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1、单片机原理及应用教程 （C语言版） 第6章 MCS-51单片机定时器/计数器,主 编：周国运 中国水利水电出版社,第6章 MCS-51单片机定时器/计数器,目 录 6.1 单片机定时器/计数器的结构及原理 6.2 定时器/计数器T0、T1 6.3 定时器/计数器T2 6.4 定时器/计数器应用举例,定时器/计数器应用极其广泛。 本章主要讨论MCS-51单片机定时器/计数器T0、T1、T2的逻辑结构、工作原理、使用方法和应用。 本章为单片机的主要内容，也是学习第七章串行口的基础。,第6章 MCS-51单片机的定时器/计数器,6.1 单片机定时器/计数器 的结构及原理,主要内容 6.1.1 单片机
2、定时器/计数器的结构 6.1.2 单片机定时器/计数器的工作原理,6.1.1 单片机定时器/计数器的结构,MCS-51单片机定时器/计数器的原理结构图,6.1.1 MCS-51单片机定时器/计数器的结构,MCS-51主要由如下构成： 三个16位的可编程定时器/计数器：定时器/计数器0、1和2。 每个定时器有两部分构成：THx和TLx 特殊功能寄存器TMOD和TCON ，主要对T0和T1进行控制。 特殊功能寄存器T2MOD和T2CON ，主要对T2进行控制，RCAP2H、RCAP2L为T2服务。 引脚P3.4、P3.5、P1.0，为计数脉冲输入。 定时器T0、T1和T2有中断功能，计数器溢出或被
3、触发（T2），向CPU 发出中断请求。,6.1.2 单片机定时器/计数器的工作原理,定时器/计数器T0、T1、T2 的内部结构简图如下图所示。,做定时器,做计数器,6.1.2 MCS-51单片机定时器/计数器的工作原理,从上图可以看出： 定时器的实质是一个加1计数器。 C/T =0 ，为定时器 计数频率：fosc/12 计数信号由片内振荡电路提供，振荡脉冲n分频送给计数器，每个机器周期计数器值增1。 C/T =1 ，为计数器 计数信号由Tx引脚(P3.4、P3.5和P1.0)输入，每输入一有效信号，相应的计数器中的内容进行加1 计数器的最高计数频率为：fosc/24 1）每1个输入脉冲的下降沿
4、使计数器计1个数 2）每1个机器周期对引脚采样1次，当上1个机器周期采样为高、本机器周期采样为低为1个下降沿。,6.1.2 MCS-51单片机定时器/计数器的工作原理,控制信号TRx=1时，定时器启动。 当定时器由全1加到全0时计满溢出，TFx=1，向CPU申请中断；同时，定时器从0开始继续计数。,6.2 定时器/计数器T0、T1,主要内容 6.2.1 T0、T1的特殊功能寄存器 6.2.2 T0、T1的工作模式 6.2.3 T0、T1的使用方法,6.2.1 T0、T1的特殊功能寄存器,1. T0、T1 模式寄存器TMOD 功能：确定定时器的工作模式。其格式为：,GATE外部门控制位。 GAT
5、E1，使用外部控制门，且TRx=1 当P3.2（P3.3）为高时启动定时器， P3.2（P3.3）为T0、T1运行外部控制引脚。,6.2.1 T0、T1的特殊功能寄存器,GATE0，禁止外部信号控制定时器/计数器。 C/T定时或计数方式选择位 C/T0，为定时器；C/T1，为计数器 计数采样：CPU在每机器周期的S5P2期间，对计数脉冲输入引脚进行采样。 若前一机器周期采样值为1，下一机器周期采样值为0，则计数器增1，即下降沿计数。,6.2.1 T0、T1的特殊功能寄存器,M1、M0工作模式选择位。,6.2.1 T0、T1的特殊功能寄存器,2. T0、T1控制寄存器TCON,TF1、TF0：T
