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1、第六章 定时计数技术 单片机控制系统中常常用到的定时与计数问题。 6.1 定时计数概述 6.2 MCS-51单片机的定时计数器,6.1 定时/计数器概述,1、定时的定义： 定时是对周期固定、已知的脉冲计数。 2、计数的定义： 计数是对外界产生的周期不固定的未知脉冲计数。计数器的计数方式可以是加1计数，也可以是减1计数。 3、定时/计数的实现方法： 定时/计数的实现方法有3种： 硬件数字电路：用555构成的定时器和计数器等。 软件编程 可编程定时/计数器,例：编制一个延时10mS的子程序。 MOV R6，#20 D1： MOV R7，#248 DJNZ R7，$ DJNZ R6，D1 RET,有
2、的控制系统是按时间间隔来进行控制的，如定时的温度检测等。虽然可以利用延迟程序来取得定时的效果，但这会降低CPU的工作效率。如果能用一个可编程的实时时钟，以实现定时或延时控制，则CPU不必通过等待来实现延时，就可以提高CPU的效率。 另外也有些控制是按计数的结果来进行的，因此在微机控制系统中常使用可编程的硬件定时计数器。现在有很多专门用作定时计数器的接口芯片。单片机内带有硬件定时计数器可以 简化系统设计。 不论是独立的定时器芯片还是单片机内的定时器，都有以下特点： 1定时计数器可以有多种工作方式，可以是计数方式也可以是定时方式等等。 2计数器模值是可变的，当然计数的最大值是有一定限制的，这取决于
3、计数器的位数。计数的最大值也就限制了定时的最大值。 3可以按照规定的定时或计数值，当定时的时间到或者计数终止时，发出中断申请，以便实现定时或计数控制。除了上述共同特点外，各种定时器还会有各自的特点，各自的工作方式和控制方式。,6.2 MCS51单片机内部的定时/计数器,6.2.1 定时/计数器结构 6.2.2 定时/计数器工作方式 6.2.3 定时/计数器应用,6.2.1 定时器/计数器的结构,MCS51单片机内有2个独立的16位的可编程定时/计数器T0和T1。 它们的结构相似。,6.2.1 定时/计数器结构,T0的结构如图所示：,振荡器,12,C/T=0,C/T=1,+,加1计数器,TF0,
4、合/断,T0,TR0,GATE0,INT0,TCON,TMOD,TH0,TL0,TH1,TL1,TMOD：89H 只能按字节操作。,GATE ： 一般称为门控标志。它对定时/计数器的启动起着控制作用。当GATE=1时, 只有INT0 (或INT1)引脚为高电平且TR0(或TR1 )置 1 时, 相 应的定时器 /计数器才被选通工作, 这时可用于测量在INTx端出现的正脉冲的宽度。若GATE=0, 则只要 TR0 (或 TR1)置 1, 定时器 /计数器就被 选通, 而不管 INT0 (或 INT1)的电平是高还是低。 CT： 用来确定To(T1)是工作在计数方式还是工作在定时方式。CT=0为定
5、时方式，CT=1为计数方式。即对外部引脚的外部输入脉冲计数。外部引脚上输入的每一个脉冲的负跳变使计数值加1，由于外输入脉冲的每个高、低电平持续时间各应大于一个机器周期，因此最小的计数周期为两个机器周期。例如，若单片机晶振频率为12MHZ，则外部计数脉冲的最高频率只能为500KHZ。,TMOD,工作方式选择表:,M1和M2： 两位用来确定To(T1)的具体工作模式。M1、M2的 四种组合刚好与四种工作模式对应，分别是方式0、方式1、方 式2、方式3。,TCON：88H 可以按字节操作，也可以按位操作。,TCON,TR1：为T1启动控制位。当TR1=1时，启动T1；TR1=0时，关闭T1。该位由软
6、件进行设置。 TR0：为T0启动控制位。当TR0=1时，启动T0；TR0=0时，关闭T0。该位由软件进行设置。,振荡器,12,C/T=0,C/T=1,+,加1计数器,TF0,合/断,T0,TR0,GATE0,INT0,MCS-51单片机内部有两个16位的定时/计数器T0和T1。每个定时/计数器占用两个特殊功能寄存器： T0由TH0和TL0两个8位计数器组成，字节地址分别是8CH和8AH。 T1由TH1和TL1两个8位计数器组成，字节地址分别是8DH和8BH。 用于存放定时或计数的初值。当计数器工作时，其值随计数脉冲做加 1变化。,计数寄存器,TL0,TH0,由于T0由TL0(低8位)和TH0(
7、高8位)组成；T1由TH0和THl组成。所以T0、T1都是16位计数器。但是若将它们设置成不同的工作方式，其计数长度(最大值)和计数方式都可变化。内部定时计数器一共有四种工作方式，由TMOD的相关位设置。,6.2.2 定时/计数器的工作方式,GATE1,C/T1,M11,M10,GATE0,C/T0,M01,M00,M1和M2： 两位用来确定To(T1)的具体工作模式。M1、M2的四种组合刚好与四种工作模式对应。定时/计数器工作模式如下：,方式0,方式1,方式2,方式3,振荡器,12,C/T=0,C/T=1,+,TF0,合/断,T0,TR0,GATE0,INT0,在方式0下，T0构成一个13位
