单片微机原理与应用 教学课件 ppt 作者 罗印升 2011-part_05

1、2019/5/25,1,“单片机原理与应用”课程,第 5 章 51系列单片机的定时器/计数器,2019/5/25,2,第5章 51系列单片机的定时/计数器,5.1 定时器/计数器简介,5.2 定时器/计数器控制,5.3 定时器/计时器的工作模式及控制,2019/5/25,3,【基本知识点与要求】 (1) 了解51系列单片机定时器/计数器的结构和工作原理。 (2) 掌握51系列单片机定时器/计数器的工作模式、特点及应用,【重点与难点】 重点和难点是51系列单片机的定时器/计数器的工作模式、特点及其应用。,在控制系统中，常常要求有定时或延时控制，如定时输出、定时监测、定时扫描等；也常常要求还有计数功能，即能对外部事件进行计数。本章首先介绍定时器/计数器的一般结构和工作原理；其次介绍51系列单片机的定时器/计数器控制；然后介绍51系列单片机定时器/计数器的工作模式及其应用方法。,第5章 51系列单片机的定时/计数器,2019/5/25,4,5.1 定时器/计数器简介,5.1.1 定时器/计数器的一般工作方式,实现定时/计数的主要方法有3种：软件定时、硬件定时和可 编程定时器/计数器。,软件定

2、时：通过执行一段循环程序而产生延时。这是常用的一种定时方法，主要用于短时定时。其优点是不需要增加硬件设备；缺点是增加了CPU的时间开销，降低了CPU的效率。此外，软件定时的时间随微机时钟频率不同而发生变化,硬件定时：采用硬件电路完成定时，不占用CPU的时间。这种方法定时时间长，但是当要求改变定时时间时，只能通过改变硬件电路中的元件参数来实现，使用不够灵活。,2019/5/25,5,通常微机系统中均采用可编程定时器/计数器。可编程定时器/计数器是由一个N位计数器、计数时钟源控制电路、状态寄存器和控制寄存器等组成。计数器的计数方式有加1计数和减1计数两种。计数的时钟可以使用内部时钟也可以使用外部输入的时钟。,可编程定时器/计数器：综合了软件定时和硬件定时法各自的优点，其最大的灵活性是可以通过软件编程来选择定时或者计数、改变定时时间。其优点是工作方式灵活、占用CPU的时间少。,5.1 定时器/计数器简介,2019/5/25,6,1定时器方式 定时器方式就是计数器对内部机器周期计数，由于机器周期 持续的时间是固定的，所以对机器周期的计数也就是定时功能。 计数值乘以机器周期的时间就是定时时间t。

3、,定时器/计数器的一般结构,5.1 定时器/计数器简介,2019/5/25,7,2计数器方式 计数器方式是对外部输入的时钟计数，其计数的目的是对外部时钟累加统计或是为了测量外部输入脉冲的参数。,5.1.2 51系列单片机的定时器/计数器结构与原理,1. 定时器/计数器的结构 AT89S51单片机内部集成了2个16位的可编程定时器计数器，即定时器/计数器0和定时器/计数器1，分别简记为T0和T1。它们既可以实现定时，也可以对外部事件进行计数，T1还可以作为串行接口通信的波特率发生器。,5.1 定时器/计数器简介,AT89S51单片机的定时器/计数器主要由两个16位加1计数器T0、T1、定时器工作模式寄存器TMOD和定时器控制寄存器TCON等四部分组成。,2019/5/25,8,AT89S51定时器/计数器内部结构图,5.1 定时器/计数器简介,2019/5/25,9,定时功能: 定时器/计数器设置为定时功能时，加1计数器对单片机内部的机器周期脉冲进行计数，每过一个机器周期、计数器的数值加1。当计数器加到全为1时，再计入一个脉冲就使计数器发生溢出、并回到零。计数器的溢出使TCON中的溢出标

