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1、项目三 电子钟的设计 能力目标 1、能够使用单片机的定时/计数器实现定时、计 数等应用。 2、能够完成电子钟硬件电路与控制程序的设计、 制作与调试。 知识目标 1、了解单片机定时器/计数器的内部结构。 2、掌握单片机定时器的各种工作方式及特点、 应用场合。 3、掌握定时器中断服务程序的编写。,任务一、认识单片机的定时器/计数器,一、定时器/计数器及其应用 在单片机应用系统中，定时或计数是必不可少的。例如：测量一个脉冲信号的频率、周期，或者统计一段时间里电机转动了多少圈等。常用的定时方法有：,1、软件定时 软件定时是依靠执行一段程序来实现的，这段程序本身没有具体的意义，通过选择恰当的指令及循环次
2、数实现所需的定时，由于执行每条指令都需一定的时间，执行这段程序所需总的时间就是定时时间。 软件定时的特点是无需硬件电路，但定时期间CPU被占用，增加了CPU的开销，因此定时时间不宜过长，而且定时期间如果发生中断，定时时间就会出现误差。,3、可编程定时器定时 这种定时方法是通过对系统时钟脉冲的计数来实现的。通过程序来设置计数初值，改变计数初值也就改变了定时时间，使用起来非常灵活。由于定时器可以与CPU并行工作，因此不影响CPU的效率，且定时时间精确。,2、硬件定时 硬件定时通常由小规模集成电路555外加电阻、电容构成，电路简单，不占CPU资源，但定时时间的调节不够灵活方便。,（一）定时器/计数器
3、概述 在51系列单片机中有两个16位的加法计数器，分别叫做T0和T1。在计数脉冲的作用下，其计数值不断加1，在此过程中，计数器可能产生溢出，产生溢出后，可以向CPU发出中断请求。,如果计数脉冲来自系统时钟，称之为“定时器”，每个机器周期计数器加1；,如果计数脉冲来自外部电路，称之为“计数器”,一旦计数器产生溢出，TF0变为1 ，向CPU发出中断请求,二、定时器/计数器的控制寄存器 1、定时器控制寄存器TCON,TF0/TF1：定时器/计数器T1和T0的溢出中断标志。为1，表示定时器/计数器的计数值已由全1变为全0，正向CPU发中断请求。,TR0/TR1：定时器/计数器T0和T1的启停控制位：为
4、0时，定时器/计数器停止工作；为1时，启动定时器/计数器工作。,2、定时方式寄存器TMOD,选择定时/计数器的工作方式，M1M0= 00，方式0 01，方式1 10，方式2 11，方式3,定时方式/计数方式的选择控制位。为0，选定时方式，计数脉冲来自系统时钟的12分频；为 1，选计数方式，计数脉冲来自外部电路,当GATE=0时，只要TR0=1，与门的输出就为1，计数开始。 如果GATE为1，只有TR0=1，并且/INT0=1时，才允许计数。,C/T=0，选择定时方式,C/T=1，选择计数方式,GATE=0时，由TR0控制计数器启停 GATE=1时，由TR0和INT0一同控制启停,TR0=1时，
5、启动定时器,定时器溢出时，TF0置1,三、T0、T1的工作方式,1、方式0 方式0的计数器由13位构成，其中高8位在TH中，低5位在TL中。当计数器产生溢出时，TF位被置1，向CPU发出中断请求。在方式0下，计数器产生溢出时，不能进行初始计数值的自动重装（有关自动重装的问题参见方式2），所以方式0不能用于精确定时。 方式0的所有功能都可以用方式1代替，方式0的存在，是因为兼容早期的MCS-48单片机的原因，所以一般不使用方式0。,2、方式1 方式1与方式0工作形态基本相同，只是方式1的计数器由16位构成，其中高8位在TH中，低8位在TL中，当计数器产生溢出时，TF位被置1，向CPU发出中断请求
