定時器工作原理

-.z.定時器工作原理通電延時型。只要在定時的時間段內(nèi)（即1分鐘）定時器一直得電，則常開觸電就會閉合，只要定時器不斷電常開觸電就會一直閉合。定時器斷電則常開觸電斷開1，定時器/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)與功能主要介紹定時器0（T0）和定時器1（T1）的結(jié)構(gòu)與功能。圖6.1是定時器/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)框圖。由圖可知，定時器/計數(shù)器由定時器0、定時器1、定時器方式寄存器TMOD和定時器控制寄存器TCON組成。定時器0，定時器1是16位加法計數(shù)器，分別由兩個8位專用寄存器組成：定時器0由TH0和TL0組成，定時器1由TH1和TL1組成。圖6.1

定時器/計數(shù)器結(jié)構(gòu)框圖TL0、TL1、TH0、TH1的訪問地址依次為8AH~8DH，每個寄存器均可單獨訪問。定時器0或定時器1用作計數(shù)器時，對芯片引腳T0（P3.4）或T1（P3.5）上輸入的脈沖計數(shù)，每輸入一個脈沖，加法計數(shù)器加1；其用作定時器時，對內(nèi)部機器周期脈沖計數(shù)，由于機器周期是定值，故計數(shù)值確定時，時間也隨之確定。TMOD、TCON與定時器0、定時器1間通過內(nèi)部總線及邏輯電路連接，TMOD用于設(shè)置定時器的工作方式，TCON用于控制定時器的啟動與停止。計數(shù)功能計數(shù)方式時，T的功能是計來自T0(P3.4)T1(P3.5)的外部脈沖信號的個數(shù)。輸入脈沖由1變0的下降沿時，計數(shù)器的值增加1直到回零產(chǎn)生溢出中斷，表示計數(shù)已達預(yù)期個數(shù)。外部輸入信號的下降沿將觸發(fā)計數(shù)，識別一個從“1”到“0”的跳變需2個機器周期，所以，對外部輸入信號最高的計數(shù)速率是晶振頻率的1/24。若晶振頻率為6MHz，則計數(shù)脈沖頻率應(yīng)低于1/4MHz。當(dāng)計數(shù)器滿后，再來一個計數(shù)脈沖，計數(shù)器全部回0，這就是溢出。脈沖的計數(shù)長度與計數(shù)器預(yù)先裝入的初值有關(guān)。初值越大，計數(shù)長度越??；初值越小，計數(shù)長度越大。最大計數(shù)長度為65536（216）個脈沖（初值為0）。定時方式定時方式時，T記錄單片機內(nèi)部振蕩器輸出的脈沖(機器周期信號)個數(shù)。每一個機器周期使T0或T1的計數(shù)器增加1，直至計滿回零自動產(chǎn)生溢出中斷請求。定時器的定時時間不僅與定時器的初值有關(guān)，而且還與系統(tǒng)的時鐘頻率有關(guān)。在機器周期一定的情況下，初值越大，定時時間越短；初值越小，定時時間越長。最長的定時時間為65536（216）個機器周期（初值為0）。6.2定時器/計數(shù)器控制寄存器與對定時器/計數(shù)器有關(guān)的控制寄存器共有4個：TMOD、TCON、IE、IP。IE、IP已在中斷一節(jié)中介紹，這里不再贅述。定時器/計數(shù)器控制寄存器TCON特殊功能寄存器TCON用于控制定時器的操作及對定時器中斷的控制。其各位定義格式如下。其中D0~D3位與外部中斷有關(guān)，已在中斷系統(tǒng)一節(jié)中介紹。

TF0和TF1：定時器/計數(shù)器溢出標(biāo)志位。當(dāng)定時器/計數(shù)器0（或定時器/計數(shù)器1）溢出時，由硬件自動使TF0（或TF1）置1，并向CPU申請中斷。CPU響應(yīng)中斷后，自動對TF1清零。TF1也可以用軟件清零。TR0和TR1：定時器/計數(shù)起運行控制位。TR0（或TR1）=0，停止定時器/計數(shù)器0（或定時器/計數(shù)器1）工作。TR0（或TR1）=1，啟動定時器/計數(shù)器0（或定時器/計數(shù)器1）工作?？捎绍浖?（或清0）來啟動（或關(guān)閉）定時器/計數(shù)器，使定時器/計數(shù)器開始計數(shù)。用指令SETB（或CLR）使運行控制位置1（或清0）。工作方式寄存器TMODTMOD用于控制定時器/計數(shù)器的工作方式。字節(jié)地址為89H，不可位尋址，只能用字節(jié)設(shè)置其內(nèi)容。其格式如下：

