以方式2运行（当波特率发生器用）时， 才让T0工作于方式3下。 定时器 定时器 例：设定定时器1为定时工作方式，要求软件启动定时器1按 方式2工作。定时器0为计数方式，要求由软件启动定时器0 ，按方式1工作。怎么来实现这个要
10、求呢？ 控制定时器1工作在定时方式或计数方式是哪个位？C/T位 （D6）是定时或计数功能选择位，当C/T=0时定时/计数器 就为定时工作方式。 设定定时器1按方式2工作。要使定时/计数器1工作在方式2 ，M0（D4） M1（D5）的值必须是1 0。 设定定时器0为计数方式。当C/T=1时，就工作在计数器方 式。 由软件启动定时器0，当门控位GATE=0时，定时/计数器 的启停就由软件控制。 定时器 设定定时/计数器工作在方式1，使定时/计数器0 工作在方式1，M0（D0） M1（D1）的值必须是0 1。 从上面的分析我们可以知道，只要将TMOD的各位 ，按规定的要求设置好后，定时器/计数器就会
11、按我 们预定的要求工作。我们分析的这个例子最后各位的 情况如下： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 0 0 1 0 0 1 0 1 二进制数00100101b=十六进制数25H。所以执行 TMOD = 0x25(或者用汇编语言MOV TMOD,#25H)这 条指令就可以实现上述要求。 定时器 4.1.3 定时器初始化 由于定时器/计数器的功能是由软件编程确定的，所以一般 在使用前都要对其进行初始化，初始化的步骤一般如下： （1）确定工作方式（即对TMOD赋值）； （2）预置定时或计数的初值（可直接将初值写入TH0、TL0 或TH1、TL1）； （3）根据需要开放定时器/计数器中断
12、（直接对IE位赋值） （4）启动定时器/计数器（若已规定用软件启动，则可把 TR0或TR1置“1”；若已规定由外中断引脚电平启动，则需 给外引脚步加启动电平。当实现了启动要求后，定时器即按 规定的工作方式和初值开始计数或定时）。 定时器 下面介绍一下确定时时/计数器初值的具体方法。 在不同工作方式下计数器位数不同，最大计数值也不同。 现假设最大计数值为M，那么各方式下的最大值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：定时器0分成两个8位计数器，所以两个M均为256。 因为定时器/计数器是作“加1”计数，并在计数满溢出时 产生中断
13、，因此初值X可以这样计算： X=M-计数值 4、计数器初值的计算 方法：用最大计数量减去需要的计数次数。即： TC=MC 其中：TC计数器需要预置的初值； M计数器的模值（最大计数值）； 方式0时，M=213；方式1时，M=216；方式2, 3时，M=28； C计数器计满回0所需的计数值，即设计任务要 求的计数值。 例如：流水线上一个包装是12盒，要求每到12盒就产生一个 动作，用单片机的工作方式0来控制，则应当预置的初值为： TC = M C =8192 12=8180 5、定时器初值的计算 定时时间的计算公式为： T=（MTC）T0 （或TC=MT/T0 ） 其中：T定时器的定时时间，即设
14、计任务要求的定时时间； T0计数器计数脉冲的周期，即单片机系统主频周期 的12倍； M计数器的模值； TC定时器需要预置的初值。 若设初值TC=0，则定时器定时时间为最大。若设单片机 系统主频为12MHz，则各种工作方式定时器的最大定时时间为 ? 定时器 例：选择T1方式0用于定时，在P1.1输出周期为1ms方波，晶 振fosc=6MHz。 解：根据题意，只要使P1.1每隔500us取反一次即可得到1ms 的方波，因而T1的定时时间为500us，因定时时间不长,取方 式1即可。则M1 M0=1；因是定时器方式,所以C/T=0；在此 用软件启动T1,所以GATE=0。T0不用,方式字可任意设置，
15、 只要不使其进入方式3即可，一般取0，故TMOD=10H。 计算500us定时T1初始值： 机器周期：T=12/fosc=12/（6106）Hz=2s 设初值为X，则： （216X）210-6s=50010-6s X=216-250=65286=FF06H=1111 1111 0000 0110B 因此TH1=FFH，TL1=06H。 定时器 初始化程序如下： TMOD=0x10; /定时器1方式0 TH1=0XFF; TL1=0X06; /装入时间常数 TR1=1; /启动定时器 定时器 4.1.4 定时器中断 1、中断的基本概念 中断的定义：所谓“中断”，是指CPU执行正常程序时， 系统中
16、出现特殊请求，CPU暂时中止当前的程序，转去处理 更紧急的事件（执行中断服务程序），处理完毕（中断服务 完成）后，CPU自动返回原程序的过程。 中断后转向执行的程序叫中断服务程序或中断处理程序。 原程序被断开的位置(地址)叫作断点。 发出中断信号的设备称为中断源。中断源要求中断服务所 发出的标志信号称为中断请示或中断申请。 中断源向CPU发出中断申请，CPU经过判断认为满足条件 ，则对中断源作出答复，这叫中断响应。中断响应后就去处 理中断源的有关请求，即转去执行中断服务程序。 定时器 2. 引入中断的主要优点 （1）提高CPU工作效率 （2）实现实时处理功能 （3）实现分时操作 定时器 3. STC89C52中断源 STC89C52单片机共有6个中断源。它们分别是：2个外部中 断，即 4个片内中断，即定时器T0的溢出中断、定时器T1的 溢出中断、定时器T2的溢出中断和串行口中断
