ATS單片機的定時器計數(shù)器教學

會計學1ATS單片機的定時器計數(shù)器PPT教學課件TMOD用于選擇定時器/計數(shù)器T0、T1的工作模式和工作方式。TCON用于控制T0、T1的啟動和停止，同時包含T0、T1狀態(tài)。計數(shù)器起始計數(shù)從初值開始。單片機復位時計數(shù)器初值為0。7.1.1工作方式控制寄存器TMOD

圖7-2

寄存器TMOD格式第1頁/共60頁（1）GATE—門控位GATE=0，是否計數(shù)，由控制位TRx（x

=

0，1）來控制。GATE=1，是否計數(shù)，由外中斷引腳INTx*上的電平與運行控制位TRx共同控制。3第2頁/共60頁

（2）M1、M0—工作方式選擇位M1、M04種編碼，對應于4種工作方式的選擇，見表7-1。表7-1 M1、M0工作方式選擇4第3頁/共60頁

（3）C/T*—計數(shù)器模式和定時器模式選擇位C/T*=0，定時器模式，對系統(tǒng)時鐘12分頻的脈沖進行計數(shù)。C/T*=1，計數(shù)器模式，計數(shù)器對外部輸入引腳T0（P3.4）或T1（P3.5）的外部脈沖（負跳變）計數(shù)。7.1.2定時器/計數(shù)器控制寄存器TCON

TCON控制T0、T1的啟動和停止，同時包含T0、T1狀態(tài)。

5圖7-3TCON格式第4頁/共60頁這里僅介紹高4位功能。（1）TF1、TF0—計數(shù)溢出標志位

當計數(shù)器計數(shù)溢出時，該位置“1”。使用查詢方式時，此位可供CPU查詢，但應注意查詢后，用軟件及時將該位清“0”。使用中斷方式時，作為中斷請求標志位，進入中斷服務程序后由硬件自動清“0”。（2）TR1、TR0—計數(shù)運行控制位TR1位（或TR0）=1，啟動計數(shù)器計數(shù)的必要條件。TR1位（或TR0）=0，停止計數(shù)器計數(shù)。該位可由軟件置“1”或清“0”。7.2定時器/計數(shù)器的4種工作方式4種工作方式，分別介紹如下。6第5頁/共60頁7圖7-5

方式1的邏輯結(jié)構(gòu)框圖方式1和方式0差別僅僅在于計數(shù)器的位數(shù)不同7.2.2方式1當M1、M0=01時，工作于方式1，等效電路邏輯結(jié)構(gòu)見圖7-5。7.2.1方式0第6頁/共60頁7.2.3方式2

方式0和方式1最大特點是計數(shù)溢出后，計數(shù)器為全0。因此在循環(huán)定時或循環(huán)計數(shù)應用時就存在用指令反復裝入計數(shù)初值的問題，這會影響定時精度，方式2就是為解決此問題而設置的。

當M1、M0=10時，工作方式2，等效邏輯結(jié)構(gòu)見圖7-6（以T1為例，x=1）。

工作方式2為自動恢復初值（初值自動裝入）的8位定時器/計數(shù)器，TLx（x=0，1）作為常數(shù)緩沖器，當TLx計數(shù)溢出時，在溢出標志TFx置“1”的同時，還自動將THx中的初值送至TLx，使TLx從初值開始重新計數(shù)。定時器/計數(shù)器方式2工作過程見圖7-7。8第7頁/共60頁9圖7-6

方式2邏輯結(jié)構(gòu)框圖第8頁/共60頁10圖7-7方式2工作過程方式2可省去用戶軟件中重裝初值的指令執(zhí)行時間，簡化定時初值的計算方法，可相當精確地定時。第9頁/共60頁7.2.4方式3

方式3是為增加一個附加的8位定時器/計數(shù)器而設置的，從而使AT89S51具有3個定時器/計數(shù)器。方式3只適用于T0，T1不能工作在方式3。T1方式3時相當于TR1

=

0，停止計數(shù)（此時T1可作為串口波特率產(chǎn)生器）。1．工作方式3下的T0

當TMOD的低2位為11時，T0被選為方式3，各引腳與T0的邏輯關(guān)系見圖7-8。T0分為兩個獨立的8位計數(shù)器TL0和TH0，TL0使用T0的狀態(tài)控制位C/T*、GATE、TR0，而TH0被固定為一個8位定時器（不能作為外部計數(shù)模式），并使用定時器T1的狀態(tài)控制位TR1，同時占用定時器T1的中斷請求源TF1。11第10頁/共60頁

