51單片機定時器(考_小題_大題).ppt

1、定時器/計數(shù)器及其應用,2,定時器/計數(shù)器及其應用,定時器/計數(shù)器的應用場合: 定時或延時控制、對外部事件的檢測、計數(shù)等； MCS-51系列8031、8051單片機有兩個16位定時器/計數(shù)器（即T0和T1）； 8032、8052單片機有3個16位定時器/計數(shù)器（即T0、 T1和T2）；,3,定時器/計數(shù)器及其應用,所謂計數(shù)器就是對外部輸入脈沖的計數(shù)； 所謂定時器也是對脈沖進行計數(shù)完成的，計數(shù)的是51單片機內(nèi)部產(chǎn)生的標準脈沖，通過計數(shù)脈沖個數(shù)實現(xiàn)定時。 所以，定時器和計數(shù)器本質(zhì)上是一致的，在以后的敘述中將定時器/計數(shù)器籠統(tǒng)稱為定時器。,4,定時器/計數(shù)器及其應用,5,定時器的結(jié)構(gòu)及工作原理,6,

2、定時器的結(jié)構(gòu)及工作原理,組成：兩個16位的定時器T0和T1，以及他們的工作方式寄存器TMOD和控制寄存器TCON等組成。內(nèi)部通過總線與CPU相連。 定時器T0和T1各由兩個8位特殊功能寄存器TH0、TL0、TH1、TL1構(gòu)成。 工作方式寄存器TMOD：用于設置定時器的工作模式和工作方式； 控制寄存器TCON：用于啟動和停止定時器的計數(shù)，并控制定時器的狀態(tài)； 單片機復位時，兩個寄存器的所有位都被清0。,8051定時器 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖,7,定時器的結(jié)構(gòu)及工作原理,兩個可編程的定時器/計數(shù)器T1、T0。 每個定時器內(nèi)部結(jié)構(gòu)實際上就是一個可編程的加法計數(shù)器，由編程來設置它工作在定時狀態(tài)還是計數(shù)狀態(tài)。 兩

3、種工作模式: (1) 計數(shù)器工作模式 就是對外部事件進行計數(shù)。計數(shù)脈沖來自相應的外部輸入引腳T0（P3.4)或T1(P3.5)。當輸入信號發(fā)生由1至0的負跳變(下降沿)時，計數(shù)器（TH0，TL0或TH1，TL1）的值增1。 (2) 定時器工作模式 也是通過計數(shù)實現(xiàn)的。計數(shù)脈沖來自內(nèi)部時鐘脈沖，每個機器周期計數(shù)值增1，每個機器周期=12個振蕩周期，因此計數(shù)頻率為振蕩頻率的1/12。所以定時時間=計數(shù)值機器周期。,8,定時器的結(jié)構(gòu)及工作原理,當控制信號 定時器工作在定時方式；加1計數(shù)器對脈沖f進行計數(shù)，每來一個脈沖，計數(shù)器加1，直到計時器計滿溢出； 因為 ，即一個計數(shù)脈沖的周期就是一個機器周期；計

4、數(shù)器計數(shù)的是機器周期脈沖個數(shù)。從而實現(xiàn)定時。 當控制信號 定時器工作在計數(shù)方式；加1計數(shù)器對來自輸入引腳T0(P3.4)和T1(P3.5)的外信號脈沖進行計數(shù)，每來一個脈沖，計數(shù)器加1，直到計時器計滿溢出；,9,控制信號K可以控制計數(shù)器的“啟動”和“停止”，,10,振蕩周期、時鐘周期、機器周期和指令周期,11,定時器的結(jié)構(gòu)及工作原理,在每個機器周期的S5P2期間采樣檢測引腳輸入電平。 若前一個機器周期采樣值為“1”，后一個機器周期采樣值為“0”，則計數(shù)器加1。 新的計數(shù)值在檢測到輸入引腳電平發(fā)生“1”到“0”的負跳變（下降沿）后，于下一個機器周期的S3P1期間裝入計數(shù)器中。 由于CPU需要兩個