定時器/計數(shù)器1定時器/計數(shù)器0位序D7D6D5D4D3D2D1D0位標(biāo)志GATEC/M1M0GATEC/M1M0其中，低4位用于T0，高4位用于T1的。GATE：門控位。GATE＝0，只要用軟件使TR0（或TR1）置1就能啟動定時器/計數(shù)器0（或定時器/計數(shù)器1）；GATE＝1，只有在（或）引腳為高電平的情況下，且由軟件使TR0（或TR1）置1時，才能啟動定時器/計數(shù)器0（或定時器/計數(shù)器1）工作。不管GATE處于什么狀態(tài)，只要TR0（或TR1）=0定時器/計數(shù)器便停止工作。C/：定時器/計數(shù)器工作方式選擇位。C/＝0，為定時工作方式；C/＝1，為計數(shù)工作方式。M0、M1：工作方式選擇位，確定4種工作方式。如表6.1所示。表6.1定時器/計數(shù)器工作方式選擇M1M0工作方式功

能

說

明00113位計數(shù)器01216位計數(shù)器103自動再裝入8位計數(shù)器114定時器0：分成兩個8位計數(shù)器定時器1：停止計數(shù)【例6.1】設(shè)置定時器1工作于方式1，定時工作方式與外部中斷無關(guān)，則M1=0，M0=1，GATE=0，因此，高4位應(yīng)為0001；定時器0未用，低4位可隨意置數(shù)，但低兩位不可為11（因方式3時，定時器1停止計數(shù)），一般將其設(shè)為0000。因此，指令形式為：MOVTMOD，*10H定時器/計數(shù)器工作方式與程序設(shè)計通過對特殊功能寄存器TMOD中的設(shè)置M1、M0兩位的設(shè)置來選擇四種工作方式，定時器/計數(shù)器0、1和2的工作方式相同，方式3的設(shè)置差別較大。工作方式0工作方式寄存器TMOD中的M1M0為：00。定時器/計數(shù)器T0工作在方式0時，16位計數(shù)器只用了13位，即TH0的高8位和TL0的低5位，組成一個13位定時器/計數(shù)器。當(dāng)TL0的低5位計滿溢出時，向TH0進位，TH0溢出時，對中斷標(biāo)志位TF0置位，向CPU申請中斷。定時器/計數(shù)器0方式0的邏輯結(jié)構(gòu)如圖6.2所示。

1．工作在定時方式C/＝0，定時器對機器周期計數(shù)。定時器在工作前，應(yīng)先對13位的計數(shù)器賦值，開始計數(shù)時，在初值的基礎(chǔ)上進行減1計數(shù)。定時時間的計算公式為：定時時間＝（213

–計數(shù)初值）×晶振周期×12或定時時間＝（213

–計數(shù)初值）×機器周期若晶振頻率為12MHz，則最短定時時間為[213－(213－1)]×(1/12)×10－6×12＝1μs最長定時時間為（213－0）×（1/12）×10－6×12＝8192μs2．工作在計數(shù)方式C/＝1，13位計數(shù)器對外部輸入信號進行加1計數(shù)。利用由0變?yōu)?時，開始計數(shù)，由1變?yōu)?時，停止計數(shù)，可以測量在端出現(xiàn)的正脈沖的寬度。計數(shù)值的*圍是1~213=8192(個外部脈沖)。【例6.2】假設(shè)AT89S52單片機晶振頻率為12MHz，要求定時時間8ms，使用定時器T0，工作方式0，計算定時器初值*。解：∵t=（213

–*）×機器周期當(dāng)單片機晶振頻率為12MHz時，機器周期=1μs∴8×103=（213

–*）×1*=8192-8000=192轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)為：11000000B【例6.3】假設(shè)AT89S52單片機晶振頻率為12MHz，所需定時時間為250μs，當(dāng)T0工作在方式0時T0計數(shù)器的初值是多少？解：∵t=（213

–*）×機器周期當(dāng)單片機晶振頻率為12MHz時，機器周期=1μs∴250=（213

–*0）×1*0=8192-250=7942轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)為：10B【例6.4】利用T0方式0產(chǎn)生1ms的定時，在P1.2引腳上輸出周期為2ms的方波。設(shè)單片機晶振頻率fosc＝12MHz。解：（1）解題思路要在P1.2引腳輸出周期為2ms的方波，只要使P1.2每隔1ms取反一次即可。執(zhí)行指令為CPLP1.2。（2）確定工作方式:方式0TMOD=00H

