chap6 MCS-51的定時(shí)計(jì)數(shù)器

第6章MCS-51單片機(jī)的

定時(shí)/計(jì)數(shù)器第6章內(nèi)容：6.1定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)6.2有關(guān)的特殊功能寄存器6.3定時(shí)器的4種工作模式6.4定時(shí)/計(jì)數(shù)器的應(yīng)用舉例226.1定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)單片機(jī)通常具有2~4個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器內(nèi)部電路為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器從單片機(jī)引腳輸入時(shí)鐘——計(jì)數(shù)器，用于累計(jì)外部輸入的脈沖個(gè)數(shù)，如果輸入時(shí)鐘周期固定，也可以用于定時(shí)從單片機(jī)內(nèi)部振蕩器輸入時(shí)鐘——定時(shí)器，用于精確地確定某一段時(shí)間間隔336.1定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的基本概念CPOVF0000

000001010101000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111內(nèi)部時(shí)鐘外部時(shí)鐘44MCS-51單片機(jī)有2個(gè)16位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器定時(shí)器0（T0）定時(shí)器1（T1）它們既可用做定時(shí)器、又可用做計(jì)數(shù)器：用于定時(shí)控制、延時(shí)、對(duì)外部事件計(jì)數(shù)和檢測(cè)等場(chǎng)合。6.1定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)55微處理器TH1TL17070P3.5(T1)或內(nèi)部時(shí)鐘TH0TL07070P3.4(T0)或內(nèi)部時(shí)鐘TMODTCON16位計(jì)數(shù)器T1T0661、定時(shí)工作方式定時(shí)工作方式是在計(jì)數(shù)器的輸入端輸入周期固定的脈沖信號(hào)，根據(jù)計(jì)數(shù)器中累計(jì)的脈沖個(gè)數(shù)可計(jì)算出所定時(shí)間。8051的定時(shí)器是對(duì)片內(nèi)振蕩器輸出的時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)12分頻后的脈沖計(jì)數(shù)，即每過(guò)一個(gè)機(jī)器周期使定時(shí)器（T0或T1）的數(shù)值加1，直至加滿(mǎn)溢出兩種工作方式772、計(jì)數(shù)工作方式對(duì)引腳T0(P3.4)和T1(P3.5)來(lái)的外部脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)。當(dāng)輸入脈沖信號(hào)產(chǎn)生由高電平至低電平的下降沿時(shí)，計(jì)數(shù)器的值加1。為了確保某個(gè)電平在變化之前至少被采樣一次，要求外部計(jì)數(shù)脈沖的高電平與低電平保持時(shí)間至少為一個(gè)完整的機(jī)器周期。兩種工作方式88 無(wú)論定時(shí)還是計(jì)數(shù)工作方式，T0或T1在對(duì)內(nèi)部時(shí)鐘或?qū)ν獠渴录?jì)數(shù)時(shí)都不占用CPU時(shí)間，只有定時(shí)器/計(jì)數(shù)器計(jì)滿(mǎn)產(chǎn)生溢出時(shí)才可能中斷CPU的當(dāng)前操作。兩種工作方式996.2有關(guān)的特殊功能寄存器T0的計(jì)數(shù)寄存器——TH0、TL0；T1的計(jì)數(shù)寄存器——TH1、TL1；與T0、T1有關(guān)的SFR除TH0、TL0、TH1、TL1外，還有2個(gè)：TMOD工作模式寄存器：定義T0、T1的工作模式及有關(guān)功能TCON控制寄存器：存放T0、T1的啟、停、溢出標(biāo)志和中斷標(biāo)志1010TMOD—工作模式寄存器（89H）1111M1、M0控制的4種模式M1M0模式說(shuō)明00013位計(jì)數(shù)器