5、機器周期來識別一個“1”到“0”的跳變信號，所以最高的計數(shù)頻率為振蕩周期的1/24。,12,定時器的結(jié)構(gòu)及工作原理,定時/計數(shù)器對輸入信號的要求 外部計數(shù)脈沖的最高頻率為系統(tǒng)振蕩器頻率的1/24，例如選用12MHz頻率的晶體，則可輸入500KHz的外部脈沖。 輸入信號的高、低電平至少要分別保持一個機器周期。 如圖所示，圖中Tcy為機器周期。,13,可編程定時器的工作方式、啟動、停止、溢出標志、計數(shù)器等都是可編程的通過設置寄存器TMOD,TCON,TH0,TL0,TH1和TL1 實現(xiàn)。 當設置了定時器的工作方式并啟動定時器工作后，定時器就按被設定好的工作方式獨立工作，不再占用CPU，只有在計數(shù)器

6、計滿溢出時才向CPU申請中斷，占用CPU。 由此可見，定時器是單片機中工作效率高且應用靈活的部件。,定時器的結(jié)構(gòu)及工作原理,14,定時器/計數(shù)器及其應用,定時器的TMOD和TCON寄存器,15,定時器的TMOD和TCON寄存器,8051單片機定時器主要有幾個特殊功能寄存器組成：TMOD,TCON,TH0,TL0,TH1,TL1。 TMOD：設置定時器的工作方式； TCON：控制定時器的啟動和停止； TH0和TL0 ：存放定時器T0的初值或計數(shù)結(jié)果； TH0存放高8位，TL0 存放低8位； TH1和TL1 ：存放定時器T1的初值或計數(shù)結(jié)果； TH1存放高8位，TL1 存放低8位；,16,工作方式

7、控制寄存器TMOD,8位分為兩組，高4位控制T1，低4位控制T0。 (1) GATE 門控位 0: 以TRX (X=0,1) 來啟動定時器/計數(shù)器運行。 1: 用外中斷引腳 (INT0*或INT1*) 上的高電平和TRX來啟動定時器/計數(shù)器運行。,(2) M1、M0 工作方式選擇位 M1 M0 工 作 方 式 0 0 方式0，13位定時器/計數(shù)器。 0 1方式1，16位定時器/計數(shù)器。 1 0 方式2，8位常數(shù)自動重新裝載 1 1 方式3，僅適用于T0， T0分成兩個8位計數(shù)器，T1停止計數(shù)。,(3) C/T* 計數(shù)器模式和定時器模式選擇位 0: 定時器模式。 1: 計數(shù)器模式。,(4) TM

8、OD無位地址，不能位尋址。 (5) 復位時，TMOD所有位均為“0”。,17,低4位與外部中斷有關，高4位的功能如下: (1) TF1、TF0 計數(shù)溢出標志位 定時器T0或T1計數(shù)溢出時，由硬件自動將此位置“1”； TFx可以由程序查詢，也是定時中斷的請求源； (2) TR1、TR0 計數(shù)運行控制位 TRx=1: 啟動定時器/計數(shù)器工作 TRx=0: 停止定時器/計數(shù)器工作,控制寄存器TCON,18,19,定時/計數(shù)器的初始化,51單片機的定時器/計數(shù)器是可編程的，但在進行定時或計數(shù)之前要對程序進行初始化，具體步驟如下： （1）對TMOD賦值，以確定定時器的工作模式； （2）置定時/計數(shù)器初值

9、，直接將初值寫入寄存器的TH0、TL0或TH1、TL1； （3）根據(jù)需要，對IE置初值，開放定時器中斷； （4）對TCON寄存器中的TR0或TR1置位，啟動定時/計數(shù)器，置位以后，計數(shù)器即按規(guī)定的工作模式和初值進行計數(shù)或開始定時。,20,定時/計數(shù)器的初始化,初值計算： 設計數(shù)器的最大值為M，則置入的初值X為： 計數(shù)方式：X=M-計數(shù)值 定時方式：由(M-X)T=定時值,得X=M-定時值/T T為計數(shù)周期，是單片機的機器周期。 （模式0: M為213，模式1: M為216，模式2和3: M為28）,例如：機器周期為1s 時， 若工作在模式0，則最大定時值為:2131s =8.192ms 若工作