4、志位（TF0或TF1）置1，表示定时时间已到，向CPU发出中断请求。,5.1 定时器/计数器简介,2. 定时器/计数器的工作原理,计数功能: 定时器/计数器设置为计数功能时，是对单片机的T0（P3.4）或T1（P3.5）引脚上输入脉冲的每一个1到0的跳变进行加l计数。单片机在每个机器周期都会对T0和T1引脚的输入电平进行采样，如果前一个机器周期的采样值为1，而下一个机器周期的采样值为0，则加1计数器的值加1。,2019/5/25,10,定时器/计数器的工作模式设定、功能选择和控制是由TMOD和TCON两个特殊功能寄存器来完成的，当单片机系统复位后，两个特殊功能寄存器都被清零。,5.2 定时器/计数器控制,5.2.1 定时器/计数器的工作模式寄存器TMOD,TMOD用于选择T0和T1的工作模式，是一个逐位定义的8位寄存器，只能字节寻址，字节地址为89H。其格式如下：,2019/5/25,11,（1）GATE：门控位。 GATE1时，由外部中断引脚输入的电平和定时器/计数器启、停控制位（TR0、TR1）共同来控制定时器。 GATE0时，仅由TR0（TR1）置位或者清零来启动或者停止定时器T

5、0（T1）。,（2） ：功能选择位。 =1时，选择计数功能，通过引脚T0（P3.4）对外部输入脉冲信号进行计数。 =0时，选择定时功能。计数输入信号是内部时钟脉冲，每个机器周期计数器的值加1。计数频率为时钟频率的112，当采用12MHz的晶振时，计数频率为1MHz。定时器的定时时间与系统的时钟频率fosc、计数器的长度和初始值等有关。,5.2 定时器/计数器控制,2019/5/25,12,5.2 定时器/计数器控制,（3） M1、M0：工作模式选择位。,5.2.2 定时器/计数器的控制寄存器TCON,控制寄存器TCON是一个逐位定义的8位寄存器，既可字节寻址也可以位寻址，字节地址是88H，位寻址的地址为88H8FH。其格式如下：,2019/5/25,13,TCON寄存器可分成两部分：高4位用于定时器/计数器的控制，低4位用于外部中断的控制。,（1）TF1（TCON.7位）：T1的溢出标志位。T1溢出时，该位由内部硬件自动置位。若中断开放，即向CPU 发出中断申请，响应中断进入中断服务程序后，由硬件自动清0；若中断禁止，TF1位可作溢出查询测试用（判断该位是否为1），此时只能由软件清0。

6、,（2）TR1（TCON.6位）：T1的启动、停止控制位。,5.2 定时器/计数器控制,2019/5/25,14,当GATE0时，若使用指令 SETB TR1，则启动T1。若使用指令 CLR TR1，则停止定时器T1工作； 当GATE1时，若使用指令 SETB TR1，且外部中断的引脚输入高电平时才能启动T1工作。,（3）TF0（TCON.5位）：T0的溢出标志位。 其功能及操作情况与TF1相同。,5.2 定时器/计数器控制,（4）TR0（TCON.4）：T0的启动、停止控制位。 其功能及操作情况与TR1相同。,5.2.3 定时器/计数器的初始化,2019/5/25,15,定时器/计数器的初始化：定时器/计数器运行前，CPU必须将一些命令（称为控制字）写入定时器/计数器，这个过程称 之。,初始化的内容主要包括：设置TMOD、中断允许寄存器IE和中断优先级寄存器IP，装入时间常数，启动定时器/计数器工作。,（1）选择定时器/计数器及其工作模式，确定模式控制字，并写入TMOD。 （2）根据需要开启定时器/计数器的中断。 （3）装入定时器/计数器的初值。 （4）设置定时器/计数器的中断优先级