6、。在方式1下，计数器产生溢出时，也不能进行初始计数值的自动重装所以方式1也不能用于精确定时。,3、方式2 方式2是可以自动重装的工作方式：初始化时一般将8位计数初值同时放入TH、TL中，其中，TH存放的是初值的备份，TL用来计数，当8位计数器TL产生溢出时，除了可以向CPU发中断请求外，单片机的硬件部分还立即把TH中的备份送入TL中。 由于重新赋值是硬件自动进行的，所以避免了重新赋值的时间不一，所以方式2可以用于精确定时。,4、方式3 T1经常用于串行口的波特率发生器,为了让系统中保持两个计数器，可以让T0工作在方式3，这时，T0被分成两个8位计数器，分别位于TH0和TL0中，其中TL0使用T
7、0的中断、启动控制资源，而TH0则借用T1的中断、启动控制资源，而且TH0只能工作在定时方式下，不能工作在计数方式下。,（四）时间常数的计算 如果单片机需要进行周期性的工作，就应该让定时器/计数器T0或T1工作在定时方式，并且给T0或T1赋以一个初始计数值，在T0或T1被启动后，每个机器周期使计数器中的计数值加1，计数器产生溢出后，将再次给计数器赋值（该值被称为时间常数）。 显然计数器溢出时间（又称定时时间）与时间常数直接相关：时间常数越大，定时时间就越短；时间常数越小，定时时间就越长。同时系统时钟的频率也直接影响定时时间的长短，时钟的频率越高，定时时间越短；时钟的频率越低，定时时间越长。,设
8、系统时钟的频率为fosc，计数器的初始值为N，定时器工作于方式1，则定时时间： T=（216-N）12/fosc (1) 如果定时器工作于方式2或方式3，定时时间为： T=（28-N）12/fosc (2),当初始值N=0时，如果fosc=12MHZ，最大定时时间为： 方式1为： Tmax=21612/fosc=65536us=65.536ms 方式2、方式3为：Tmax=2812/fosc=256us,根据定时时间T，及公式（1）、（2）分别可以求出初值N为： 方式1： N=216-Tfosc/12 （3） 方式2、方式3 ：N=28-Tfosc/12 （4） 如果fosc=12MHZ,以上
9、公式可简化为 方式1： N=216-T 方式2、方式3 ：N=28-T,例如：系统的时钟频率是12MHz，在方式1下，如果希望定时器/计数器T0的定时时间T为10ms，则初值N =216-T=65536-10000=55536 如何将55536给两个8位寄存器TH0、TL0赋值呢？可将十进制数55536转换成四位十六进制数，将高2位送TH0，低2位送TL0。 更简单的方法是：对于16位计数器来讲， 216等效为0，对于8位计数器，28等效为0，这样公式（3）、（4） 可简化为 N=-T，直接用下面两条语句就可以完成计数器初值的设置： TH0=-10000/256； /取-N的高8位 TL0=-
10、10000%256； /取-N的低8位 例如：设系统的时钟频率是12MHz，定时器工作于方式2，定时时间200us。 根据前面分析，N=-T=-200，可直接用以下语句实现： TH0=-200； TL0=-200；,任务二、定时器应用,案例1 设时钟频率fosc=12MHz，用定时器T0在P1.0脚产生频率为20Hz的方波。,设计思想：在使用定时器/计数器时，首先应根据要求对工作方式进行初始化，然后计算出初始值。初始化的步骤通常是：,（1）向TMOD寄存器写入工作方式控制字。,（2）将计数器的初值写入TH0、TL0/TH1、TL1。,（3）启动定时器/计数器：将TR0/TR1置1。,（4）如果
11、采用中断方式，还应将ET0/ET1、EA置1。,本题中，方波的频率为20HZ，对应的周期为50ms，如果将定时时间设置为25ms，每隔25ms将P1.0脚取反即可产生如图3-3所示的方波。因为定时时间为25ms，如果采用方式2或方式3，其定时的最大时间不超过256us，因此选方式1比较恰当，根据前面的分析，计数器初值N=-25000。本例题是定时而非计数，且无需脚参与启停控制，故C/ =0，GATE为0，这样TMOD取0x01。,void main(void) TMOD=0x01; TH0=-25000/256; TL0=-25000%256; TR0=1; ET0=1; EA=1; whil