10、在模式1,則最大定時值為: 2161s =65.536ms,21,定時器/計數(shù)器及其應用,定時器的工作方式,22,定時器T0有4種工作方式： 即：方式0，方式1，方式2，方式3。 定時器T1有3種工作方式： 即：方式0，方式1，方式2。,定時器的工作方式,23,方式0 M1、M0設置為00 ，為13位計數(shù)器，以T1為例，其框圖如下:,定時器的工作方式方式0,計數(shù)脈沖輸入,加1計數(shù)器,24,定時器的工作方式方式0,在這種方式下，16位寄存器TH1和TL1只用13位，由TH1的8位和TL1的低5位組成。TL1的高3位不定。 當TL1的低5位計數(shù)溢出時，向TH1進位。而TH1計數(shù)溢出時，則向中斷標志

11、位TF1進位（即硬件將TF1置1），并請求中斷。 可通過查詢TF1是否置“1”或考察中斷是否發(fā)生來判定定時器T1的操作完成與否。,25,定時器的工作方式方式0,當C/T=0時，為定時工作模式，開關接到振蕩器的12分頻器輸出上，計數(shù)器對機器周期脈沖計數(shù)。其定時時間為： (213-初值)振蕩周期12 例如：若晶振頻率為12MHz，則最長的定時時間為(213-0)(1/12)12us=8.191ms 當C/T=1時，為計數(shù)工作模式，開關與外部引腳T1(P3.5)接通，計數(shù)器對來自外部引腳的輸入脈沖計數(shù)。當外部信號發(fā)生負跳變時計數(shù)器加1。,26,定時器的工作方式方式0,GATE控制定時器Tx(T1或T

12、0)的條件： (1) 當GATE=0時，“或門”輸出恒為1，“與門”的輸出信號K由TRx決定(即此時K=TRx)，定時器不受INTx輸入電平的影響，由TRx直接控制定時器的啟動和停止。 TRx=1；計數(shù)啟動； TRx=0；計數(shù)停止； (2) 當GATE=1時， “與門”的輸出信號K由INTx輸入電平和TRx位的狀態(tài)一起決定(即此時K=TRxINTx)， 當且僅當TRx=1且INTx=1(高電平)時，計數(shù)啟動； 否則，計數(shù)停止。,返回,27,方式1 M1、M0=01，為16位的計數(shù)器，除位數(shù)外，其他與方式0相同。 其定時時間為： (216-初值)振蕩周期12 例如：若晶振頻率為12MHz，則最長

13、的定時時間為 (216-0)(1/12)12us=65.536ms,定時器的工作方式方式1,28,方式2 M1、M0=10 ，為自動恢復初值的8位計數(shù)器，等效框圖如下: TLx作為8位計數(shù)器，THx作為重置初值的緩沖器。,定時器的工作方式方式2,THx作為常數(shù)緩沖器，當TLx計數(shù)溢出時，在置“1”溢出標志TFx的同時，還自動的將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)器的方式2工作過程如圖 (x=0, 1) 。,29,優(yōu)點： 方式0和方式1用于循環(huán)重復定時或計數(shù)時，在每次計數(shù)器擠滿溢出后，計數(shù)器復0。若要進行新一輪的計數(shù)，就得重新裝入計數(shù)初值。這樣一來不僅造成編程麻煩

