《顺序控制系统》PPT课件.ppt
第五章 定时/计数器顺序控制系统,5.1 顺序控制系统任务分析5.2 89C51单片机定时器/计数器5.3 基于89C51顺序控制系统,课程目标、重点与难点,课程目标：掌握单片机定时器/计数器的特点；学会利用单片机 进行顺序控制系统的设计与应用。课程重点与难点：合理选择定时器/计数器工作方式、初始值的计算、初始化程序的设计；1S定时程序的设计及工程中如 何运用定时计数器。,一、顺序控制系统实物图,5.1 顺序控制系统任务分析,图5-1 顺序控制系统实物图,二、顺序控制系统的硬件结构分析,图5-2 顺序控制系统硬件接线图,5.1 顺序控制系统任务分析,三、控制时序图,图5-3 顺序控制系统控制时序图,5.1 顺序控制系统任务分析,四、控制过程：1、状态1：P1输出0 x05，持续1s；2、状态2：P1输出0 x03，持续1s；3、状态3：P1输出0 x0f，持续1s；4、状态4：P1输出0 x0e，持续1s；5、状态5：P1输出0 x00，持续1s；6、状态6：P1输出0 x04，持续1s；再回到状态1，周而复始。,5.1 顺序控制系统任务分析,五、顺序控制系统的组成1、电工电子实验箱2、CPU89C51：主要起控制作用。3、5V继电器4个。4、24M晶振及2个20pF或30pF的起振电容。5、20F的电解电容，2个1K的电阻以及一个按钮开关。6、电阻（1K）、导线若干。,5.1 顺序控制系统任务分析,六、顺序控制系统所涉及的知识点（1）定时/计数器的概念。（2）89C51单片机中定时/计数器的应用。（3）C51定时/计数器中断服务程序的设计与应用。,5.1 顺序控制系统任务分析,5.2 89C51单片机定时器/计数器,定时和计数功能最终都是通过计数实现的，若计数的事件源是周期固定的脉冲，则可以实现定时功能，否则只能实现计数功能。因此可以将定时和计数功能由一个部件实现。实现定时和计数的方法一般有软件、专用硬件电路和可编程定时器/计数器三种方法。采用软件只能定时，且占用CPU时间，降低了CPU的使用效率。专用硬件电路可实现精确的定时和计数，但参数调节不便。可编程定时器计数器，不占用CPU时间，能与CPU并行工作，实现精确的定时和计数，又可以通过编程设置其工作方式和其它参数，因此使用方便。,一、定时器/计数器的功能1、定时方式：每一个计数周期(T计数)计数器加1，直至计满溢出(从全1到全0)产生中断请求。对于一个N位的加1计数器，若T计数是已知的，则从初值a开始加1计数至溢出所占用的时间为：当N=8、a=0时，最大定时时间为：T=256T计数,图5-4 定时器/计数器结构框图,5.2 89C51单片机定时器/计数器,2、计数方式：外部输入信号的下降沿触发计数，计数器在每个时钟周期或时钟周期的12分频采样外部输入信号，若一个周期的采样值为1，下一个周期的采样值为0，则计数器加1，故识别一个从1到0的跳变需2个周期，所以，单片机对外部输入信号最高的计数速率是时钟频率的1/24。同时，外部输入信号的高电平与低电平保持时间均需大于一个周期。,5.2 89C51单片机定时器/计数器,二、定时器/计数器的结构,5.2 89C51单片机定时器/计数器,图5-4 定时器/计数器结构框图,三、与定时器/计数器有关的特殊功能寄存器1、特殊功能寄存器TMOD,5.2 89C51单片机定时器/计数器,定时器工作方式选择：,5.2 89C51单片机定时器/计数器,2、定时/计数器控制寄存器（TCON）,TF1：定时器1溢出标志位。当定时器1计满数产生溢出时，TF1可作查询测试用，此时只能由软件清0。TR1：定时器1运行控制位。由软件置1或清0来启动或关闭定时器1。TF0：定时器0溢出标志位。其功能及操作情况同TF1。TR0：定时器0运行控制位。其功能及操作情况同TR1。,5.2 89C51单片机定时器/计数器,四、定时器/计数器的工作方式1、工作方式0,5.2 89C51单片机定时器/计数器,图5-5 定时器/计数器0工作方式0逻辑结构框图,计数器的计数值范围是：18192定时时间的计算公式为：（213计数初值）晶振周期12或（213计数初值）机器周期。,5.2 89C51单片机定时器/计数器,2、工作方式1当M1M0=01时，定时/计数器设为工作方式1，定时/计数器的等效电路如图5-6所示。,图5-6 定时器/计数器工作方式逻辑结构框图,5.2 89C51单片机定时器/计数器,计数器的计数值范围是：165536定时时间的计算公式为：（216计数初值）晶振周期12或（216计数初值）机器周期方式0和方式1的区别：在于计数器的位数不同，方式0为13位，而方式1则为16位，由TH0作为高8位，TL0为低8位，有关控制状态字（GATE、TF0、TR0）和方式0相同。,5.2 89C51单片机定时器/计数器,图5-7定时器/计数器工作方式2逻辑结构框图,3、工作方式2当M1M0=10时,定时/计数器为工作方式2。