12、e(1); void timer0(void) interrupt 1 TH0=-25000/256; TL0=-25000%256; P10=P10; ,T0工作于定时方式1,定时时间为25ms,启动定时器T0,允许定时器T0中断,单片机开中断,定时器T0中断服务程序,重新装入时间常数,P1.0求反,案例2 如图所示，P0口接8只发光二极管，编程使发光管轮流点亮，点亮时间为500ms，要求使用定时器T0来控制，设晶振为12MHz,设计思想 我们可将P0口的初值设置为0xFE，对应于发光管D1亮，每隔500ms将P0的值循环左移一位，这一周期性的定时作业用T0来完成。 当时钟频率为12MHZ时
13、，在定时器的4种工作方式中，方式1的最大溢出时间最长，但即使在方式1，最大的溢出时间也只有65.536ms，所以我们不能在每次中断时都执行上述移位操作，可以这样处理：将定时器T0的溢出时间设定为50ms，累计满10次中断正好500ms，才允许程序执行1次移位动作，,主函数 uchar count=0; /50ms定时中断次数计数器 void main(void) led=0xfe; TMOD=0x01; /T0工作于方式1 TH0=-50000/256; /定时时间为50ms TL0=-50000%256; ET0=1; /允许T0中断 TR0=1; /启动T0定时 EA=1; /CPU开中断
14、 while (1); ,void time0(void) interrupt 1 TH0=-50000/256; TL0=-50000%256; count+; if(count=10) count=0; led=_crol_(led,1); P0=led; ,定时器T0中断服务程序,重新装入时间常数,每中断一次，计数器加1,10次中断为0.5秒,满10次变量led左移1位送P0口,案例3 用定时器的计数方式实现外部中断。如图所示，P0口控制8只发光管轮流点亮，发光管点亮时间为500ms，单脉冲电路控制发光管的移动方向，按下单脉冲按钮，发光管左移，再按下发光管右移 。,设计思想： 当定时器/
15、计数器工作于计数方式2时，如果将计数器的初值设置为全1，只要在计数输入端（T0或T1）送入一个计数脉冲，就可使计数器产生溢出中断。 如果将外部中断请求作为计数脉冲输入，就可利用计数中断的名义去完成外部中断服务。 当应用中外部中断请求较多时，而单片机内部的定时器/计数器还有富余时，可采用这种方法来扩展外部断。因此本例的实质是将定时器的计数输入端T1扩展为外部中断请求输入，来控制发光管的移动方向。,具体方法：,1、初始化定时器/计数器T1计数工作方式2，即每 次溢出中断后能自动装入计数初值。,2、计数器TH1、TL1的初值预置为0FFH。,3、程序中设置一个位变量，每当计数器T1产生溢 出中断时求
16、反，发光管左移还是右移取决于该 变量是0还是1 。,void main(void) DIR=0; led=0xfe; TMOD=0x61; TH0=-50000/256; TL0=-50000%256; TH1=0xff; TL1=0xff; ET0=1; ET1=1; TR0=1; TR1=1; EA=1; while (1); ,T0为定时方式0,T1为计数方式2,定时时间为50ms,T1的初值为0xff,允许T0、T1中断,启动T0定时,启动T1计数,CPU开中断,void time0(void) interrupt 1 TH0=-50000/256; TL0=-50000%256; count+; if(count=10) count=0; if(DIR=1) led=_crol_(led,1); else led=_cror_(