圖7-8T0方式3的邏輯結(jié)構(gòu)框圖第11頁/共60頁2．T0工作在方式3時T1的各種工作方式

一般情況下，當T1用作串口波特率發(fā)生器時，T0才工作在方式3。T0方式3時，T1可為方式0、1、2，作為串口波特率發(fā)生器，或不需要中斷的場合。（1）T1工作在方式0

（2）T1工作在方式1

當T1的控制字中M1、M0

=

01時，T1工作在方式1，工作示意見圖7-10。13第12頁/共60頁（3）T1工作在方式2

當T1控制字中M1、M0

=

10時，T1為方式2，工作示意如圖7-11所示。14圖7-10T0方式3時T1為方式1工作示意圖

圖7-11T0方式3時T1為方式2工作示意圖第13頁/共60頁（4）T1設置在方式3T0方式3時，再把T1也設置成方式3，此時T1停止計數(shù)。7.3對外部輸入的計數(shù)信號的要求

計數(shù)器模式時，計數(shù)脈沖來自外部輸入引腳T0或T1。當輸入信號產(chǎn)生負跳變時，計數(shù)值增1。每個機器周期S5P2期間，都對外部輸入引腳T0或T1進行采樣。如在第1個機器周期中采得值為1，而在下一個機器周期中采得的值為0，則在緊跟著的再下一個機器周期S3P1期間，計數(shù)器加1。由于確認一次負跳變要花2個機器周期，即24個振蕩周期，因此外部輸入的計數(shù)脈沖的最高頻率為系統(tǒng)振蕩器頻率1/24。

15第14頁/共60頁

如選用6MHz晶體，允許輸入脈沖頻率最高為250kHz。如選用12MHz頻率晶體，則可輸入最高頻率500kHz外部脈沖。對外輸入信號占空比沒有限制，但為確保某一給定電平在變化前能被采樣1次，則該電平至少保持1個機器周期。故對外部輸入信號要求見圖7-12，圖中Tcy為機器周期。圖7-12對外部計數(shù)輸入信號的要求第15頁/共60頁177.4定時器/計數(shù)器的編程和應用

4種工作方式中，方式0與方式1基本相同，只是計數(shù)位數(shù)不同。方式0為13位，方式1為16位。由于方式0是為兼容MCS-48而設，計數(shù)初值計算復雜，所以在實際應用中，一般不用方式0，常采用方式1。7.4.1P1口控制8只LED每0.5s閃亮一次

【例7-1】在AT89S51的P1口上接有8只LED，原理電路見圖7-13。采用T0方式1的定時中斷方式，使P1口外接的8只LED每0.5s閃亮一次。第16頁/共60頁18圖7-13方式1定時中斷控制LED閃亮第17頁/共60頁（1）設置TMOD寄存器（2）計算定時器T0的計數(shù)初值（3）設置IE寄存器（4）啟動和停止定時器T0

19第18頁/共60頁#include<reg51.h>chari=100;voidmain(){ TMOD=0x01; //定時器T0為方式1 TH0=0xee; //設置定時器初值 TL0=0x00;P1=0x00; //P1口8個LED點亮 EA=1; //開總中斷 ET0=1; //開定時器T0中斷 TR0=1; //啟動定時器T0 while(1); //循環(huán)等待 { ; }}20第19頁/共60頁

voidtimer0()interrupt1 //T0中斷程序{ TH0=0xee; //重新賦初值 TL0=0x00;i--; //循環(huán)次數(shù)減一 if(i<=0) { P1=~P1; //P1口按位取反 i=100; //重置循環(huán)次數(shù) }}第20頁/共60頁7.4.2計數(shù)器的應用【例7-2】如圖7-14，T1的采用計數(shù)模式，方式1中斷，計數(shù)輸入引腳T1（P3.5）上外接按鈕開關(guān)，作為計數(shù)信號輸入。按4次按鈕開關(guān)后，P1口的8只LED閃爍不停。（1）設置TMOD寄存器（2）計算定時器T1的計數(shù)初值（3）設置IE寄存器（4）啟動和停止定時器T1。22第21頁/共60頁圖7-14

