1、1,第七章 单片机定时/计数器 原理和应用,2,定时/计数器的应用 1计数功能： 生产线上产品计数。每个产品通过得到一个脉冲信号，计数器记录脉冲个数，当计数值与设定值相等，启动包装机器。 检测转速。电机转动一圈发出一个脉冲，计数器记录一秒时间内脉冲个数，显示转速。,2定时功能： 用于实时控制，定时采样、定时启动等。当前时间与设定时间值相等，执行规定操作。,3,定时/计数的方法,实现定时功能，比较方便的办法是利用单片机内部的定时/计数器。也可以采用下面三种方法：,软件定时：软件定时不占用硬件资源，但占用了CPU时间，降低了CPU的利用率。 时基电路定时：例如采用555电路，外接必要的元器件（电阻
2、和电容），即可构成硬件定时电路。但在硬件连接好以后，定时值与定时范围不能由软件进行控制和修改，即不可编程。 可编程芯片定时：这种定时芯片的定时值及定时范围很容易用软件来确定和修改，此种芯片定时功能强，使用灵活。在单片机的定时/计数器不够用时，可以考虑进行扩展。,4,7.1 定时/计数器的结构和工作原理,一、定时/计数器的结构 定时/计数器的实质是加1计数器（16位），由高8位和低8位两个寄存器组成。TMOD是定时/计数器的工作方式寄存器，确定工作方式和功能；TCON是控制寄存器，控制T0、T1的启动和停止及设置溢出标志。,5,单片机工作的时间概念,振荡周期: 也称时钟周期, 是指为单片机提供时
3、钟脉冲信号的振荡源的周期。 机器周期: 一个机器周期包含 6 个状态周期S1S6, 也就是 12 个时钟周期。 在一个机器周期内, CPU可以完成一个独立的操作。 定时概念 定时源、初始值、计数方向。 容量、溢出。,6,二、定时/计数器的工作原理,加1计数器输入的计数脉冲有两个来源,一个是由系统的时钟振荡器输出脉冲经12分频后送来；一个是T0或T1引脚输入的外部脉冲源。每来一个脉冲计数器加1，当加到计数器为全1时，再输入一个脉冲就使计数器回零，且计数器的溢出使TCON中TF0或TF1置1，向CPU发出中断请求。如果定时/计数器工作于定时模式，则表示设定时间到；如果工作于计数模式，则表示计数值已
4、满。可见，由溢出时计数器的值减去计数初值才是加1计数器的计数值。,7,设置为定时器模式时，加1计数器是对内部机器周期计数（1个机器周期等于12个振荡周期，即计数频率为晶振频率的1/12）。计数值N乘以机器周期T就是定时时间t ，t = NT。,设置为计数器模式时，外部脉冲由T0或T1引脚输入到计数器。在每个机器周期的S5P2期间采样T0、T1引脚电平。当某周期采样到高电平输入，而下一周期又采样到低电平时，则计数器加1，更新的计数值在下一个机器周期的S3P1期间装入计数器。由于检测一个从1到0的下降沿需要2个机器周期，因此要求被采样的电平至少要维持一个机器周期。当晶振频率为12MHz时，最高计数
5、频率不超过1/2MHz，即计数脉冲的周期要大于2 s。,8,7.2 定时/计数器的控制,80C51单片机定时/计数器的工作由两个特殊功能寄存器控制。TMOD用于设置其工作方式；TCON用于控制其启动和中断申请。 一、工作方式寄存器TMOD工作方式寄存器TMOD用于设置定时/计数器的工作方式，低四位用于T0，高四位用于T1。每位意义,9,GATE：门控位。GATE0时，用软件启动定时/计数器工作（使TCON中的TR0或TR1为1）；GATA1时，由软件和硬件联合启动定时/计数器工作（外部中断引脚为高电平）。可据此测量脉宽。: 定时/计数模式选择位。为0时选择定时模式；为1时选择计数模式。 M1M
6、0：工作方式设置位。定时/计数器有四种工作方式。,10,T1停止，也可工作，具体见后,11,二、控制寄存器TCONTCON的低4位用于控制外部中断。TCON的高4位用于控制定时/计数器的启动和中断申请。,TF1（TCON.7）：T1溢出中断请求标志位。T1计数溢出时由硬件自动置TF1为1。CPU响应中断后TF1由硬件自动清0。T1工作时，CPU可随时查询TF1的状态。TF1也可以用软件置1或清0，同硬件置1或清0的效果一样。 TR1（TCON.6）：T1运行控制位。TR1置1时，T1开始工作；TR1置0时，T1停止工作。还需考虑GATE的功能。 TF0（TCON.5）：T0溢出中断请求标志位，
