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1、定时器/计数器及其应用,2,定时器/计数器及其应用,定时器/计数器的应用场合: 定时或延时控制、对外部事件的检测、计数等； MCS-51系列8031、8051单片机有两个16位定时器/计数器（即T0和T1）； 8032、8052单片机有3个16位定时器/计数器（即T0、 T1和T2）；,3,定时器/计数器及其应用,所谓计数器就是对外部输入脉冲的计数； 所谓定时器也是对脉冲进行计数完成的，计数的是51单片机内部产生的标准脉冲，通过计数脉冲个数实现定时。 所以，定时器和计数器本质上是一致的，在以后的叙述中将定时器/计数器笼统称为定时器。,4,定时器/计数器及其应用,5,定时器的结构及工作原理,6,
2、定时器的结构及工作原理,组成：两个16位的定时器T0和T1，以及他们的工作方式寄存器TMOD和控制寄存器TCON等组成。内部通过总线与CPU相连。 定时器T0和T1各由两个8位特殊功能寄存器TH0、TL0、TH1、TL1构成。 工作方式寄存器TMOD：用于设置定时器的工作模式和工作方式； 控制寄存器TCON：用于启动和停止定时器的计数，并控制定时器的状态； 单片机复位时，两个寄存器的所有位都被清0。,8051定时器 内部结构框图,7,定时器的结构及工作原理,两个可编程的定时器/计数器T1、T0。 每个定时器内部结构实际上就是一个可编程的加法计数器，由编程来设置它工作在定时状态还是计数状态。 两
3、种工作模式: (1) 计数器工作模式 就是对外部事件进行计数。计数脉冲来自相应的外部输入引脚T0（P3.4)或T1(P3.5)。当输入信号发生由1至0的负跳变(下降沿)时，计数器（TH0，TL0或TH1，TL1）的值增1。 (2) 定时器工作模式 也是通过计数实现的。计数脉冲来自内部时钟脉冲，每个机器周期计数值增1，每个机器周期=12个振荡周期，因此计数频率为振荡频率的1/12。所以定时时间=计数值机器周期。,8,定时器的结构及工作原理,当控制信号 定时器工作在定时方式；加1计数器对脉冲f进行计数，每来一个脉冲，计数器加1，直到计时器计满溢出； 因为 ，即一个计数脉冲的周期就是一个机器周期；计
4、数器计数的是机器周期脉冲个数。从而实现定时。 当控制信号 定时器工作在计数方式；加1计数器对来自输入引脚T0(P3.4)和T1(P3.5)的外信号脉冲进行计数，每来一个脉冲，计数器加1，直到计时器计满溢出；,9,控制信号K可以控制计数器的“启动”和“停止”，,10,振荡周期、时钟周期、机器周期和指令周期,11,定时器的结构及工作原理,在每个机器周期的S5P2期间采样检测引脚输入电平。 若前一个机器周期采样值为“1”，后一个机器周期采样值为“0”，则计数器加1。 新的计数值在检测到输入引脚电平发生“1”到“0”的负跳变（下降沿）后，于下一个机器周期的S3P1期间装入计数器中。 由于CPU需要两个
5、机器周期来识别一个“1”到“0”的跳变信号，所以最高的计数频率为振荡周期的1/24。,12,定时器的结构及工作原理,定时/计数器对输入信号的要求 外部计数脉冲的最高频率为系统振荡器频率的1/24，例如选用12MHz频率的晶体，则可输入500KHz的外部脉冲。 输入信号的高、低电平至少要分别保持一个机器周期。 如图所示，图中Tcy为机器周期。,13,可编程定时器的工作方式、启动、停止、溢出标志、计数器等都是可编程的通过设置寄存器TMOD,TCON,TH0,TL0,TH1和TL1 实现。 当设置了定时器的工作方式并启动定时器工作后，定时器就按被设定好的工作方式独立工作，不再占用CPU，只有在计数器