由外部計數(shù)輸入信號控制LED的閃爍第22頁/共60頁#include<reg51.h>voidDelay(unsignedinti)//定義延時函數(shù)Delay()，i是形式參數(shù)，不能賦初值{ unsignedintj; for(;i>0;i--) //變量i由實際參數(shù)傳入一個值 //因此i不能賦初值 for(j=0;j<125;j++) {;} //空函數(shù)}第23頁/共60頁voidmain() //主函數(shù){ TMOD=0x50; //設置定時器T1為方式1計數(shù) TH1=0xff; //向TH1寫入初值的高8位 TL1=0xfc; //向TL1寫入初值的低8位 EA=1; //總中斷允許ET1=1; //定時器T1中斷允許

TR1=1; //啟動定時器T1 while(1); //無窮循環(huán)，等待計數(shù)中斷}25第24頁/共60頁26

voidT1_int(void)interrupt3 //T1中斷函數(shù){ for(;;) //無限循環(huán) { P1=0xff; //8位LED全滅 Delay(500); //延時500ms P1=0; //8位LED全亮 Delay(500); //延時500ms } }第25頁/共60頁277.4.3控制P1.0產(chǎn)生周期為2ms的方波

【例7-3】假設系統(tǒng)時鐘為12MHz，設計電路并編寫程序?qū)崿F(xiàn)從P1.0引腳上輸出一個周期為2ms的方波，見圖7-15。

要在P1.0上產(chǎn)生周期為2ms的方波，定時器應產(chǎn)生1ms的定時中斷，定時時間到則在中斷服務程序中對P1.0求反。使用定時器T0，方式1定時中斷，GATE不起作用。

第26頁/共60頁圖7-15

定時器控制P1.0輸出一個周期2ms方波第27頁/共60頁29圖7-16

定時器控制P1.0輸出周期2ms的方波的原理電路第28頁/共60頁30#include<reg51.h> //頭文件reg51.hsbitP1_0=P1^0; //定義特殊功能寄存器P1的位變量P1_0voidmain(void) //主程序{ TMOD=0x01; //設置T0為方式1 TR0=1; //接通T0 while(1) //無限循環(huán) {TH0=0xfc; //置T0高8位初值 TL0=0x18; //置T0低8位初值 do{}while(!TF0); //判TF0是否為1，為1則T0溢出，往下 //執(zhí)行，否則原地循環(huán) P1_0=!P1_0; //P1.0狀態(tài)求反 TF0=0; //TF0標志清零 }}第29頁/共60頁31

仿真時，右鍵單擊虛擬數(shù)字示波器，出現(xiàn)下拉菜單，點擊“Digitaloscilloscope”選項，就會在數(shù)字示波器上顯示P1.0引腳輸出周期為2ms方波，如圖7-17所示。第30頁/共60頁32圖7-17虛擬數(shù)字示波器顯示的2ms的方波波形第31頁/共60頁7.4.4利用T1控制發(fā)出1kHz的音頻信號

【例7-4】利用T1的中斷控制P1.7引腳輸出頻率為1kHz方波音頻信號，驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲。系統(tǒng)時鐘為12MHz。方波音頻信號周期1ms，因此T1的定時中斷時間為0.5ms，進入中斷服務程序后，對P1.7求反。電路見圖7-18。

先計算T1初值，系統(tǒng)時鐘為12MHz，則方波周期為1μs。1kHz音頻信號周期為1ms，要定時計數(shù)的脈沖數(shù)為a。則T1初值：

TH1=(65

536

?a)

/256； TL1=(65

536

?a)

%25633第32頁/共60頁34圖7-18控制蜂鳴器發(fā)出1kHz的音頻信號第33頁/共60頁參考程序如下：#include<reg51.h> //包含頭文件sbitsound=P1^7; //將sound位定義為P1.7腳#definef1(a)(65536-a)/256 //定義裝入定時器高8位時間常數(shù)#definef2(a)(65536-a)%256 //定義裝入定時器低8位時間常數(shù)unsignedinti=500;unsignedintj=0;voidmain(void){ EA=1; //開總中斷.ET1=1; //允許定時器T1中斷. TMOD=0x10; //TMOD=0001000B，使用T1的方式1定時TH1=f1(i); //給定時器T1高8位賦初值. TL1=f2(i); //給定時器T1低8位賦初值. TR1=1; //啟動定時器T1 while(1)第34頁/共60頁36{ //循環(huán)等待 i=460; while(j<2000); j=0; i=360; while(j<2000); j=0;}}voidT1(void)interrupt3using0 //定時器T1中斷函數(shù){ TR1=0; //關(guān)閉定時器T1 sound=~sound; //P1.7輸出求反 TH1=f1(i); //定時器T1的高8位重新賦初值. TL1=f2(i); //定時器T1的低8位重新賦初值.第35頁/共60頁37 j++; TR1=1; //啟動定時器T1}7.4.5LED數(shù)碼管秒表的制作