7、其功能与TF1类同。 TR0（TCON.4）：T0运行控制位，其功能与TR1类同。,12,三、计数寄存器TH、TL,定时/计数器的寄存器，高字节TH，低字节TL。计数的初始值保存其中。,13,7.3 定时/计数器的工作方式 一、方式0（已不使用）方式0为13位计数，由TL0的低5位（高3位未用）和TH0的8位组成。TL0的低5位溢出时向TH0进位，TH0溢出时，置位TCON中的TF0标志，向CPU发出中断请求。,14,二、方式1（常用） 方式1的计数位数是16位，由TL0作为低8位、TH0作为高8位，组成了16位加1计数器 。计数个数与计数初值的关系为：,定时器的初值还可以采用计数个数直接取补
8、法获得。如：MOV TH0，#high（5000）TH0=（5000） 8；,15,三、方式2 方式2为自动重装初值的8位计数方式。,工作方式2特别适合精确的时间控制，信号发生器；串口通信。,计数个数与计数初值的关系为：,16,四、方式3（T0对T1有影响） 方式3只适用于定时/计数器T0，T1处于方式3时相当于TR1=0，停止计数；但仍可选其它方式工作/串口。,T0在方式3时分为两个独立的8位计数器TL0和TH0，TL0正常工作，TH0只能定时，借用TR1和TF1。,17,五、80C52具有定时器/计数器T2,T2的控制寄存器为T2CON和T2MOD,18,7.4 定时/计数器用于外部中断扩
9、展 利用计数器方式，计数初值设定为满程，将待扩展的外部中断源接到外部计数引脚。当该引脚输入一个下降沿信号时，计数器便加1，并产生溢出中断。,外部信号,加1计数溢出中断,19,例，利用T0扩展一个外部中断源。设置T0为方式2工作，TH0、TL0的初值均为0FFH，允许中断。其初始化程序如下：TMOD=0x06 ; 0000 0110置T0为计数器方式2TL0=0x0FF ; 计数初值为满程TH0=0x0FFTR0=1 ；启动T0工作ET0=1 ；允许T0中断 EA =1 ；CPU开中断,20,7.5 定时/计数器应用 初始化程序需完成如下准备： 1 确定T0和T1的工作方式，对TMOD赋值。 2
10、 计算初值,并将其写入TH0、TL0或TH1、TL1。 X=2n-N=2n-t/T=2n-tf 3 使TR0或TR1置位，启动定时/计数器定时或计数。 中断方式时，则对IE赋值，开放中断。 注意：T0和T1对号入座。,21,应用,结合I/O口产生脉冲波形； 测量外接信号的频率和（正）脉宽； 延时； 串行通信等。,22,单片机定时/计数器 的应用实例,23,基础知识 初始化步骤： 1 确定T0和T1的工作方式，对TMOD赋值。 2 计算初值,并写入TH0、TL0或TH1、TL1。 X=2n-N=2n-t/T=2n-tf 简便方法：取补数：MOV TH0，#high（5000）TH0=（5000）
11、 8； 3 使TR0或TR1置位，启动定时/计数器工作。 中断方式时，需对IE赋值，开放中断。并有中断服务程序。,24,应用举例,结合I/O口产生方波，结合D/A产生任意脉冲波形；测量外接信号的频率和正脉宽；延时；串行通信等。一. 产生方波，可采用中断和查询方式（清除TF ）。重点选择定时方式1和2（包括软件扩展）。提示：忽略方式0的例子。,25,产生方波信号实例,例，从P1.0管脚上输出脉冲波形，高电平持续时间为5ms，低电平持续时间为12ms（设单片机的时钟晶体为12MHz）。 算法：循环结构，先定时5ms，P1.0脚输出高电平；5ms定时到后，从P1.0脚上输出低电平，再定时12ms，1
12、2ms定时到后，又回到5ms的定时循环工作。查询方式必须清除标志。 初值：N5=5000/1=5000，N12=12000/1=12000。,26,查询源程序,ORG 0000HCALL T0init ;调用T0初始化子函数 LOOP: SETB P1.0 ;输出高电平MOV TH0 , #high(-5000) ;T0送定时5ms初值MOV TL0 , #low(-5000)JNB TF0 ,$ ;等5ms的定时到CLR TF0 ;时间到清TF0标志位CLR P1.0 ;将P1.0置为低电平MOV TH0 , #high(-12000) ;送定时12ms初值MOV TL0 , #low(-1
13、2000)JNB TF0 ,$ ;等待12ms的定时到CLR TF0 ;时间到清TF0标志位AJMP LOOP T0init: MOV TMOD , #01H ;T0 方式1 定时SETB TR0 ;启动T0工作RETEND,开始,送高电平,定时5ms,时间到,清标志,送低电平,定时12ms,Y,N,时间到,清标志,Y,N,定时初始化,27,C51查询源程序,#include void T0init (void) P1_0=1; TMOD=0x01; / T0 方式1 定时TH0=0xec; /给定时器T0送5ms初值TL0=0x78; TR0=1; /启动T0工作 void main (vo