6、计满溢出时才向CPU申请中断，占用CPU。 由此可见，定时器是单片机中工作效率高且应用灵活的部件。,定时器的结构及工作原理,14,定时器/计数器及其应用,定时器的TMOD和TCON寄存器,15,定时器的TMOD和TCON寄存器,8051单片机定时器主要有几个特殊功能寄存器组成： TMOD,TCON,TH0,TL0,TH1,TL1。 TMOD：设置定时器的工作方式； TCON：控制定时器的启动和停止； TH0和TL0 ：存放定时器T0的初值或计数结果； TH0存放高8位，TL0 存放低8位； TH1和TL1 ：存放定时器T1的初值或计数结果； TH1存放高8位，TL1 存放低8位；,16,工作方
7、式控制寄存器TMOD,8位分为两组，高4位控制T1，低4位控制T0。 (1) GATE 门控位 0: 以TRX (X=0,1) 来启动定时器/计数器运行。 1: 用外中断引脚 (INT0*或INT1*) 上的高电平和TRX来启 动定时器/计数器运行。,(2) M1、M0 工作方式选择位 M1 M0 工 作 方 式 0 0 方式0，13位定时器/计数器。 0 1 方式1，16位定时器/计数器。 1 0 方式2，8位常数自动重新装载 1 1 方式3，仅适用于T0， T0分成两个8位计数器，T1停止计数。,(3) C/T* 计数器模式和定时器模式选择位 0: 定时器模式。 1: 计数器模式。,(4)
8、 TMOD无位地址，不能位寻址。 (5) 复位时，TMOD所有位均为“0”。,17,低4位与外部中断有关，高4位的功能如下: (1) TF1、TF0 计数溢出标志位 定时器T0或T1计数溢出时，由硬件自动将此位置“1”； TFx可以由程序查询，也是定时中断的请求源； (2) TR1、TR0 计数运行控制位 TRx=1: 启动定时器/计数器工作 TRx=0: 停止定时器/计数器工作,控制寄存器TCON,18,19,定时/计数器的初始化,51单片机的定时器/计数器是可编程的，但在进行定时或计数之前要对程序进行初始化，具体步骤如下： （1）对TMOD赋值，以确定定时器的工作模式； （2）置定时/计数
9、器初值，直接将初值写入寄存器的TH0、TL0或TH1、TL1； （3）根据需要，对IE置初值，开放定时器中断； （4）对TCON寄存器中的TR0或TR1置位，启动定时/计数器，置位以后，计数器即按规定的工作模式和初值进行计数或开始定时。,20,定时/计数器的初始化,初值计算： 设计数器的最大值为M，则置入的初值X为： 计数方式：X=M-计数值 定时方式：由(M-X)T=定时值,得X=M-定时值/T T为计数周期，是单片机的机器周期。 （模式0: M为213，模式1: M为216，模式2和3: M为28）,例如：机器周期为1s 时， 若工作在模式0，则最大定时值为:2131s =8.192ms
10、若工作在模式1,则最大定时值为: 2161s =65.536ms,21,定时器/计数器及其应用,定时器的工作方式,22,定时器T0有4种工作方式： 即：方式0，方式1，方式2，方式3。 定时器T1有3种工作方式： 即：方式0，方式1，方式2。,定时器的工作方式,23,方式0 M1、M0设置为00 ，为13位计数器，以T1为例，其框图如下:,定时器的工作方式方式0,计数脉冲输入,加1计数器,24,定时器的工作方式方式0,在这种方式下，16位寄存器TH1和TL1只用13位，由TH1的8位和TL1的低5位组成。TL1的高3位不定。 当TL1的低5位计数溢出时，向TH1进位。而TH1计数溢出时，则向中
11、断标志位TF1进位（即硬件将TF1置1），并请求中断。 可通过查询TF1是否置“1”或考察中断是否发生来判定定时器T1的操作完成与否。,25,定时器的工作方式方式0,当C/T=0时，为定时工作模式，开关接到振荡器的12分频器输出上，计数器对机器周期脉冲计数。其定时时间为： (213-初值)振荡周期12 例如：若晶振频率为12MHz，则最长的定时时间为(213-0)(1/12)12us=8.191ms 当C/T=1时，为计数工作模式，开关与外部引脚T1(P3.5)接通，计数器对来自外部引脚的输入脉冲计数。当外部信号发生负跳变时计数器加1。,26,定时器的工作方式方式0,GATE控制定时器Tx(T