01116位計(jì)數(shù)器

102自動(dòng)裝入8位計(jì)數(shù)器

113T0：分成兩個(gè)8位計(jì)數(shù)器T1：置方式3時(shí)停止工作

1212例：設(shè)T1為定時(shí)方式，按模式2工作

設(shè)T0為計(jì)數(shù)方式，按模式1工作

請(qǐng)確定模式寄存器TMOD的值：定義模式寄存器TMOD的指令為：

MOVTMOD,#25HTMOD不能位尋址，只能用字節(jié)傳送指令001001011313TCON—控制寄存器（88H）T1溢出標(biāo)志位當(dāng)T1計(jì)滿(mǎn)溢出時(shí)，硬件自動(dòng)使TF1置1，并且申請(qǐng)中斷。當(dāng)CPU進(jìn)入中斷服務(wù)程序后，TF1由硬件自動(dòng)清0;在查詢(xún)方式下用軟件清0T1運(yùn)行控制位當(dāng)GATE=0時(shí)，TR1置1即啟動(dòng)定時(shí)器T1當(dāng)GATE=1，且INT1為高電平時(shí)，TR1置1啟動(dòng)定時(shí)器T1由軟件清0關(guān)閉定時(shí)器T1146.3定時(shí)器的四種工作模式定時(shí)器/計(jì)數(shù)器有4種工作模式，由TMOD控制。工作模式的特點(diǎn)和用法如下：模式0當(dāng)M1M0＝00時(shí)，為模式0。此時(shí)，16位計(jì)數(shù)器只用了13位以T1為例，由TH1的8位和TL1的低5位組成一個(gè)13位計(jì)數(shù)器，TL1高三位未用8位×××TH1TL15位1515T1模式0邏輯電路結(jié)構(gòu)計(jì)數(shù)脈沖輸入定時(shí)脈沖輸入定時(shí)計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)器的輸入信號(hào)受到3個(gè)信號(hào)的控制計(jì)數(shù)器啟動(dòng)/停止選通控制外部中斷信號(hào)1616GATE=0：或門(mén)輸出1，與門(mén)開(kāi)放TR1=0，斷開(kāi)，無(wú)計(jì)數(shù)信號(hào)輸入，停止計(jì)數(shù)TR1=1，閉合，有計(jì)數(shù)信號(hào)輸入，啟動(dòng)計(jì)數(shù)GATE=1：必須INT1=1，與門(mén)才開(kāi)，TR1才起作用。GATE的作用是控制是否讓INT1參與控制。加1計(jì)數(shù)計(jì)滿(mǎn)溢出置位TF11717

定時(shí)時(shí)間t的計(jì)算定時(shí)時(shí)間t：從初值開(kāi)始計(jì)數(shù)到計(jì)滿(mǎn)溢出的時(shí)間。計(jì)數(shù)初值x：當(dāng)工作模式和定時(shí)時(shí)間確定后，由軟件預(yù)置。對(duì)于模式0，計(jì)數(shù)初值為x，時(shí)鐘頻率為fosc，則定時(shí)時(shí)間t為：

t=(213－x)×12/fosc（us）

1818模式1模式1與模式0工作原理完全相同，唯一的區(qū)別是模式1是把T1設(shè)置成16位計(jì)數(shù)器，由TH1的8位和TL1的8位組成一個(gè)16位計(jì)數(shù)器若工作于模式1，計(jì)數(shù)初值為x，時(shí)鐘頻率為fosc，則定時(shí)時(shí)間t為：t=(216－x)×12/fosc（us）1919模式2可自動(dòng)恢復(fù)計(jì)數(shù)初值的8位加1計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)初值寄存器（由軟件預(yù)置）計(jì)滿(mǎn)溢出置位TF0每當(dāng)TL0加滿(mǎn)溢出，則硬件自動(dòng)從TH0中取出計(jì)數(shù)初值裝入TL0若工作于模式2，計(jì)數(shù)初值為x，時(shí)鐘頻率為fosc，則定時(shí)時(shí)間t為：

t=(28－x)×12/fosc（us）2020定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0工作模式3TL0就象T0原來(lái)的模式0或1，只是長(zhǎng)度為8位，其它完全一樣。模式3使得單片機(jī)增加了一個(gè)獨(dú)立的計(jì)數(shù)器把T0分成由TH0和TL0兩個(gè)獨(dú)立的8位計(jì)數(shù)器但TH0不同，它借用了T1的TF1和TR1。TH0只能作為定時(shí)器使用（固定內(nèi)部計(jì)數(shù)信號(hào)輸入），此時(shí)TH0控制了T1的中斷這時(shí)T1只能工作在方式0~2，且不能用中斷方式21216.4定時(shí)/計(jì)數(shù)器的應(yīng)用舉例使用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器前都要對(duì)其初始化，主要是設(shè)置4個(gè)SFR：TMOD－設(shè)置工作方式（定時(shí)或計(jì)數(shù)）、 工作模式等TH1TL1（TH0TL0）－設(shè)置計(jì)數(shù)初值