14、id) T0init(); /调用T0初始化子函数while(1)while(TF0=0); /等5ms的定时到TF0=0; P1_0=0; TR0=0;TH0=0xd1; TL0=0x20; TR0=1;while(TF0=0); /等12ms的定时到TF0=0; P1_0=1; TR0=0;TH0=0xec; TL0=0x78; TR0=1; ,28,中断源程序,ORG 0000HAJMP MAINORG 001BHAJMP T1PRG MAIN: MOV R0,#1 ;R0=0定时5ms R0=1定时12ms T1init: SETB P1.0 ;P1.0位置高MOV TMOD , #1
15、0H ;T1 方式1 定时MOV TH1 , #0ECH ;给定时器T1送5ms初值MOV TL1 , #78HSETB ET1 ;允许T1中断SETB EA ;开中断SETB TR1 ;启动T1工作SJMP $ ;等待中断 T1PRG:CJNE R0,#0,LP1SETB P1.0 ;R=0将P1.0置高MOV TH1, #0ECH ;T1送定时5ms初值MOV TL1 , #78HMOV R0,#1 ;下一次中断定时12msAJMP LP2 LP1: CLR P1.0 ;R=1将P1.0置为低电平MOV TH1 , #0D1H ;T1送定时12ms初值MOV TL1 , #20HMOV R
16、0,#0 ;下一次中断定时5ms LP2: RETIEND,修改定时值,中断开始,返回,主开始,5ms定时,保存定时值,等待,送高电平,定时5ms,N,Y,送高电平,定时5ms,29,C51中断源程序,#include bit i=0; /位变量i=0定时5ms i=1定时12ms void main (void) TMOD=0x10; / T1 方式1 定时TH1=0xec; /给定时器T1送5ms初值TL1=0x78; P1_0=1;ET1=1; /允许T1中断EA=1; /开中断TR1=1; /启动T1工作while(1); /等待定时中断 void T1PRG(void) interr
17、upt 3 i=i; /位变量取反if (i) P1_0=0; /产生12ms低电平TH1=0xd1; /i=1送定时12ms的初值TL1=0x20; else P1_0=1; /产生5ms高电平TH1=0xec; / i=0送定时5ms的初值TL1=0x78; ,30,二. 测量频率（速率）,例，外部信号接到T1（P3.5）管脚，测量其速率，结果保存在30H和31H单元（低高字节）。已知：单片机系统时钟为6MHz，被测信号速率在500-65536/分钟范围内。 分析：T0用于定时，产生120ms，测量T1的计数结果，扩大500倍得到每分钟的转速。循环结构。 初值：N120=120ms/2us
18、=60000（教材P166的-6000错误）,31,源程序,ORG 0000HMOV TMOD , #51H ;T0 模式1定时,T1模式1计数 start:MOV TL0 , #low(-60000) ;送定时120ms的初值MOV TH0 , #high(-60000)MOV TH1,#0 ;T1的计数器清0MOV TL1,#0SETB TR0 ;启动T0定时SETB TR1 ;启动T1计数JNB TF0 ,$ ;等待T0 120ms的定时到CLR TF0 ;清除TF0标志位CLR TR0 ;停止T0定时CLR TR1 ;停止T1计数MOV 30H,TL1 ;将低8位放入30H中MOV 3
19、1H,TH1 ;将高8位放入31H中AJMP startEND,开始,设置定时和计数方式,时间到,清标志,停止计数,Y,N,T1计数清0,T0定时120ms,启动定时,计数,保存计数结果,32,C51源程序,#include void init (void) TMOD=0x51; /T0 方式1定时，T1 模式1计数TL0=-60000; TH0=(-60000) 8;TL1=0; TH1=0; TR0=1; TR1=1; void main (void) unsigned char x, y;init(); /调用初始化子函数while(1) while(TF0=0); /等待T0 120m