12、1或T0)的条件： (1) 当GATE=0时，“或门”输出恒为1，“与门”的输出信号K由TRx决定(即此时K=TRx)，定时器不受INTx输入电平的影响，由TRx直接控制定时器的启动和停止。 TRx=1；计数启动； TRx=0；计数停止； (2) 当GATE=1时， “与门”的输出信号K由INTx输入电平和TRx位的状态一起决定(即此时K=TRxINTx)， 当且仅当TRx=1且INTx=1(高电平)时，计数启动； 否则，计数停止。,返回,27,方式1 M1、M0=01，为16位的计数器，除位数外，其他与方式0相同。 其定时时间为： (216-初值)振荡周期12 例如：若晶振频率为12MHz，
13、则最长的定时时间为 (216-0)(1/12)12us=65.536ms,定时器的工作方式方式1,28,方式2 M1、M0=10 ，为自动恢复初值的8位计数器，等效框图如下: TLx作为8位计数器，THx作为重置初值的缓冲器。,定时器的工作方式方式2,THx作为常数缓冲器，当TLx计数溢出时，在置“1”溢出标志TFx的同时，还自动的将THx中的初值送至TLx，使TLx从初值开始重新计数。定时器/计数器的方式2工作过程如图 (x=0, 1) 。,29,优点： 方式0和方式1用于循环重复定时或计数时，在每次计数器挤满溢出后，计数器复0。若要进行新一轮的计数，就得重新装入计数初值。这样一来不仅造成编
14、程麻烦，而且影响定时精度。而方式2具有初值自动装入的功能，避免了这个缺点，可实现精确的定时。 缺点： 只有8位计数器，定时时间短、计数范围小。其定时时间为： (28-初值)振荡周期12 若晶振频率为12MHz，则最长的定时时间为 (28-0)(1/12)12us=0.256ms,定时器的工作方式方式2,方式2工作过程图 (x=0, 1) 。,30,定时器/计数器及其应用,定时器的编程和应用,31,定时器的编程和应用,编程说明 51单片机的定时器是可编程的，但在进行定时或计数之前要对程序进行初始化，具体步骤如下： （1）确定工作方式字：对TMOD寄存器正确赋值； （2）确定定时初值：计算初值，直
15、接将初值写入寄存器的TH0、TL0或TH1、TL1； 初值计算： 设计数器的最大值为M，则置入的初值X为： 计数方式：X=M-计数值 定时方式：由(M-X)T=定时值,得X=M-定时值/T T为计数周期，是单片机的机器周期。 （模式0 M为213，模式1 M为216，模式2和3 M为28） （3）根据需要，对IE置初值，开放定时器中断； （4）启动定时/计数器，对TCON寄存器中的TR0或TR1置位，置位以后，计数器即按规定的工作模式和初值进行计数或开始定时。,32,定时器的编程和应用,例1 要在P1.0上输出一个周期为2ms的方波，假设系统振荡频率采用12MHz。 利用T0方式0产生1ms的
16、定时 方波的周期用T0来确定，让T0每隔1ms计数溢出1次，即TF0=1；查询到TF0=1 则CPU对P1.0取反。,即要使P1.0每隔1ms取反一次。,33,定时器的编程和应用,第一步： 确定工作方式字 方式0 (13位)最长可定时 8.192ms; 方式1 (16位)最长可定时 65.536ms; 方式2 (8位)最长可定时 256s。 T0为方式0， M1M0=00 定时工作状态， C/T=0 GATE=0，不受INT0控制， T1不用全部取“0”值。 故TMOD=00H,34,定时器的编程和应用,第二步： 计算1ms定时的初值X 设初值为X，则有: (213-X) 1210-6 1/12=110-3 可求得：X=8192-1000=7192 X化为16进制， 即X=1C18H=1,1100,000 1,1000B。 所以，T0的初值为: TH0=E0H TL0=18H,