TCON－啟動(dòng)工作若開(kāi)放定時(shí)器的中斷，還要設(shè)置：IE、IP－設(shè)置定時(shí)器中斷的開(kāi)放/禁止、優(yōu)先級(jí)2222定時(shí)/計(jì)數(shù)器初值的計(jì)算t=(2n－x)×12/fosc（us）t－定時(shí)時(shí)間x－計(jì)數(shù)初值fosc－時(shí)鐘頻率模式0：213=8192模式1：216=65536模式2：28=25623236.4.1初始化程序舉例例:設(shè)時(shí)鐘振蕩頻率fosc=6MHz。T1作定時(shí)器，以模式1工作，定時(shí)時(shí)間為10ms；T0作計(jì)數(shù)器，以模式2工作，收到一個(gè)外部脈沖就溢出中斷。故TMOD=16H24246.4.1初始化程序舉例確定初值x：T1：定時(shí)，模式1，定時(shí)10ms，fosc=6MHz t=10ms=(216－x)×12/fosc =(216－x)×2（us）

x=60536=EC78H（TH1=0ECH,TL1=78H）T0：計(jì)數(shù)，模式2，計(jì)數(shù)1次

x+1=28

x=28-1=255=FFH TH0=TL0=0FFH25256.4.1初始化程序舉例初始化程序如下：

MOVTMOD，#16HMOVTL1，#78HMOVTH1，#0ECHMOVTL0，#0FFHMOVTH0，#0FFHSETBTR1 ；啟動(dòng)T1SETBTR0 ；啟動(dòng)T0MOVIE,#82H；CPU開(kāi)中斷，允許T0中斷2626p.99【例6-1】若MSC-51振蕩頻率為12MHz，要求定時(shí)100μs，試計(jì)算不同模式時(shí)的計(jì)數(shù)初值。以模式2（8位）為例：

t=(28－x)×12/fosc 100μs=(256－x)×12/12（μs）

x=(256－100）＝156＝9CH思考：振蕩頻率為6MHz,x=?27276.4.2模式0的應(yīng)用【例6-2】：選擇T0工作于模式0，用于定時(shí)1ms，晶振fosc=6MHz，定時(shí)初值x為多少？最大定時(shí)時(shí)間T為多少？并編程實(shí)現(xiàn)1ms定時(shí)功能。解：T0設(shè)為定時(shí)模式0,TMOD寄存器中

GATE=0，C/T=0，M1M0=00；T1沒(méi)有用到，相關(guān)4位可以設(shè)置為0000；故TMOD=00H2828【例6-2】(1)計(jì)算T0定時(shí)1ms的初值x t=（213－x）×12/fosc

1000us=（213－x）×2us X=(213-500）=1111000001100BT0的低5位（TL0）：00001100B=0CHT0的高8位（TH0）：11110000=F0H2929【例6-2】(2)最大定時(shí)時(shí)間t t=（213－x）×12/fosc

當(dāng)13位計(jì)數(shù)器全為0

（TH0）=00H

（TL0）=00H t=213×2μｓ=16.384ms3030(3)中斷方式下定時(shí)1ms的初始化程序

ORG 0000HRESET:AJMP MAIN ；轉(zhuǎn)主程序

ORG 000BH ；T0中斷程序入口

AJMP T0ISR ；轉(zhuǎn)中斷程序

ORG 0100HMAIN:MOV SP,#60H ；設(shè)堆棧指針

MOV TMOD，#00H MOV TL0,#0CH MOV TH0,#0F0H SETB TR0 ；啟動(dòng)定時(shí)器T0 SETB ET0 ；T0開(kāi)中斷3131(3)中斷方式下定時(shí)1ms的初始化程序