C/＝0：T0為定時功能；（D2位）GATE＝0，只要用軟件使TR0（或TR1）置1就能啟動定時器T0（或T1）；M1M0=00，工作方式0∴TMOD的值為=00HTMOD.4~TMOD.7可取任意值，因T1不用，這里取0值。使用MOVTMOD,*00H即可設(shè)定T0的工作方式（3）計算1ms定時時T0的初值機器周期T=1／fosc×12=1μs計數(shù)個數(shù)：*=1ms/lμs=1000設(shè)T0的計數(shù)初值為*0，則*0＝(213一*)s＝8192—1000＝7192D轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)為：高8位低5位將高8位11100000=0E0H裝入TH0將低5位11000=18H裝入TL0

11EA=1,CPU開放中斷；ET0=1，允許T0中斷；（4）編程可采用中斷和查詢兩種方式編寫程序。方法一：中斷方式ORG0000HAJMPMAIN；轉(zhuǎn)主程序MAINORG000BHAJMPIT0P；轉(zhuǎn)T0中斷服務(wù)程序IT0PORG1000HMAIN：MOVSP，*60H；設(shè)堆棧指針MOVTH0,*0E0H；給定時器T0送初值MOVTMOD，*00H；設(shè)置T0為方式0，定時MOVTL0,*18H；送定時初值MOVTH0，*0E0HSETBEA；CPU開中斷SETBET0；T0允許中斷SETBTR0；啟動T0定時HERE：SJMPHERE；等待中斷中斷服務(wù)程序：IT0P：ORG1200H；T0中斷入口MOVTL0，*18H；重新裝入計數(shù)初值MOVTH0，*0E0HCPLP1.2；輸出方波RETI；中斷返回END方法二：查詢方式MOVTMOD，*00H；設(shè)置T0為方式0，定時MOVTL0，*18H；送初值MOVTH0，*0E0HSETBTR0；啟動T0定時LOOP：CTF0，NE*T；查詢定時時間到否"SJMPLOOPNE*T：MOVTL0，*18H；重新裝入計數(shù)初值MOVTH0，*0E0HCPLP1.2；輸出方波SJMPLOOP；重復(fù)循環(huán)工作方式1工作方式寄存器TMOD中的M1M0為：01。定時器T0工作方式1與工作方式0類同，差別在于其中的計數(shù)器的位數(shù)。工作方式1以16位計數(shù)器參與計數(shù)。定時器/計數(shù)器0方式1的邏輯結(jié)構(gòu)如圖6.3所示。

1．工作在定時方式C/＝0，定時器對機器周期計數(shù)。定時時間的計算公式為：定時時間＝（213

–計數(shù)初值）×晶振周期×12或定時時間＝（213

–計數(shù)初值）×機器周期若晶振頻率為12MHz，則最短定時時間為[216－(216－1)]×(1/12)×10－6×12＝1μs最長定時時間為（216－0）×（1/12）×10－6×12＝65536μs＝65.5ms2．工作在計數(shù)方式C/＝1，16位計數(shù)器對外部輸入信號進行加1計數(shù)。計數(shù)值的*圍是1~216=65536(個外部脈沖)。【例6.5】假設(shè)AT89S52單片機晶振頻率為12MHz，所需定時時間為10ms，當(dāng)T0工作在方式1時T0計數(shù)器的初值是多少？解：∵t=（216

–*0）×機器周期當(dāng)單片機晶振頻率為12MHz時，機器周期=1μs∴10×103=（213

–*0）×1*=65536-10000=55536轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)為：10000B=0D8F0H【例6.6】假設(shè)AT89S52單片機晶振頻率為12MHz，定時器T0的定時初值為9800，計算T0工作在方式1時的定時時間。解：∵t=（216

–*0）×機器周期當(dāng)單片機晶振頻率為12MHz時，機器周期=1μs∴t=（216

–9800）×1t=65536-9800=55736μs【例6.7】用定時器T0產(chǎn)生50HZ的方波。由P1.0輸出此方波（設(shè)時鐘頻率為12MHZ）。采用中斷方式。解：50HZ的方波周期T為T=1/50=20ms

可以用定時器產(chǎn)生10ms的定時，每隔10ms改變一次P1.0的電平，即可得到50HZ的方波。定時器T0應(yīng)工作在方式1。（1）工作在方式1時的T0初值，根據(jù)下式計算：t=（216