7、。 （5）启动定时器/计数器工作。,5.2 定时器/计数器控制,定时器/计数器初始化步骤,2019/5/25,16,5.2 定时器/计数器控制,（1）选择定时器/计数器及其工作模式，确定模式控制字，并写入TMOD。使用T0，需定义TMOD的低4位，使用T1，需定义TMOD的高4位。,定时器/计数器初始化步骤,（2）根据需要开启定时器/计数器的中断。IE中与定时器/计数器中断有关的位为EA、ET0和ET1。,（3）装入定时器/计数器的初值。定时或计数初值就是预先置入定时器/计数器中的计数器的常数，称为定时常数或计数常数，标记为TC (Timer Constant ) 。,（4）设置定时器/计数器的中断优先级。IP中与定时器/计数器优先级有关的位是PT0和PT1位。,2019/5/25,17,若需要定时的时间为t，则有下式：,（5）启动定时器/计数器工作。置位TR0或TR1，就可以启动定时器/计数器T0或T1。,5.2 定时器/计数器控制,2. 定时器/计数器初值计算,式中： t 定时时间 机器周期 单片机时钟频率 L计数器长度，模式0时，L=13；模式1，L=16；模式2或3，L=8。

8、TC定时器/计数器初值（常数）,2019/5/25,18,3. 定时器/计数器初值装入,不同的工作模式下初值的装入方法有所不同（以T0为例，T1与T0类似）,若工作在计数器方式时，需要的计数值为CC，则计数初值TC的计算如下： TC = 2L计数值（CC） 定时器/计数器的定时或计数初值与工作模式、计数长度之间的关系如下页表5-2,5.2 定时器/计数器控制,模式0是13位定时器/计数器，计数初值的高8位装入TH0，而低5位装入TL0的低5位（TL0的高3位无效，可填0）。 模式1是16位定时器/计数器，计数初值的高8位装入TH0，而低8位装入TL0。 模式2是自动重装入初值8位定时器/计数器，只要装入一次，溢出后就自动装入初值。计数初值既要装入TH0，也要装入TL0。,2019/5/25,19,5.2 定时器/计数器控制,2019/5/25,20,5.3.1 模式0及应用,当TMOD中的M1M0=00时，选定工作模式0。模式0的定时器/计数器逻辑结构如图所示。由TLx中的低5位（高3位未用）和THx中的8位组成13位加1计数器；若TLx中的第5位有进位，直接进到THx的最低位，THx

9、溢出后将TFx置位，并向CPU申请中断。,5.3 定时器/计数器工作模式及应用,2019/5/25,21,【例题5-1】 已知时钟频率f=12MHz，要求在P1.0引脚上输 出周期为2ms的方波。,解：（1）题意分析与定时器初始化。,方波的周期为2ms，则需要设定1ms的定时，每隔1ms产生一次定时中断，在中断服务程序中对P1.0引脚输出信号取反，即可达到题目的要求。 选用T0定时功能，使用工作模式0。,TC为7192=1C18H，转换为二进制数TC =0001110000011000B，取低13位，其中高8位为E0H，低5位为18H。 计数初值为7192，定时时间为,5.3 定时器/计数器工作模式及应用,2019/5/25,22,5.3 定时器/计数器工作模式及应用,TMOD设定,（2）编程 ORG 0000H AJMP MAIN ORG 000BH ；T0中断入口地址 AJMP INQP ORG 0030H MAIN： MOV SP，#60H ；设置堆栈指针,2019/5/25,23,5.3 定时器/计数器工作模式及应用,MOV TMOD，#00H ；写入控制字 MOV TH0，#0E0H ；写定时常数（定时1ms） MOV TL0，#18H SETB TR0 ；启动T0 SETB ET0 ；允许T0中断 SETB EA ； 开放CPU中断 HERE： AJMP HERE ；等待定时中断 INQP： MOV TH0，#0E0H ；重新写入定时常数 MOV TL0，#18H CPL P1.0 ；P1.0变反输出 RETI ；中断返回 END,2019/5/25,24,5.3.2 模式1及应用,当TMOD中的M1M0=01时，选定工作模式1。模式1的定时器/计数器逻辑结构如图5-4所示。在模式1下，定时器/计数器是由THx中的8位和TLx中的8位组成一个16位加1计

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