8、的计数器，由TH0的8位和TL0的低5位组成，TL0的高3位未用，满计数值为213。 T0启动后立即加1计数，当TL0的低5位计数溢出时向TH0进位，TH0计数溢出则对相应的溢出标志位TF0置位，以此作为定时器溢出中断标志。当单片机进入中断服务程序时，由内部硬件自动清除该标志。,TH0,D5,方式0,D4,D3,D2,D1,D0,TL0,当选择了定时或计数工作方式后，定时/计数脉冲却不一定能到达计数器输入端，只有当控制开关合上时，计数脉冲才能到达计数器输入端，开始加1计数。控制开关闭合的条件如下： GATE=0时，开关的打开、合上取决于TR0，只要TR0是1，开关就合上，计数脉冲得以畅通无阻，
9、而如果TR0等于0则开关打开，计数脉冲无法通过，因此定时/计数是否工作，只取决于TR0。GATE=1时，控制开关不仅要由TR0来控制，而且还要受到引脚的控制，只有TR0为1，且INT0引脚也是高电平，开关才合上，计数脉冲才得以通过。,计数器,在方式1下，定时/计数器T0和T1的方式1都是相同的。以下仅以T0为例。 T0构成一个16位的计数器，由TH0的8位和TL0的8位组成。 T0启动后立即加1计数，当TL0计数溢出时向TH0进位，TH0计数溢出则对相应的溢出标志位TF0置位，以此作为定时器溢出中断标志。当单片机进入中断服务程序时，由内部硬件自动清除该标志。,方式1,定时方式： 定时时间：t=
10、(216-T0初值)振荡周期12 计数方式：计数长度为216=65536（个外部脉冲）,方式1,振荡器,12,C/T=0,C/T=1,+,TF0,合/断,T0,TR0,GATE0,INT0,在方式2下，定时/计数器T0和T1的方式1都是相同的。以下仅以T0为例。 TH0和TL0被当作两个8位计数器，计数过程中，TH0寄存8位初值并保持不变，由TL0进行8位计数。当低8位计数溢出时，除了可产生中断申请外，还将TH0中保存的内容向TL0重新装人，以便于重新计数，而TH0中的初值仍然保留，以便下次再行对TL0进行重装。 方式2对于连续计数比较有利。这时不需要在溢出后用软件重新装入计数初值，而是可以自
11、动装入，但此时计数的长度将受到很大的限制，只有28=256次，定时时间：t=(28-T0初值)振荡周期12 。,TH0,TL0,方式2,计数器,方式2,振荡器,12,C/T=0,C/T=1,+,TF0,合/断,T0,TR0,GATE0,INT0,方式3只适用于定时/计数器T0。这种工作方式下，定时/计数器T0被拆成2个独立的定时/计数器来用。,TL0,方式3,计数器,振荡器,12,TF1,TH0,计数器,TR1,合/断,在方式3下，T0和T1的工作有很大的不同。 若把T1置于方式3，则Tl停止计数，定时器T1保持其内容不变。所以，一般不会把T1置于方式3。 若把T0置于方式3，则16位计数器拆
12、开为两个独立工作的8位计数器TL0和 TH0。但这两个8位计数器的工作是有差别的。 首先是工作方式的不同：对TL0来说它既可以按计数方式工作，也可以按定时方式工作，而TH0则只能按定时方式工作。 另外是控制方式的不同。,一般情况下，当定时/计数器T0处于工作方式3时，定时/计数器T1可工作为方式0、1、2，但由于此时其已没有控制通断和溢出中断的功能，T1只能作为串行口的波特率发生器使用，或不需要中断的场合。,方式3,MCS-51的定时计数器是可编程的，因此，在进行定时或计数之前也要用对其进行初始化。初始化一般应包括以下几个步骤： 1、对TMOD寄存器赋值，以确定定时器的工作方式。 2置定时计数
13、器初值，直接将初值写入寄存器的TH0，TL0或TH1，TLl。 3根据需要，对寄存器IE置初值，开放定时器中断。 4对TCON寄存器中的TRl或TR0置位，启动定时计数器。启动以后，计数器即按规定的工作方式和初值进行计数或开始定时。,6.2.3 定时/计数器的应用,定时计数器初值,在初始化过程中，要置入定时值或计数值的初值，这时要作一些计算。方法如下： 设计数器的最大值为M(在不同的工作方式中，M可以为213，216或28)，则置入的初值X可这样来计算： 计数方式时： X=M计数模值 定时方式时： (MX)T=定时值，所以X=M定时值T。 其中T为计 数周期，它是单片机振荡周期的12倍。 当振
14、荡周期为112MHZ时，计数周期为 1us。在这种情况下，若定时器工作在方式0，则最大定时值为 213X 112MHZs=8.192ms ；若工作在方式1，则最大定时值为216X 112MHZs=65.536ms 例 若单片机的频率为12MHz，请计算2ms所需要的定时器初值。 解：计数脉冲个数为2/0.001=2000 若方式0，则计数初值为：213-2000=6192=1830H TH0=18H，TL0=30H 若方式1，则计数初值为：216-2000=63536=F830H TH0=F8H，TL0=30H,定时初值或计数初值的计算方法： 不同工作方式的定时初值或计数初值的计算方法如下表所示。,
