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1、第6章 MCS-51单片机定时器/计数器,目 录 6.1 MCS-51定时器/计数器的结构及原理 6.2 定时器T0、T1 6.3 定时器应用举例,本章主要讨论MCS-51单片机定时器/计数器的逻辑结构和工作原理。内容主要有MCS-51单片机定时器T0、T1的逻辑结构，工作方式的选择和应用。 本章为单片机的主要内容，也是第七章串行口的学习的基础。,第6章 MCS-51单片机的定时器/计数器,6.1 MCS-51单片机定时器/计数器的结构及原理,主要内容 6.1.1 MCS-51单片机定时器的结构 6.1.2 MCS-51单片机定时器的工作原理 6.1.3 定时器/计数器的控制寄存器,6.1.1
2、 MCS-51单片机定时器的结构,MCS-51单片机定时器/计数器逻辑结构图：,6.1.1 MCS-51单片机定时器的结构,MCS-51主要由如下构成： 两个16位的可编程定时器/计数器：定时器/计数器0、1。 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。,6.1.1 MCS-51单片机定时器的结构,引脚P3.5、P3.4，输入计数脉冲。 定时器T0、T1是2个中断源，可以向CPU 发出中断请求。 特殊功能寄存器之间通过内部总线和控制逻辑电路连接起来,6.1.2 MCS-51单片机定时器的工作原理,定时器/计数器T0、T1 的内部结构简
3、图如下图所示。,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 ，为定时器方式。 计数信号由片内振荡电路提供，振荡脉冲12分频送给计数器，每个机器周期计数器值增1。 例如：如果晶振频率为12MHz，则最高计数频率为0.5MHz,6.1.2 MCS-51单片机定时器/计数器的工作原理,C/T =1 ，为计数方式。 计数信号由Tx引脚(P3.4、P3.5)输入，每输入一有效信号，相应的计数器中的内容进行加1。 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，从0开始继续计数，TFx=1 ，向CPU申请中断
4、。,6.1.3 定时器/计数器的方式和控制寄存器,1、T0、T1 工作模式寄存器TMOD 功能：确定定时器的工作模式。 其格式如图6-3所示：,GATE外部门控制位。 GATE1，使用外部控制门。 TRx=1， P3.2（P3.3）=1时，启动定时器。,6.1.3 定时器/计数器的方式和控制寄存器,GATE0，不使用外部门控制计数器 C/T定时或计数方式选择位 。 C/T0时，为定时器 C/T1时，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。 随后的机器周期S3P1期间，新的计
5、数值装入计数器。,6.1.3 定时器/计数器的方式和控制寄存器,M1、M0工作模式选择位。 如下表所示:,6.1.3 定时器/计数器的方式和控制寄存器,2、T0、T1的控制寄存器TCON,TF1、TF0：T1、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。,6.1.3 定时器/计数器的方式和控制寄存器,TR1、TR0：T1、T0启停控制位。 置1，启动定时器； 清0，关闭定时器。 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 注意： GATE=1 ，TRx与P3.2（P3.3） 的配合。,6.2 定时器T0、T1的
6、工作模式及应用,主要内容 6.2.1 模式1 6.2.2 模式2 6.2.3 模式3 6.2.4 T0、T1应用,6.2.1 模式1,模式0与模式1 的区别仅仅是计数器的位数不同，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，故不讲模式0 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 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,6.2.1 模式1的逻辑结构及应用,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
7、 P3.2引脚为高电平，T0运行 GATE=0，由内部设置控制运行 TR0设置为1，T0运行,6.2.1 模式1的逻辑结构及应用,图6-6 T0模式1原理结构 MCS-51单片机之所以设计几乎完全一 样的方式0和方式1，是出于与 MCS-48单片机的兼容。,6.2.2 模式2,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 在能够满足计数要求时，尽可能地选择模式2。,6.2.2 模式2的逻辑结构及应用,图6-7 T0模式2原理结构,6.2.3 模式3,1、T0模式3的结构特点 M1
8、 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）,6.2.3 模式3的逻辑结构及应用,图6-8 模式3下T0的逻辑结构图,6.2.4 模式3的逻辑结构及应用,2、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 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
