定时计数器及其应用

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1、定时/计数器是单片机系统一个重要的部件，其工作方式灵活、编程简单、使用方便，可用来实现定时控制、延时、频率测量、脉宽测量、信号发生、信号检测等。此外，定时/计数器还可作为串行通信中波特率发生器。,80C51定时/计数器,在工业检测、控制中，很多场合都要用到计数或者定时功能。例如对外部脉冲进行计数、产生精确的定时时间、作串行口的波特率发声器等。MCS51单片机内部有两个可编程的定时器/计数器，以满足这方面的需要。它们具有 两种工作模数（计数器模式、 定时器模式）和四种工作方式（ 方式0、方式1、方式2、方式3），其控制字均在相应的特殊功能寄存器（SFR）中，通过对它的SFR的编程，可以方便的选择

2、工作模数和工作方式。,定时器/计数器： Timer/Counter 本质上都是加法计数器，当对固定周期的脉冲信号计数时是定时器，对脉冲长度不确定的信号计数时是计数器。 每接收到一个计数脉冲，加法计数器的值就加一，当计满时发生溢出，并从0开始继续计数。 加法计数器的计满溢出信号就是定时/计数器的输出，该信号使TCON的某位（TF0或TF1位）置一，作为定时器/计数器的溢出中断标志。,1定时/计数器的结构,6.1 定时器的结构及工作原理,定时器:对片内机器时钟(周期方波)进行计数 计数器:对Tx引脚输入的负脉冲进行计数,80C51单片机内部有两个定时/计数器T0和T1，其核心是计数器，基本功能是加

3、1。 对外部事件脉冲（下降沿）计数，是计数器；对片内机周脉冲计数，是定时器。 计数器由二个8位计数器组成。 定时时间和计数值可以编程设定，其方法是在计数器内设置一个初值，然后加1计满后溢出。调整计数器初值，可调整从初值到计满溢出的数值，即调整了定时时间和计数值。 定时/计数器作为计数器时，外部事件脉冲必须从规定的引脚输入。且外部脉冲的最高频率不能超过时钟频率的1/24。,2. 定时/计数器概述,定时器计数器的功能：定时和计数。 1计数功能 计数：对外部事件进行计数。 外部事件的发生以输入脉冲表示，因此计数功能的实质就是对外来脉冲进行计数。 计数输入端：T0（P3.4）和T1（P3.5）。 外部

4、输入的脉冲在负跳变时有效，进行计数器加1（加法计数）。,2定时功能 实现方法：通过计数器的计数实现。 与计数功能的不同之处：计数脉冲来自单片机的内部，即每个机器周期产生一个计数脉冲，也就是每个机器周期计数器加1。 一个机器周期=12个振荡周期， 故，计数频率为振荡频率的1/12。 若：单片机晶振6MHz，则计数频率为0.5MHz， 2微秒计数器加1.,定时器工作方式的特点： 当定时器设置了某种工作方式之后，定时器就会按设定的工作方式独立运行，不再占用CPU的操作时间，除非定时器计满溢出，才可能中断CPU当前操作。 因此， 定时器/计数器是一种可编程部件。 编程：在定时器/计数器开始工作之前，C

5、PU必须将一些命令（称为控制字）写入定时器/计数器，决定T0、T1的工作方式。,将控制字写入定时器/计数器的过程叫定时器/计数器的初始化。 初始化内容： 规定T0、T1的工作方式； 将工作方式控制字写入方式寄存器 规定T0、T1的工作状态； 将工作状态控制字写入控制寄存器 赋定时/计数初值。,TMOD用于设定定时/计数器的工作方式 低4位用于控制T0，高4位用于控制T1。,1. 工作方式控制寄存器TMOD, M1M0 工作方式选择位,6.2 定时器的控制, C/T 计数/定时方式选择位 C/T=1,计数工作方式,对外部事件脉冲计数,用作计数器。 C/T=0,定时工作方式,对片内机周脉冲计数,用