6、1、T0的溢出标志位 计数溢出，TFx=1。 中断方式：自动清零； 查询方式：软件清零。,6.2.1 T0、T1的特殊功能寄存器,TR1、TR0：T1、T0启停控制位。 置1，启动定时器； 清0，关闭定时器。 注意： GATE=1 ，TRx与P3.2（P3.3）的配合控制。 IE1、IE0：外部中断1、0请求标志位 IT1、IT0：外部中断1、0触发方式选择位,6.2.2 T0、T1的工作模式,MCS-51的T0、T1共有4种工作模式，前三种模式下两个定时器/计数器工作原理是相同的，只有模式3下两者才有差别。以下主要以T0为例进行介绍，T1类似。,模式0与模式1 的区别仅仅是计数器的位数不同，
7、前者是13位，后者是16位，其它完全相同，现在一般都不使用模式0，故不讲。 当设置M1M001时，选择模式1，为16位定时器/计数器。 模式1原理结构 模式1原理结构由4部分构成（下页图）： 信号源 运行控制 计数器 溢出标志,1模式1,6.2.2 T0、T1的工作模式,6.2.2 T0、T1的工作模式,图6-6 T0模式1原理结构,6.2.2 T0、T1的工作模式,信号源 C/T设为1，为计数器，用P3.4引脚脉冲 C/T设为0，为定时器，用内部脉冲 运行控制 GATE=1，由外部信号控制运行 此时应该设置TR0=1 P3.2引脚为高电平，T0运行 GATE=0，由内部控制运行 TR0设置为
8、1，T0运行,6.2.2 T0、T1的工作模式,计数部件 由TL0、TH0组成，是一个16位的加法计数器，对送来的脉冲进行计数，计数溢出后输出由低变高，设置溢出标志。 溢出标志：TF0。 当计数部件溢出后对其置1，向CPU 请求中断。 模式1定时时间的计算公式如下： 定时时间=计数值机器周期 =（216 - 定时初值）振荡周期12 最大定时时间（初值为0时）为： 216 振荡周期 12。,2模式2,6.2.2 T0、T1的工作模式,M1 M0 10时，选择模式2，为8位定时器/计数器，且初值自动重装。 模式2原理结构 原理结构如下页图所示，由4部分构成： 信号源 运行控制 计数器 溢出标志 在
9、能够满足计数要求时，尽可能地选择模式2。,图6-7 T0（T1）模式2原理结构 8位初值自动重装,6.2.2 T0、T1的工作模式,M1 M0 11，选择模式3。逻辑结构如图6-8和6-9所示： 结构： TL0、TH0分为两个独立的8位计数器 TL0： 8位定时器/计数器 使用T0所有的资源和控制位 TH0：8位定时器 使用T1所有的资源(中断向量、中断控制ET1、PT1)和控制位 （TR1、TF1）,6.2.2 T0、T1的工作模式,3模式3,图6-8 模式3下T0的原理结构图,6.2.2 T0、T1的工作模式,T0模式3时T1的工作模式 T1可以模式0模式2工作。 T1的结构如图6-9所示
10、 由于TF1及中断矢量被TH0占用，所以T1仅用作波特率发生器或其它不用中断的地方。 T1作波特率发生器，其计数溢出直接送至串行口。设置好工作方式，串行口波特率发生器开始自动运行。 TMOD中T1的M1M0=11，T1停止工作，因为T1没有模式3。,6.2.2 T0、T1的工作模式,图6-9 T0模式3时T1的原理结构,6.2.2 T0、T1的工作模式,6.2.3 T0、T1的使用方法,T0、T1各有两种功能（定时/计数）、4种或3种工作模式，如何选择其功能和工作模式，是使用T0、T1编写程序需要首先解决的问题。 1.选择定时和计数概念 如果需要对单片机外部输入的脉冲进行计量，则选择计数功能（
11、如统计产品数量、轮子转到周数（每周产生的脉冲数目一定）、液滴的数目等）; 否则选择定时功能（如定时启动/停止机器运转、定时打开/关闭阀门、产生方波、产生某种频率的声音等）。,6.2.3 T0、T1的使用方法,2.选择工作模式 （1）计算计数值N 1）计数情况 需要计的数N往往是给定的，如计100个数、200个数等。 2）定时情况 在这种情况下往往给出的是定时的时间t 根据定时器每个机器周期计1个数的规律，则计数值N与定时时间t、机器周期TMC、晶振频率fosc的关系如下： t = N TMC 、 TMC = 12/fosc N = t / TMC = t fosc /12 （公式6-1）,6.