14、，而且影響定時精度。而方式2具有初值自動裝入的功能，避免了這個缺點，可實現(xiàn)精確的定時。 缺點： 只有8位計數(shù)器，定時時間短、計數(shù)范圍小。其定時時間為： (28-初值)振蕩周期12 若晶振頻率為12MHz，則最長的定時時間為 (28-0)(1/12)12us=0.256ms,定時器的工作方式方式2,方式2工作過程圖 (x=0, 1) 。,30,定時器/計數(shù)器及其應用,定時器的編程和應用,31,定時器的編程和應用,編程說明 51單片機的定時器是可編程的，但在進行定時或計數(shù)之前要對程序進行初始化，具體步驟如下： （1）確定工作方式字：對TMOD寄存器正確賦值； （2）確定定時初值：計算初值，直接將初

15、值寫入寄存器的TH0、TL0或TH1、TL1； 初值計算： 設計數(shù)器的最大值為M，則置入的初值X為： 計數(shù)方式：X=M-計數(shù)值 定時方式：由(M-X)T=定時值,得X=M-定時值/T T為計數(shù)周期，是單片機的機器周期。 （模式0 M為213，模式1 M為216，模式2和3 M為28） （3）根據(jù)需要，對IE置初值，開放定時器中斷； （4）啟動定時/計數(shù)器，對TCON寄存器中的TR0或TR1置位，置位以后，計數(shù)器即按規(guī)定的工作模式和初值進行計數(shù)或開始定時。,32,定時器的編程和應用,例1 要在P1.0上輸出一個周期為2ms的方波，假設系統(tǒng)振蕩頻率采用12MHz。 利用T0方式0產(chǎn)生1ms的定時

16、方波的周期用T0來確定，讓T0每隔1ms計數(shù)溢出1次，即TF0=1；查詢到TF0=1 則CPU對P1.0取反。,即要使P1.0每隔1ms取反一次。,33,定時器的編程和應用,第一步： 確定工作方式字 方式0 (13位)最長可定時 8.192ms; 方式1 (16位)最長可定時 65.536ms; 方式2 (8位)最長可定時 256s。 T0為方式0， M1M0=00 定時工作狀態(tài)， C/T=0 GATE=0，不受INT0控制， T1不用全部取“0”值。 故TMOD=00H,34,定時器的編程和應用,第二步： 計算1ms定時的初值X 設初值為X，則有: (213-X) 1210-6 1/12=1

17、10-3 可求得：X=8192-1000=7192 X化為16進制， 即X=1C18H=1,1100,000 1,1000B。 所以，T0的初值為: TH0=E0H TL0=18H,35,例2 將例1中的輸出方波周期改為1秒。 分析： 周期為1s的方波要求500ms的定時。 (1) T0工作方式的確定 因定時時間較長，采用哪一種工作方式？由各種工作方式的特性，可計算出: 方式0 (13位)最長可定時 8.192ms; 方式1 (16位)最長可定時 65.536ms; 方式2 (8位)最長可定時 256s。 所以采用定時器定時加軟件計數(shù)的方法來實現(xiàn)延長定時。 選方式1，定時50ms，軟件計數(shù)10

18、次。 50ms 10=500ms。 所以，TMOD=01H,定時器的編程和應用,以上各方式 都不滿足要求,36,(2) 計算計數(shù)初值 因為: (216-X)1210-6 1/12=5010-3 所以: X=15536=3CB0H 因此: TH0=3CH，TL0=B0H (3) 10次計數(shù)的實現(xiàn) 設計一個軟件計數(shù)器，初始值設為10。每隔50ms定時時間到，產(chǎn)生溢出標志TF0，程序查詢到TF0=1，則軟件計數(shù)器減1。這樣減到0時就獲得了500ms的定時。,定時器的編程和應用,37,以上的定時程序中，程序都要重置計時器初值，這樣從定時器溢出發(fā)出溢出標志，到重裝完定時器初值，在開始計數(shù)，之間總會有一段時間間隔，使定時時間增加了若干微秒，造成定時不夠精確。 為了減小這種定時誤差，單片機中設置了工作方式2(自動重裝初值)，則可避免上述因素，省去程序中重裝初值的指令，實現(xiàn)精確定時。 但是工作方式2