【例7-5】用2位數(shù)碼管顯示計時時間，最小計時單位為“百毫秒”，計時范圍0.1～9.9s。當?shù)?次按一下計時功能鍵時，秒表開始計時并顯示；第2次按一下計時功能鍵時，停止計時，將計時的時間值送到數(shù)碼管顯示；如果計時到9.9s，將重新開始從0計時；第3次按一下計時功能鍵，秒表清0。再次按一下計時功能鍵，則重復上述計時過程。

本秒表應用定時器模式，計時范圍0.1～9.9s。此外還涉及如何編寫控制LED數(shù)碼管顯示的程序。

本例原理電路見圖7-19。第36頁/共60頁38圖7-19LED數(shù)碼管顯示的秒表原理電路及仿真第37頁/共60頁39參考程序如下：#include<reg51.h> //包含51單片機寄存器定義的頭文件unsignedcharcodediscode1[]={0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef}; //數(shù)碼管顯示0～9的段碼表,帶小數(shù)點unsignedcharcodediscode2[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}; //數(shù)碼管顯示0～9的段碼表，不帶小數(shù)點unsignedchartimer=0; //記錄中斷次數(shù)unsignedcharsecond; //儲存秒unsignedcharkey=0; //記錄按鍵次數(shù)main() //主函數(shù){ TMOD=0x01; //定時器T0方式1定時

ET0=1; //允許定時器T0中斷第38頁/共60頁40EA=1; //總中斷允許second=0; //設初始值P0=discode1[second/10]; //顯示秒位0P2=discode2[second%10]; //顯示0.1s位0while(1) //循環(huán){ if((P3&0x80)==0x00) //當按鍵被按下時 { key++; //按鍵次數(shù)加1 switch(key) //根據(jù)按鍵次數(shù)分三種情況 { case1: //第一次按下為啟動秒表計時 TH0=0xee; //向TH0寫入初值的 //高8位第39頁/共60頁41 TL0=0x00; //向TL0寫入初值的低8位，定時5ms TR0=1; //啟動定時器T0 break; case2: //按下兩次暫定秒表 TR0=0; //關(guān)閉定時器T0 break; case3: //按下3次秒表清0 key=0; //按鍵次數(shù)清 second=0; //秒表清0 P0=discode1[second/10]; //顯示秒位0 P2=discode2[second%10]; //顯示0.1s位0 break;}while((P3&0x80)==0x00); //如果按鍵時間過長在此循環(huán)}第40頁/共60頁 }}voidint_T0()interrupt1using0 //定時器T0中斷函數(shù){ TR0=0; //停止計時，執(zhí)行以下操作（會帶來計時誤差） TH0=0xee; //向TH0寫入初值的高8位 TL0=0x00; //向TL0寫入初值的低8位，定時5ms timer++; //記錄中斷次數(shù) if(timer==20) //中斷20次，共計時20*5ms=100ms=0.1s { timer=0; //中斷次數(shù)清0 second++; //加0.1s P0=discode1[second/10];//根據(jù)計時，即時顯示秒位 P2=discode2[second%10];//根據(jù)計時，即時顯示0.1s位 }42第41頁/共60頁43if(second==99) //當計時到9.9s時{ TR0=0; //停止計時 second=0; //秒數(shù)清0 key=2; //按鍵數(shù)置2，當再次按下按鍵時，

//key++,即key=3，秒表清0復原

}else //計時不到9.9s時{ TR0=1; //啟動定時器繼續(xù)計時}}第42頁/共60頁7.4.6測量脈沖寬度——門控位GATEx的應用

介紹門控位GATE應用。利用GATE測量INT1*腳上正脈沖寬度。

【例7-6】門控位GATE1可使T1啟動計數(shù)受INT1*控制，當GATE1=1,TR1=1時,只有INT1*引腳輸入高電平時,T1才被允許計數(shù)。利用該功能，可測量INT1*腳正脈沖寬度，方法見圖7-20。