6、作定时器。 GATE 门控位 GATE=0，运行只受TCON中运行控制位TR0/TR1的控制。 GATE=1，运行同时受TR0/TR1和外中断输入信号的双重控制。 只有当INT0/INT1=1且TR0/TR1=1,T0/T1才能运行。 TMOD字节地址89H,不能位操作,设置TMOD须用字节操作指令。,设 定时器1为定时工作方式，要求由软件启动定时器1，按方式2工作。定时器0为计数方式，要求由软件启动定时器0，按方式1工作。 MOV TMOD，#25H。,TCON低4位与外中断 、 有关，已在中断中叙述。 高4位与定时/计数器T0、T1有关。 TF1:定时/计数器T1溢出标志。 TF0:定时/

7、计数器T0溢出标志。 TR1:定时/计数器T1运行控制位。TR1=1,T1运行;TR1=0,T1停。 TR0:定时/计数器T0运行控制位。TR0=1,T0运行;TR0=0,T0停。 TCON的字节地址为88H，每一位有位地址，均可位操作。,2. 控制寄存器TCON,6.3 定时器/计数器的四种工作方式 四种工作方式: 即方式0、方式1、方式2和方式3。 其中: 方式0、1和2下，T0和T1的工作方式相同， 方式3下，两个定时器的工作方式不同。 6.3.1 方式0 13位计数结构的工作方式。 图6-2是定时器/计数器0在工作方式0下的逻辑结构。 T1的结构和操作与T0完全相同。,计数脉冲输入,定

8、时器计数器共有四种工作方式,1. 方式013位方式,13位计数器,定时器,计数器,定时时间的计算公式为： T=（MT0初值）振荡周期 12（或TC=MT/T0 ） 其中：T定时器的定时时间，即设计任务要求的定时时间； M计数器的模值； T0定时器需要预置的初值。 若设初值T0=0，则定时器定时时间为最大。若设单片机系统主频为12MHz，则各种工作方式定时器的最大定时时间为： 工作方式0： Tmax=2131s=8.192ms 工作方式1： Tmax=2161s=65.536ms 工作方式2和3：Tmax=281s=0.256ms,当GATE0时， 若TR0=1，接通计数控制K，启动T0在原计数

9、值上加1计数，直至溢出。 若TR00，则关断控制开关，停止计数。 当GATE1，且TR01时， 或门、与门全部打开，外信号电平 通过引脚 直接开启或关断定时器计数。 输入1电平时，允许计数，否则停止计数。,由于定时器/计数器以加1方式计数， 当定时器/计数器用于计数工作方式时，假定要求的计数长度为N，则应装入定时器/计数器的初值 X213N。 在方式0下，计数的长度范围为18192。,当工作于定时状态时，由于定时器/计数器是计数内部的机器周期，每个机器周期包括12个振荡周期，若晶振频率为6MHz，则： 机器周期Tp12/晶振频率12/(6106)2us 若需要的定时时间: Tc， 则需要的机器

10、周期数NTc/Tp。 则应装入定时器/计数器的初值 X213N。 若晶振频率为6MHz，则当X8191时，具有最小的定时时间为2us； 当X0时，具有最大的定时时间为16384us。,其中: N与工作方式有关: 方式0时,N=13； 方式1时,N=16； 方式2、3时,N=8。 机周时间与主振频率有关:机周时间=12/fosc fosc=12MHZ时，1机周=1S； fosc=6MHZ 时，1机周=2S。,80C51定时/计数初值计算公式：,解：工作方式0： 213500S/2S=8192-250=7942=1F06H 1F06H化成二进制： 1F06H=0001 1111 0000 0110