SETB EA ；CPU開(kāi)中斷HERE:SJMP HERET0ISR:...... ;中斷服務(wù)程序32326.4.3模式1的應(yīng)用【例6-3】設(shè)?osc=12MHz，T0工作在模式1，編程利用T0在P1.0引腳上輸出周期為2秒的方波。分析：周期為2s的方波，應(yīng)輸出1s高電平和1s低電平，即T0工作在定時(shí)方式，定時(shí)時(shí)間1s，每當(dāng)定時(shí)時(shí)間到，使P1.0的輸出邏輯取反。解：若T0工作在模式1下，最大定時(shí)時(shí)間Tmax為:

Tmax=216μｓ=65536μｓ=65.536ms因此必須采用定時(shí)和軟件計(jì)數(shù)相結(jié)合的方法：設(shè)定時(shí)時(shí)間為50ms，在主程序中設(shè)置一個(gè)初值為20的軟件計(jì)數(shù)器（1s＝20×50ms）3333【例6-3】當(dāng)50ms定時(shí)到即中斷請(qǐng)求，進(jìn)入中斷服務(wù)程序，在中斷服務(wù)程序中，使軟件計(jì)數(shù)器減1，然后判斷是否為零。若為零，定時(shí)1s時(shí)間到，恢復(fù)軟件計(jì)數(shù)器初值并改變P1.0引腳電平，然后返回主程序；若不為零，定時(shí)1s未到，返回主程序，繼續(xù)定時(shí)。重復(fù)上述過(guò)程，便可在P1.0引腳上得到周期為2秒的方波3434【例6-3】定時(shí)50ms，T0的初始值X：

X=65536–50000=3CB0H(TH0TL0) TMOD=01H實(shí)驗(yàn)程序如下：

ORG 0000H SJMP MAIN ORG 000BH SJMP BRT03535【例6-3】MAIN:MOV TMOD,#01H MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H SETB TR0 ；啟動(dòng)定時(shí)器T0 SETB ET0 ；T0開(kāi)中斷

SETB EA ；CPU開(kāi)中斷

MOV R0,#20 SJMP $3636【例6-3】BRT0:DJNZ R0,NEXT CPL P1.0 MOV R0,#20NEXT:MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H RETI END37376.4.4模式2的應(yīng)用【例6-4】定時(shí)器T1模式2計(jì)數(shù)，要求計(jì)滿(mǎn)100次P1.0取反分析：外部計(jì)數(shù)信號(hào)由T1（P3.5）輸入，每負(fù)跳變一次計(jì)數(shù)器加1，計(jì)滿(mǎn)100溢出中斷，中斷服務(wù)程序中將P1.0取反一次。模式2有自動(dòng)重裝初值功能，初始化后不必再置初值。確定TMOD：計(jì)數(shù)方式、模式2；故TMOD=60H3838【例6-4】計(jì)算初值: x=28－100=156=9CH TH1=TL1=9CH程序如下：

ORG 0000H SJMP MAIN ORG 001BH SJMP BRT13939【例6-4】MAIN:MOV TMOD,#60H MOV TH1,#9CH MOV TL1,#9CH SETB TR1 ；啟動(dòng)定時(shí)器T1 SETB ET1 ；T1開(kāi)中斷