20、s的定时到TF0=0; /清除TF0标志位TR0=0; /停止T0定时TR1=0; /停止T1计数x=TH1; /将高8位放入x中y=TL1; /将低8位放入y中TL0=-60000;TH0=(-60000) 8;TL1=0; /T1的计数器清0TH1=0;TR0=1; /启动T0工作TR1=1; /启动T1工作 ,33,三. 测量正脉冲宽度,例，脉冲信号接在单片机的INT0（P3.2）引脚，测其正脉冲宽度，结果以机器周期数的形式存放在单片机RAM中的30H（低8位）和31H（高8位）两个单元中。单片机系统时钟为12MHz。 分析：被测信号作为T0的门控信号，T0设置为定时器，初值为0。在IN
21、T0为低时取结果并准备下次测量。,取数准备 计数 取数准备,34,源程序,ORG 0000HMOV TMOD, #09h ;T0方式1定时 GATE=1MOV TH0 , #0 ;给定时器T0送初值MOV TL0 , #0JB P3.2 ,$ ;将检测到的第一个高电平放弃 Loop: SETB TR0 ;启动T0工作JNB P3.2 , $ ;等待下一个高电平来JB P3.2 ,$ ;等待高电平结束CLR TR0 ;停止T0计数MOV 30H,TL0 ;将计数值的低8位放入30H中MOV 31H,TH0 ;计数值的高8位放入31H中MOV TH0 , #0 ;给定时器T0送初值MOV TL0
22、, #0AJMP LOOPEND,开始,设置门控定时方式,定时清0,等待低电平,定时清0,启动定时,保存定时结果,等待高,低电平,停止定时,35,C51源程序,#include void main (void) TMOD=0x09; /T0模式1内部时钟GATE1TH0 =0; /给定时器T0送初值TL0=0;while(P3_2 =1); /将检测到的第一个高电平放弃while(1) TR0=1; /启动T0工作while(P3_2 =0); /等待下一个高电平来while(P3_2 =1); /等待高电平结束TR0=0; /高电平结束，立即停止T0计数y=TL0; /将计数值的低8位放入y
23、中x=TH0; /将计数值的高8位放入x中TH0=0; /给定时器T0送初值TL0=0; ,36,四. 长时间精确定时方法,例，在P3.1管脚输出100ms周期的脉冲信号。单片机系统时钟为12MHz。 分析：选择方式2，机器周期为1us，一个定时器的最长定时时间为256us。可用硬件定时250us结合软件计数200次的方法扩展设定时间为50ms。,37,源程序,ORG 0000HMOV TMOD, #02h ;T0方式2定时MOV TH0 , #-250 ;给定时器T0送初值MOV TL0 , #-250SETB TR0 ;启动T0工作SETB P3.1 Loop: MOV R7, #200
24、L5: JNB TF0 , $ ;等待定时到CLR TF0 ;清标志DJNZ R7, L5 ;重新定时CPL P3.1 ;输出电平变换AJMP LoopEND,开始,设置定时方式,设置定时次数,送高电平,启动定时,电平变换,等待,等定时数,定时250us,38,获得两个不同的精确长时间,例，基本条件同前例，要求脉冲信号的高电平宽度为600us，低电平为1ms。 分析：选择方式2，结合软件计数，定时设为200us。1如果用查询方式则分别计数3次和5次； 2如用中断方式，可以设置标记，中断后交替计数3次和5次； 3中断方式连续计数：计数到3时改为低电平，到8时回到高电平，从0开始计数。,39,源程
25、序,ORG 0000HJMP MAINORG 0BHJMP T0SV MAIN: CALL INITSETB P3.1MOV R7, #0JMP $ INIT: MOV TMOD, #02HMOV TH0 , #-200MOV TL0 , #-200SETB TR0MOV IE, #82HRET T0SV: INC R7CJNE R7, #3, C8CLR P3.1JMP OVR C8: CJNE R7, #8, OVRSETB P3.1MOV R7, #0 OVR: RETIEND,加1计数,中断开始,返回,主开始,3次,计数清0,等待,送低电平,N,Y,中断、定时初始化,8次,送高电平, 清0,N,Y,40,复习与作业,应用、编程 1、6（不用T2）、7、10。,