9、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。,6.2.4 模式3的逻辑结构及应用,图6-9 T0模式3时T1的原理结构,串行口,图6-9(c) T0模式3T1模式2时的原理结构,6.2.4 T0、T1应用,1、定时器/计数器工作模式的选择方法 （1）首先计算计数值N （2）确定工作模式 原则是尽可能地选择模式2 若 N 256选择模式2，否则选择模式1 （3）模式3的选择 如果需要增加一个定时器/计数器，选择T0以模式3工作,6.2.4 T0、T1应用,2、定时器/计数器初值X的计算方法 因为 X + N = 28或216 所
10、以 X = 28或216-N （1）对定时器 设定时时间为t N = t/机器周期 所以 X = 28或216- t/机器周期 （2）对计数器 X = 28或216- N,6.2.4 T0、T1应用,例6-1 对单片机的定时器/计数器0进行编程，以模式1工作，用中断方式使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： （1）方波产生原理 将T0设为定时器，计算机出合适的初值，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,6.2.4 模式3的逻辑结构及应用,定时时间t： 周期为1000s的方波要求 t =周期/2 = 1000/2 =
11、500(s) N = t/机器周期 = 500/1 = 500 N=500256，所以选择模式1。 模式字： TMOD=0000 0001B （3）初值X X = 65536 N = 65036 = FE0CH,6.2.4 模式3的逻辑结构及应用,汇编语言程序： ORG 0000H SJMP MAIN ORG 000BH LJMP TIME0,6.2.4 模式3的逻辑结构及应用,MAIN: MOV TMOD,#01H ；T0模式1定时 MOV TL0,#0CH ；置定时初值 MOV TH0,#0FEH SETB ET0 ；定时器T0开中断 SETB EA ；CPU开中断 SETB TR0 ；启
12、动定时器T0 SJMP $ ；等待定时器溢出 TIME0: ;中断服务程序 MOV TL0,#0CH MOV TH0,#0FEH ；重装定时初值 CPL P1.0 ；P1.0取反 RETI ；中断返回 END,6.2.4 模式 3的逻辑结构及应用,例6-2 设单片机的振荡频率为12MHz，用定时器/计数器0编程实现从P1.0输出周期为500s的方波。 分析：方法同例6-1 定时时间： 方波周期为500s，定时250s。 模式选择： 定时器0可以选择模式0、1和2。模式2最大的定时时间为256s，满足250s的定时要求，选择模式2。,6.2.4 模式 3的逻辑结构及应用,（1）初值计算 （256
13、-X）1s=250s X=6； 则TH0=TL0=6 （2）程序： 采用中断处理方式的程序 ：,6.2.4 模式3的逻辑结构及应用,汇编语言程序： ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH ；中断处理程序 CPL P1.0 RETI ORG 0030H ；主程序 MAIN: MOV TMOD，#02H MOV TL0，#06H MOV TH0，#06H SETB ET0 ；允许定时器0中断 SETB EA ；允许CPU中断 SETB TR0 ；启动定时器0 SJMP $ ；等待中断 END,6.2.4 模式3的逻辑结构及应用,汇编语言程序: MAIN: MOV TMOD,#0
14、2H ；主程序 MOV TL0,#06H MOV TH0,#06H SETB TR0 LOOP: JNB TF0,$ ；查询计数溢出 CLR TF0 CPL P1.0 SJMP LOOP END,6.3 定时器应用举例,主要内容 6.3.1 定时器的初始化 6.3.2 定时器应用举例,6.3.1 定时器的初始化,在使用定时器/计数器前，应首先对其进行初始化编程。 一、定时器的初始化步骤 1、选择工作模式和工作方式。 设置TMOD。 2、设置定时器的计数初值。 设置THx和TLx。 3、中断设置：设置IE。 4、启动定时器。 设置TCON。 可以使用位操作指令。例如：SETB TRx,6.3.1
15、 定时器的初始化,二、定时器/计数器初值计算 根据定时器/计数器的模式和方式，计算计数初值（注意T2） 计数器的长度为n，则计数的最大值为2n 。 1、工作于定时方式 计数脉冲由内部的时钟提供，每个机器周期进行加1。 设晶振频率为fosc，则计数脉冲的频率为fosc/12，计数脉冲周期T=1/（fosc/12）。,6.3.1 定时器的初始化,如果进行定时时间为t，计数初值为X，则： t=（ 2n - X）12/fosc 2、工作于计数方式 当工作在计数方式时，对外部脉冲计数。利用计数器计数结束产生溢出的特性，来计算初值X 。则有： X= 2n -计数次数,6.3.2 定时器的应用举例,例6-3
16、 利用定时器T1的模式2对外部信号进行计数，要求每计满100次，将P1.0端取反。 分析：T1工作在计数方式。脉冲数100。 1、选择工作模式、计算初值 计数值 N=100256 选择模式2 模式字:TMOD=0110B=60H 初值：X= 28-100=156D=9CH,6.3.2 定时器的应用举例,3、汇编语言程序： MAIN: MOV SP,#0DFH ;设置堆栈指针 MOV TMOD,#60H ;T1模式2, 计数 MOV TL1,#9CH ;装入计数初值 MOV TH1, #9CH ;装入计数（重装）初值 MOV IE,#88H ;允许定时器中断 SETB TR1 ;启动定时器 SJMP $ ;等待中断 中断服务程序： ORG 001BH ;中断服务程序入口地址 CPL P1.0 ;对P1.0引脚信号取反RETI ;中断返回,6.3.2 定时器的应用举例,例6-4 某一应用系统需要对I