SETB EA ；CPU開(kāi)中斷

SJMP $4040【例6-4】BRT1: CPL P1.0 ;不需要指令MOV TL1,#9CH RETI END4141【例6-5】由P3.4引腳（T0）輸入一低頻脈沖信號(hào)（其頻率<0.5KHz），要求P3.4每發(fā)生一次負(fù)跳變時(shí)，P1.0輸出一個(gè)500μｓ的同步負(fù)脈沖。已知fosc=6MHz。系統(tǒng)復(fù)位后設(shè)置P1.0初態(tài)為1，T0先設(shè)置為計(jì)數(shù)方式，計(jì)數(shù)為1(初值為FFH)，T0加1就溢出，將TF0置1；程序查詢(xún)到TF0為1時(shí)，使P1.0輸出0，并改變T0為定時(shí)器方式，定時(shí)時(shí)間為500μｓ，T0定時(shí)時(shí)間到計(jì)滿(mǎn)溢出后，P1.0恢復(fù)1，T0恢復(fù)計(jì)數(shù)方式。P3.4P1.0500us4242全部采用模式2計(jì)算初值（模式2）T0計(jì)數(shù)次數(shù)1，則：X=0FFHT0定時(shí)500μｓ，fosc=6MHz，X=28-250=06H程序流程圖如下：4343開(kāi)始設(shè)T0計(jì)數(shù)方式、模式2裝T0初值、啟動(dòng)計(jì)數(shù)TF0=1?是則清0，停止計(jì)數(shù)yesno設(shè)T0定時(shí)方式、模式2，P1.0清0裝T0初值、啟動(dòng)定時(shí)計(jì)數(shù)TF0=1?是則清0，P1.0置1noyes4444START:LOOP1:PTF01:MOVMOVMOVSETBJBCSJMPCLRMOVMOVMOVCLRSETBTMOD,#06HTH0,#0FFHTL0,#0FFHTR0TF0,PTF01LOOP1TR0TMOD,#02HTH0,#06HTL0,#06HP1.0TR0；設(shè)置T0為模式2，計(jì)數(shù)方式；裝入T0計(jì)數(shù)器初值；啟動(dòng)T0計(jì)數(shù)；若TF0=1,轉(zhuǎn)定時(shí)，并清零TF0；等計(jì)數(shù)時(shí)間到；停止計(jì)數(shù)；設(shè)置T0為模式2，定時(shí)方式；T0定時(shí)500μｓ初值；P1.0清0；啟動(dòng)定時(shí)500μｓ4545LOOP2:PTF02:JBCSJMPSETBCLRSJMPENDTF0,PTF02LOOP2P1.0TR0START；若TF0＝1，定時(shí)到,清零TF0；等待定時(shí)時(shí)間到；定時(shí)到500μｓ，P1.0置1；停止定時(shí)計(jì)數(shù)；轉(zhuǎn)，T0恢復(fù)外部計(jì)數(shù)46466.4.5綜合應(yīng)用舉例【例6-7】使用8031單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)“航標(biāo)燈”控制器。要求：“黑夜”，“航標(biāo)燈”自動(dòng)啟動(dòng)，亮2s，滅2s，循環(huán)閃動(dòng)“白天”，“航標(biāo)燈”自動(dòng)熄滅4747電路設(shè)計(jì)“黑夜”時(shí)光敏三極管截止，INT0為低電平“0”“白天”時(shí)光敏三極管導(dǎo)通，INT0為高電平“1”4848軟件設(shè)計(jì)思路方法一： 直接查詢(xún)引腳INT0（即端口P3.2）如果為低電平（黑夜）定時(shí)器2s定時(shí)使P1.7取反（航標(biāo)燈閃動(dòng)）如果為高電平（白天）停止定時(shí)，P1.7=0方法二： 利用INT0的低電平作為中斷請(qǐng)求，

通過(guò)中斷標(biāo)志判斷白天黑夜(或采用中斷方式)4949外部中斷INT0工作方式INT0：電平觸發(fā)，低優(yōu)先級(jí)?！昂谝埂睍r(shí)，INT0低電平發(fā)中斷請(qǐng)求。以中斷方式自動(dòng)進(jìn)入中斷服務(wù)程序，啟動(dòng)定時(shí)器“白天”時(shí)，INT0高電平，用查詢(xún)方式結(jié)束中斷處理，停止定時(shí)器，返回主程序。5050定時(shí)器工作方式選擇設(shè)T1模式0，時(shí)鐘頻率6MHz，定時(shí)10ms（計(jì)數(shù)5000）

