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1、第9章 C51定时器/计数器程序设计,C51语言是运行于单片机上的程序语言，因此，学习C51语言必须结合单片机来进行。51系列单片机集成了多种硬件资源，这些资源均可以使用C51语言来进行控制。本章开始便介绍如何将C51程序应用于单片机上。 51系列单片机的集成了两个可编程的定时器/计数器，即定时/计数器0和1，简称T0和T1，有4种工作方式可供选择。单片机内部通过专用寄存器TMOD、TCON来设置定时/计数器工作的参数，例如方式选择、定时计数选择、运行控制、溢出标志、触发方式等控制字。本章介绍如何使用C51语言来进行定时器/计数器程序设计。,9.1 定时器/计数器简介,51系列单片机具有两个通
2、用定时器/计数器T0和T1。T0和T1都具有定时和计数两种功能，可以通过特殊功能寄存器来选择，下面分别介绍。 计数。计数功能就是对计数脉冲进行计数。其中，计数脉冲来自相应的外部输入引脚P3.4（T0）或P3.5（T1）。当该引脚的输入信号发生由高电平至低电平的负跳变时，计数器（TH0、TL0或TH1、TL0）的值增加1。 定时。定时功能是对时间进行统计。定时器/计数器的定时功能其实也是通过计数实现的，只不过，此时的计数脉冲来自于单片机的内部时钟脉冲。 除此之外，定时器/计数器T0和T1共有4种工作模式，同样可以通过特殊功能寄存器来选择。,9.1.1 定时器/计数器的结构,定时器/计数器结构如图
3、9.1所示，其核心是一个16位的加1计数器。其中，16位的定时器/计数器T0由2个8位计数器TH0和TL0构成，16位的定时器/计数器T1由2个8位计数器TH1和TL1构成。另外，寄存器TMOD主要用于指定各定时器/计数器的功能和工作模式；寄存器TCON用于控制定时器/计数器的启动和停止计数，同时也设置定时器/计数器的状态。,定时器/计数器的结构示意图,9.1.2 方式控制寄存器TMOD,TMOD寄存器用于定义T0和T1的工作方式和4种工作模式，其单元地址为89H。定时器/计数器0和1的方式控制寄存器TMOD，如图所示。其中，低4位用于控制T0，高4位用于控制T1，两部分操作和含义完全相同。下
4、面分别介绍各个控制位的含义：,方式控制寄存器TMOD,9.1.3 中断控制寄存器TCON,寄存器TCON的功能是在定时器溢出时设定标志位，并控制定时器的运行、停止和中断请求。寄存器TCON的单元地址为88H。中断控制寄存器TCON的组成，如图所示。其包含3个部分，TF1和TR1位用于控制T1，TF0和TR0位用于控制T0，其它的为中断控制。下面分别介绍各种控制位的含义，如下所示。,控制寄存器TCON,9.1.4 定时器/计数器的初值,单片机内部的定时器/计数器是加法计数，其在计数溢出时才申请中断。为了实现自定义的计数值或定时值，需要从计数最大值计算得出需要设置的初值。在不同的工作模式中，计数最
5、大值不同，可以为213、216和28。假设计数最大值为MAX，则初值X计算方法如下： 在计数方式下，X=MAX-计数值。 在定时方式下，X=MAX-定时值/T。 式中T为单片机的计数周期，也就是单片机的机器周期。 例如，当单片机的机器周期T=0.5s时，如果定时器/计数器工作于模式0，MAX=213x0.5s=4.096ms；如果定时器/计数器工作于模式1，则最大定时值为MAX=216x0.5s=32.768ms。,9.1.5 定时器/计数器的初始化,单片机的定时器/计数器是可编程控制的，在使用之前需要先通过如下步骤进行初始化： （1）指定定时器/计数器的工作模式，通过赋值TMOD寄存器来实现
6、。 （2）装入定时器/计数器的初值，通过赋值TH0、TL0或TH1、TL1来实现。 （3）启动定时器/计数器中断，通过赋值IE来实现。如果程序中不使用中断，则可以省略此步骤。 （4）启动定时器/计数器，通过置位TR0、TR1来实现。置位后，定时器/计数器将按规定的工作模式和初值进行计数或开始定时。,9.2 定时器/计数器工作模式0的C51程序设计,51系列单片机的定时器/计数器工作模式0是13位计数器，其由一个高8位（07）计数器（TH0或TH1）和一个具有32位分频的低8位计数器中的（TL0或TL1）的低5位（04）组成。,9.2.1 定时器/计数器工作模式0,在工作模式0中，定时器/计数器
7、T1和T0的组成结构与功能完全相同。当置寄存器TMOD的M1=0、M0=0时，T0和T1就工作在模式0状态。这里以T0为例进行介绍，T1的使用类似。 在工作模式0下，当TL0的低5位计数溢出时，向TH0进位，当TH0计数器溢出时，计数器清零，并向溢出控制位TF0进位置1，同时向8051 CPU发出中断请求。无论工作于计数方式还是定时方式，其运行原理都是相同的。,9.2.2 定时器/计数器模式0的程序设计,定时器/计数器模式0的程序设计可以按照前面介绍的初始化步骤来实现。假定8051单片机（或者其它兼容型号单片机）外接6MHz晶振，需要在P1.2端口输出频率为500Hz的方波，即周期为2ms。此