–*）×機器周期時鐘頻率為12MHz，則機器周期=1μs10×103=（216

–*）×1*=65536–10000=55536轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)：高8位低8位高8位=0D8H裝入TH0，低8位=0CCH裝入TL0。（2）程序ORG0000HAJMPMAINORG000BH；T0的中斷入口地址AJMPT0INTORG0100HMAIN：MOVTMOD,*01H；設(shè)置T0為工作方式1MOVTH0,*0D8H；裝入定時器初值MOVTL0,*0CCHSETBET0；設(shè)置T0允許中斷SETBEA；CPU開中斷SETBTR0；啟動T0SJMP$；等待中斷中斷服務(wù)程序；ORG0300HT0INT：CPLP1.0；P1.0取反MOVTH0,*0D8H；重新裝入定時初值MOVTL0,*0CCHRETI注：SETBET0；設(shè)置T0允許中斷SETBEA；CPU開中斷這兩條指令可以等效為MOVIE,*82H。工作方式2定時器/計數(shù)器0方式2的邏輯結(jié)構(gòu)如圖6.4所示。工作方式寄存器TMOD中的M1M0為：10定時器/計數(shù)器在工作方式2時，16位的計數(shù)器分成了兩個獨立的8位計數(shù)器TH和TL。此時，定時器/計數(shù)器構(gòu)成了一個能重復(fù)置初值的8位計數(shù)器。其中，TL用作8位計數(shù)器，TH用來保存計數(shù)的初值。每當(dāng)TL計滿溢出時，自動將TH的初值再次裝入TL。1．工作在定時方式C/＝0，定時器對機器周期計數(shù)。定時時間的計算公式為：定時時間＝（28

–計數(shù)初值）×晶振周期×12或定時時間＝（28

–計數(shù)初值）×機器周期若晶振頻率為12MHz，則最短定時時間為[28－(28－1)]×(1/12)×10－6×12＝1μs最長定時時間為（28－0）×（1/12）×10－6×12＝256μs

2．工作在計數(shù)方式C/＝1，8位計數(shù)器對外部輸入信號進行加1計數(shù)。計數(shù)值的*圍是1~28=256(個外部脈沖)?！纠?.8】利用T0方式2實現(xiàn)以下功能：當(dāng)T0(P3.4)引腳每輸入一個負(fù)脈沖時，使P1.0輸出一個500μs的同步脈沖。設(shè)晶振頻率為6MHz，請編程實現(xiàn)該功能。其波形如圖6.5所示。圖6.5例6.6波形圖(1)確定工作方式首先選T0為方式2，外部事件計數(shù)方式。當(dāng)P3.4引腳上的電平發(fā)生負(fù)跳變時，T0計數(shù)器加1，溢出標(biāo)志TF0置1；然后改變T0為500μs定時工作方式，并使P1.0輸出由1變?yōu)?。T0定時到產(chǎn)生溢出，使P1.0引腳恢復(fù)輸出高電平。T0先計數(shù)，后定時，分時操作。根據(jù)題目要求方式控制字TMOD是：計數(shù)時：(TMOD)=00000110B=06H定時時：(TMOD)=00000010B=02H（2）計算初值機器周期T=12／fosc=12/6MHZ=2μs計數(shù)時：計數(shù)個數(shù)*=1計數(shù)初值=(256﹣*)=(256﹣1)=255=0FFH，(TH0)=(TL0)=0FFH定時時：計數(shù)個數(shù)*=Т/Tm=500μs／2μs=250定時初值=256﹣*=256﹣250=6，(TH0)=(TL0)=06H（3）編程方法采用查詢方法START：MOVTMOD，*06H；T0方式2，外部計數(shù)方式MOVTH0，*0FFH；T0計數(shù)初值MOVTL0，*0FFHSETBTR0；啟動T0計數(shù)LOOPl：CTF0，PTF01；查詢T0溢出標(biāo)志，TF0＝1時轉(zhuǎn)移，且TF0＝0(查P3.4負(fù)跳變)SJMPLOOPlPTF01：CLRTR0；停止計數(shù)MOVTMOD，*02H；T0方式2，定時MOVTH0，*06H；T0定時500μs初值MOVTL0，*06HCLRP1.0；P1.0清0SETBTR0；啟動定時500μsLOOP2：CTF0，PTF02；查詢溢出標(biāo)志，定時到TF0=l轉(zhuǎn)移，且TF0＝0(第一個500μs到否")SJMPLOOP2PTF02：SETBP1；P1.0置1(到了第一個500μs)CLRTR0；停止計數(shù)SJMPSTART工作方式3工作方式寄存器TMOD中的M1M0為：11。工作方式3僅對定時器/計數(shù)器0有效，此時，將16位的計數(shù)器分為兩個獨立的8位計數(shù)器TH0和TL0。當(dāng)定時器/計數(shù)器0工作在方式3時，定時器/計數(shù)器1只能