X=3192D=0110001111000B TH1=01100011B=63H TL1=×××11000B=18H采用定時(shí)和軟件計(jì)數(shù)相結(jié)合：10ms×200次＝2s在定時(shí)器中斷服務(wù)程序中，軟件計(jì)數(shù)200（C8H）次后P1.7求反（燈閃爍一次）5151主程序流程圖開(kāi)始設(shè)棧底、滅燈設(shè)INT0電平觸發(fā)、低優(yōu)先級(jí)、開(kāi)中斷等待外部中斷（天黑）5252開(kāi)始設(shè)T1定時(shí)、模式0、裝初值、啟動(dòng)定時(shí)設(shè)T1高優(yōu)先級(jí)、開(kāi)放T1中斷置軟件計(jì)數(shù)初值200等待T1中斷轉(zhuǎn)T1中斷服務(wù)程序查INT0=1(白天）？yesno關(guān)T1中斷、停止定時(shí)計(jì)數(shù)、燈滅返回INT0服務(wù)程序流程圖5353ORGAJMPORGAJMPORGAJMPORGMOVCLRCLRCLRSETBSETBSJMP0000HMAIN0003HINT0001BHT1INT0100HSP，#30HP1.7IT0PX0EAEX0HERE；復(fù)位入口；轉(zhuǎn)主程序；外部中斷0服務(wù)程序入口；轉(zhuǎn)外部中斷0服務(wù)程序；定時(shí)器T1服務(wù)程序入口；轉(zhuǎn)T1中斷服務(wù)程序；主程序入口地址；設(shè)堆棧指針；滅燈；選擇外部中斷0電平觸發(fā)；選擇外部中斷0低優(yōu)先級(jí)；CPU中斷允許；外部中斷0中斷允許；等待外部中斷請(qǐng)求MAIN:HERE:5454INT0:HERE1:ORGMOVMOVMOVSETBSETBSETBMOVJNBCLRCLRCLRRETI0160HTMOD,#00HTL1,#18HTH1,#63HPT1TR1ET1R7,#0C8HP3.2,HERE1ET1TR1P1.7

；外中斷0處理程序入口；設(shè)T1為定時(shí)模式0；T1定時(shí)計(jì)數(shù)初值；T1為高優(yōu)先級(jí)；啟動(dòng)定時(shí)器T1；T1中斷允許；設(shè)軟件計(jì)數(shù)初值200；為0(黑夜)時(shí)，等定時(shí)中斷；為1(白天)時(shí)，關(guān)T1中斷；關(guān)定時(shí)器T1；熄燈；返回外部中斷INT0服務(wù)程序5555ORGMOVMOVDJNZMOVCPLRETIEND

0200HTL1,#18HTH1,#63HR7,EXPORTR7,#OC8H P1.7 ；定時(shí)器T1中斷程序入口；重置T1計(jì)數(shù)初值；2s時(shí)間到，重設(shè)初值；輸出位求反，控制閃爍；中斷返回定時(shí)器T0服務(wù)程序T1INT:EXPORT:5656p.104【例6-8】某自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)每隔5ms左右生產(chǎn)一件產(chǎn)品。如果兩件產(chǎn)品的間隔小于4ms或大于6ms均視為生產(chǎn)線(xiàn)出現(xiàn)異常，立即觸發(fā)報(bào)警。設(shè)計(jì)相關(guān)程序。方法：測(cè)量?jī)杉a(chǎn)品的實(shí)際間隔若時(shí)間間隔小于4ms則觸發(fā)報(bào)警。若時(shí)間間隔小于6ms，則生產(chǎn)線(xiàn)正常，否則報(bào)警5757硬件設(shè)計(jì)：通過(guò)傳感器檢測(cè)到一個(gè)產(chǎn)品通過(guò)，使INT0為1（不做中斷信號(hào)，而是GATE=1）啟動(dòng)定時(shí)器TR0=1檢測(cè)到下一個(gè)產(chǎn)品到來(lái)，使INT0為0，關(guān)定時(shí)器TR0=0瞬間再使INT0成高電平，開(kāi)始下一個(gè)周期

5858設(shè)置定時(shí)器一個(gè)足夠長(zhǎng)的定時(shí)初值（比如8ms），設(shè)T0工作在模式1，時(shí)鐘頻率為6MHz，一個(gè)機(jī)器周期為2us，定時(shí)初值X=T0