原理電路見圖7-21，圖中省略復位電路和時鐘電路。利用門控位GATE1來測量INT1*腳上正脈沖寬度,并在6位數(shù)碼管上以機器周期數(shù)顯示。對被測量脈沖信號寬度,要求能通過旋轉(zhuǎn)信號源旋鈕可調(diào)。44第43頁/共60頁圖7-20利用GATE位測量正脈沖的寬度第44頁/共60頁46圖7-21利用GATE位測量

引腳上正脈沖的寬度的原理電路第45頁/共60頁參考程序如下：#include<reg51.h>#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharsbitP3_3=P3^3; //位變量定義ucharcount_high; //定義計數(shù)變量，用來讀取TH0ucharcount_low; //定義計數(shù)變量，用來讀取TL0uintnum;ucharshiwan,wan,qian,bai,shi,ge;ucharflag;ucharcodetable[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};//共陰極數(shù)碼管段碼表voiddelay(uintz) //延時函數(shù)47第46頁/共60頁{ uintx,y; for(x=z;x>0;x--) for(y=110;y>0;y--);}voiddisplay(uinta,uintb,uintc,uintd,uinte,uintf) //數(shù)碼管顯示函數(shù){ P2=0xfe; P0=table[f]; delay(2); P2=0xfd; P0=table[e]; delay(2); P2=0xfb; P0=table[d];48第47頁/共60頁 delay(2); P2=0xf7; P0=table[c]; delay(2); P2=0xef; P0=table[b]; delay(2); P2=0xdf; P0=table[a]; delay(2);}voidread_count() //讀取計數(shù)寄存器的內(nèi)容49第48頁/共60頁50{ do { count_high=TH1; //讀高字節(jié) count_low=TL1; //讀低字節(jié) }while(count_high!=TH1); num=count_high*256+count_low;/*可將兩字節(jié)的機器周期數(shù)進行

顯示處理*/ }voidmain(){ while(1) { flag=0; TMOD=0x90; //設置定時器T1為方式1定時第49頁/共60頁TH1=0; //向定時器T1寫入計數(shù)初值TL1=0;while(P3_3==1); //等待INT1*變低TR1=1; //如果INT1*為低，啟動T1（未真正開始計數(shù)）while(P3_3==0); //等待INT1*變高，變高后T1真正開始計數(shù)while(P3_3==1); //等待INT1*變低，變低后T1停止計數(shù)TR1=0;read_count(); //讀計數(shù)寄存器內(nèi)容的函數(shù)shiwan=num/100000;wan=num%100000/10000;qian=num%10000/1000;bai=num%1000/100;shi=num%100/10;51第50頁/共60頁ge=num%10;while(flag!=100) //減小刷新頻率 { flag++; display(ge,shi,bai,qian,wan,shiwan); }}}

執(zhí)行上述程序仿真，把INT1*引腳上出現(xiàn)的正脈沖寬度顯示在LED數(shù)碼管顯示器上。晶振頻率為12MHz，如果默認信號源輸出頻率為1kHz的方波，則數(shù)碼管顯示為500。

注意：在仿真時，偶爾顯示501是因為信號源的問題，若將信號源換成頻率固定的激勵源則不會出現(xiàn)此問題。52第51頁/共60頁537.4.7LCD時鐘的設計

【例7-7】使用定時器實現(xiàn)一個LCD顯示時鐘。采用LCD1602，具體見第5章的紹。LCD時鐘的原理電路見圖7-22。

最小計時單位是秒，如何獲得1s的定時？可將T0定時時間定為50ms，采用中斷方式進行溢出次數(shù)累計，滿20次，則秒計數(shù)變量second加1；若秒計滿60，則分計數(shù)變量minute加1，同時將秒計數(shù)變量second清0；若分鐘計滿60，則小時計數(shù)變量hour加1；若小時計數(shù)變量滿24，則將小時計數(shù)變量hour清0。第52頁/共60頁圖7-22LCD時鐘的原理電路第53頁/共60頁先將定時器以及各計數(shù)變量設定完畢，然后調(diào)用時間顯示子程序。秒計時由T0中斷服務子程序來實現(xiàn)。參考程序如下：#include<reg51.h>#include<lcd1602.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintucharint_time; //定義中斷次數(shù)計數(shù)變量ucharsecond; //秒計數(shù)變量55第54頁/共60頁ucharminute; //分鐘計數(shù)變量ucharhour; //小時