11、B =000 11111000 00110 B 其中：低5位00110前添加3位000送入TL0 TL0=000 00110B=06H； 高8位11111000B送入TH0 TH0=11111000B=F8H。,【例】 已知晶振6MHz，要求定时0.5ms，试分别求出T0工作于方式0、方式1、方式2、方式3时的定时初值。, 工作方式1： T0初值 =216-500s/2s=65536250=65286=FF06H TH0=FFH；TL0=06H。, 工作方式2： T0初值 =28-500s/2s=256-250=6 TH0=06H；TL0=06H。, 工作方式3： T0方式3时，被拆成两个8位

12、定时器，定时初值可分别计算，计算方法同方式2。两个定时初值一个装入TL0，另一个装入TH0。因此： TH0=06H；TL0=06H。,从上例中看到，方式0时计算定时初值比较麻烦，根据公式计算出数值后，还要变换一下，容易出错，不如直接用方式1，且方式0计数范围比方式1小，方式0完全可以用方式1代替，方式0与方式1相比，无任何优点。,6.3.2 方式1 计数器由TH 8位和TL8位构成。 当定时器/计数器用于计数工作方式时，假定要求的计数长度为N，则应装入定时器/计数器的初值X216N。 在方式0下，计数的长度范围为165536。 当工作于定时状态时，若需要的定时时间为Tc，则需要的机器周期数NT

13、c/Tp（Tp机器周期），则应装入定时器/计数器的初值X216N。 若晶振频率为6MHz，则当X65535时，具有最小的定时时间为2us； 当N65536时，具有最大的定时时间为131072us131ms。,图6-3 T0（或T1）方式1结构16位计数器,例：设单片机晶振频率fosc6MHz，使用定时器1以方式1产生周期为500us的等宽正方波脉冲，并由P1.7输出。以中断方式完成。 （1）计算计数初值 设待求的计数初值为X，则： （216X）2us250us 得： X65411FFA1H， 则： TH1FFH，TL1A1H。 （2）TMOD寄存器初始化,M1M010， C/T 0， GATE

14、0 所以： TMOD10H,（3）程序清单： ORG 0000H AJMP MAIN ORG 001BH AJMP TIMER1 ORG 1000H MAIN： MOV TMOD，#10H ；设置T1工作方式1 MOV TH1， #0FFH ；设置计数初值 MOV TL1， #A1H ； SETB EA ；开中断,SETB ET1 ；定时器1允许中断 LOOP： SETB TR1 ；定时开始 HERE： SJMP $ ；等待中断 TIMER1：MOV TH1，#0FFH ；T1中断服务程序 ；重新设置计数初值 MOV TL1， #A1H ； CPL P1.7 RETI END ；程序结束,6.

15、3.3. 方式2 方式2具有自动重新加载功能，即自动加载计数初值。 在该工作方式下，把16位计数器分为两部分，即 以TL作计数器， 以TH作预置寄存器，初始化时把计数初值分别装入TL和TH中。 当计数溢出时，由预置寄存器TH以硬件方法自动给计数器TL重新加载，继续计数，循环重复。,当定时器/计数器用于计数工作方式时，假定要求的计数长度为N，则应装入定时器/计数器的初值X28N。 在方式0下，计数的长度范围为1256。 当工作于定时状态时，若需要的定时时间为Tc，则需要的机器周期数NTc/Tp，(Tp为机器周期)，则应装入定时器/计数器的初值X28N。 若晶振频率为6MHz，则当X255时，具有

16、最小的定时时间为2us；当X0时，具有最大的定时时间为512us。,图6-4 T0（或T1）方式2结构8位计数器,例：有一自动罐装药粒系统，每瓶罐装药粒100片，每满一瓶，累加器A加1操作，若满200瓶，向P1.0输出0，然后停止计数。要求用定时器1以工作方式2计数。 （1）计算计数初值 设待求的计数初值为X，则： （28X）100 得： X15638H， 则： TH138H，TL138H。 （2）TMOD寄存器初始化,M1M010， 1， GATE0 因此：TMOD60H （3）程序清单： ORG 1000H MOV TMOD，#60H ；设置T1工作方式 MOV TH1， #38H ；设置计数