12、2.3 T0、T1的使用方法,（2）确定工作模式 如果N256，则选择模式1；否则选择模式2，或者选择模式3。首选模式2。 3计数初值X的计算 计数初值X = 最大计数值 - 计数值N (公式6-2) 计数初值和工作模式有关，即与计数位数有关: 模式1：16位计数，N=65536,（216） 模式2：8位计数，N=256,（28） 模式3：8位计数，N=256,（28）,6.2.3 T0、T1的使用方法,4什么情况下选择模式3 模式3是在系统既需要波特率发生器，又需要多个定时器/计数器，而且计数值都比较小（N256）的情况下使用。 这时定时器/计数器T1作为波特率发生器，定时器/计数器T0分为
13、两个8位定时器，或者分成的两个其中一个作8位定时器、另一个8位计数器使用。,6.2.3 T0、T1的使用方法,5使用T0、T1编程的方法步骤 计算计数值N。 确定工作模式。 计算定时或计数的初值X。 编写初始化程序： 设置TMOD，设置TLx和THx，（需要时开T0、T1中断和总中断），设置TRx启动运行。 编写T0、T1的应用程序。 前3项为编写初始化程序的准备，称之为初始化准备。,6.2.3 T0、T1的使用方法,6在运行中读取TLx、THx的方法 在T0、T1运行情况下，TLx和THx中的值在变化，读的期间有可能进位，读出的数据不正确。正确的读取方法如下： do xh=THx; xl=T
14、Lx; while(xh!=THx); 程序中的xl、xh为已经定义过的无符号字符型变量。,6.2.3 T0、T1的使用方法,例6-1 对89C52单片机编程，使用定时器/计数器T0以模式1定时，以中断方式实现从P1.0引脚产生周期为1000s的方波。设单片机的振荡频率为12MHz。 分析与计算 （1）方波产生原理 将T0设为定时器，计算出合适的初值，定时到了之后对P1.0引脚取反即可。 （2）选择工作模式 计算计数值N,P1.0,6.2.3 T0、T1的使用方法,定时时间t： 周期为1000s的方波要求 t =周期/2 = 1000/2 = 500(s) 对应计数值：N = t/机器周期 =
15、 500/1 = 500 N=500256，所以选择模式1。 模式字： TMOD=0000 0001B = 0x01 （3）计算初值X X = 65536 N = 65036 = 0xfe0c,方波周期T,定时时间t,6.2.3 T0、T1的使用方法,C语言程序： #include /包含特殊功能寄存器库 sbit P1_0=P10; /定义位变量 void main( ) TMOD=0x01; /T0用模式1、定时 TL0=0x0c; TH0=0xfe; /设置定时器的初值 ET0=1; /允许T0中断 EA=1; /允许CPU中断 TR0=1; /启动定时器 while(1); /等待中断
16、 ,6.2.3 T0、T1的使用方法,void time0_int(void) interrupt 1 /中断服务程序 TL0=0x0c; TH0=0xfe; /定时器重赋初值 P1_0=P1_0; /P1.0取反，输出方波 汇编语言程序： ORG 0000H SJMP MAIN ORG 000BH ;T0中断入口地址 LJMP INT_T0,6.2.3 T0、T1的使用方法,MAIN: ;主程序 MOV SP,#0DFH ；设置堆栈指针 MOV TMOD,#01H ；T0模式1定时 MOV TL0, #0CH ；设置定时初值 MOV TH0, #0FEH SETB ET0 ；T0开中断 SETB EA ；CPU开中断 SETB TR0 ；启动T0 SJMP $ ；等待T0中断 INT_T0: ;中断服务程序 MO