8、时可以采用定时器T0工作于模式0，使定时器产生1ms的定时，通过定时中断来产生P1.2端口的方波信号输出。 由于采用了6MHz的晶振，因此单片机的机器周期为126MHz=210-6s=2s。根据前面介绍的定时初值的计数方法，定时时间=1ms=110-3=（213-X）210-6，因此定时器初值X=7692=1E0CH。则根据工作模式0的特点，其为13位定时器，定时器T0的初值应该设置为TH0=0F0H，TL0=0CH。,9.3 定时器/计数器工作模式1的C51程序设计,51系列单片机的定时器/计数器工作模式1是16位计数器，其由TH0（或TH1）的高8位（07）和TL0（或TL1）的低8位（0
9、7）组成。工作模式1与模式0的区别在于计数的位数不同。,9.3.1 定时器/计数器工作模式1,在工作模式1中，定时器/计数器T1和T0的组成结构与功能完全相同。当置寄存器TMOD的M1=0、M0=1时，T0和T1就工作在模式1状态。这里以T0为例进行介绍，T1的使用类似。 在工作模式1下，当TL0的计数溢出时，向TH0进位，当TH0计数器溢出时，计数器清零，并向溢出控制位TF0进位置1，同时向8051 CPU发出中断请求。无论工作于计数方式还是定时方式，其运行原理都是相同的。,9.3.2 定时器/计数器模式1的程序设计,定时器/计数器模式1的工作原理和模式0相同，可以按照前面介绍的初始化步骤来
10、实现。假定8051单片机（或者其它兼容型号单片机）外接12MHz晶振，需要在P1.2端口输出频率为50Hz的方波，即周期为20ms。此时可以采用定时器T1工作于模式1，使定时器产生10ms的定时，通过定时中断来产生P1.2端口的方波信号输出。 由于采用了12MHz的晶振，因此单片机的机器周期为1212MHz=110-6s=1s。根据前面介绍的定时初值的计数方法，定时时间=10ms=1010-3=（216-X）110-6，因此定时器初值X=55536=D8F0H。则根据工作模式1的特点，其为16位定时器，定时器T1的初值应该设置为TH0=0D8H，TL0=0F0H。,9.4 定时器/计数器工作模
11、式2的C51程序设计,51系列单片机的定时器/计数器工作模式2是8位自动重新装入的计数器，16位计数器分成独立的2个部分，其中TH0（或TH1）作为计数初值寄存器，用于存放和保持初值，初值在程序中设置。,9.4.1 定时器/计数器工作模式2,在工作模式2中，定时器/计数器T1和T0的组成结构与功能完全相同。当置寄存器TMOD的M1=1、M0=0时，T0和T1就工作在模式2状态。这里以T0为例进行介绍，T1的使用类似。 模式2具有使8位计数器TL0（或TL1）自动重装初值的功能，在程序初始化时，为TH0、TL0赋同样的初值，此后TL0每次溢出都由TH0重新装入初值。在这个过程中，不会丢失计数信号
12、，且重新再装入也不会影响TH0中存放的初值。 装入初值并启动定时/计数器后，TL0按加法计数器工作，当TL0溢出时，使溢出标志位TF0进位置1，并选通三态门，将TH0存放的初值重新装入到TL0中，使TL0从初值开始继续下一轮的计数，如此循环下去。作为额外的用途，溢出信号还将送到串行通信系统，设置并产生串行通信波特率。,9.4.2 定时器/计数器模式2的程序设计,定时器/计数器模式2是自动重装载模式，在这种模式下，计数器初值只需设置1次，在定时器溢出后不用软件重新设置，硬件会自动复位。工作模式2常作为串行口波特率发生器使用。这里假设单片机外接11.0592MHz晶振，使用工作于模式2的定时器/计
13、数器T1作为串行通信的波特率发生器。,9.5 定时器/计数器工作模式3的C51程序设计,51系列单片机的定时器/计数器工作模式3是将16位计数器分成2个相互独立的8位计数器TL0和TH0。,9.5.1 定时器/计数器工作模式3,在工作模式0中，当置定时器/计数器T0寄存器TMOD的M1=1、M0=1时，T0就工作在模式0状态。定时器/计数器的工作模式3只适用于T0。对于T1，设置为模式3时，相当于使TR1=0，使其停止计数，没有什么实际意义。 在工作模式3下，TL0使用了T0的状态控制位C/、GATE、TR0、和TF0。其操作情况与模式0和模式1相同，即可以按计数方式工作，也可以按定时方式工作
14、。在定时器工作方式下，其定时时间=（28-T0初值）时钟周期12。,9.5.2 定时器/计数器模式3的程序设计,定时器/计数器模式3中，TH0和TL0分别作为两个独立的8位定时器使用，其程序设计可以按照前面介绍的初始化步骤来实现。假定8051单片机（或者其它兼容型号单片机）外接6MHz晶振，需要在P1.0端口和P1.1端口输出如图9.4所示的波形。从图中可以看出，P1.0引脚的方波周期为400s，P1.1引脚的方波周期为800s。程序中可以采用TL0和TH0产生200s和400s的定时中断，并在中断服务例程中对P1.0引脚和P1.1引脚取反而得到。 由于采用了6MHz的晶振，因此单片机的机器周期为126MHz=210-6s=2s。根据前面介绍的定时初值的计数方法，定时时间=200s =20010-6=（28-X）210-6，因此定时器TL0的初值为X=156=9CH。同样，定时时间=400s =40010-6=（28-X）210-6，因此定时器TL0的初值为X=56=38H。,9.6 小结,本章详细讲述了51系列单片机的定时器/计数器的结构，控制寄存器以及4种工作模式，并结合每一种工作模式给出了详细的程序设计方法和实例。定时器/计数器是单片机的一个非常有用的功能，熟练掌握本章内容，对以后的C51单片机程序设计有很大帮助。,