等效电路如图5-7所示。,5.2 89C51单片机定时器/计数器,工作方式2的特点：具有自动重装载初值功能，即自动加载计数初值。在这种工作方式中，16位计数器分为两部分，TL0为计数器，TH0作为预置寄存器，初始化时把计数初值分别加载至TL0和TH0中，当计数溢出时，不需要重新赋值时间常数，而由预置寄存器TH0以硬件方法自动给计数器TL0重新加载。,5.2 89C51单片机定时器/计数器,、工作方式 当M1M0=11时，定时/计数器处于工作方式3，定时/计数器T0被拆成两个独立的8位计数器TL0和TH0。其中TL0既可以作计数器使用，也可以作为定时器使用，定时/计数器T0的各控制位和引脚信号全归它使用。其功能和操作与方式0或方式1完全相同。TH0只能借用定时/计数器1的控制位TR1和TF1，也就是以计数溢出去置位TF1，TR1则负责控制TH0定时的启动和停止。等效电路参见图5-8。,5.2 89C51单片机定时器/计数器,图5-8 定时器/计数器T0工作方式3逻辑结构框图,5.2 89C51单片机定时器/计数器,在工作方式的情况下，定时/计数器1通常作为串行口的波特率发生器使用，以确定串行通信的速率，当作波特率发生器使用时，只需设置好工作方式，即可自动运行。,图5-9 定时器/计数器T1工作方式3逻辑结构框图,5.2 89C51单片机定时器/计数器,五、定时/计数器的编程和应用定时计数器的初始化编程步骤：（1）工作方式控制字送TMOD寄存器；（2）根据定时时间要求或计数要求计算计数器初值；（3）送计数初值的高八位和低八位到THi和TLi寄存器中；（4）启动定时（或计数），即将TRx置位（设置TCON）。（5）如果工作于中断方式，需要置位EA（中断总开关）及ETx（允许定时/计数器中断）并编中断服务程序。,5.2 89C51单片机定时器/计数器,最大定时时间（fOSC12MHz）：方式0：TMAX=2131s=8.192ms方式1：TMAX=2161s=65.536ms方式2、3：TMAX=281s=0.256ms,5.2 89C51单片机定时器/计数器,例5-1 用定时器实现P1.0所接LED每60ms亮或灭一次，设系统晶振为12M。分析：（1）设置定时器的工作方式，然后给定时器赋初值，即进行定时器的初始化。这里选择定时器0，工作于定时方式，工作方式1，即16位定时/计数的工作方式，不使用门控位。（2）工作方式控制字送TMOD。由（1）知定时器的工作方式字TMOD应为00000001B，即0 x01。,5.2 89C51单片机定时器/计数器,（3）定时初值应为65536600005536，由于不能直接给T0赋值，必须将5536转化为十六进制即为0 x15a0，这样可以写出初始化程序：TMOD0 x01；TH00 x15；TL00 xa0；（4）初始化定时器后，要定时器工作，必须将TR0置1，程序中用“TR01；”来实现。可以用中断或查询的方式来使用定时器。,5.2 89C51单片机定时器/计数器,给定时器赋初值的语句也可以采用如下方法：TH0=(65536-2000)/256;TL0=(65536-2000)%256;或 TH0=-2000/256;TL0=-2000%256;,5.2 89C51单片机定时器/计数器,1、查询方式参考源程序：include sbit P1_0=P10;void main(void)P1=0 xff;TMOD=0X01;TH0=0 x15;TL0=0 xa0;TR0=1,while(1)if(TF0=1)TF0=0;TH0=0 x15;TL0=0 xa0;P1_0=P1_0;,5.2 89C51单片机定时器/计数器,2、中断方式参考源程序：include sbit P1_0=P10;void timer0()interrupt 1 TH0=0 x15;TL0=0 xa0;P1_0=P1_0;,void main(void)P1=0 xff；TMOD=0X01；TH0=0 x15；TL0=0 xa0；TR0=1；EA=1；ET0=1；While(1)；,5.2 89C51单片机定时器/计数器,例5-2 P1口接有八个发光二极管，编程使八个管依次点亮，每个管亮100ms，设晶振为6MHz。,图5-10 例5-2的电路图,5.2 89C51单片机定时器/计数器,分析：利用T1完成100ms的定时，当P1口线输出“0”时，发光二极管亮，每隔100msP1口输出左移一次，采用定时方式1，先计算计数初值：由于fosc=6M，Tm=2s,因此时间常数的计算为：TH0=（65536-100000/2）/256；TL0=（65536-100000/2）%256；,5.2 89C51单片机定时器/计数器,1、查询方式参考源程序：#include void main(void)P1=0 xfe;/第一只LED亮 TMOD=0 x10；/定时器1方式 TH1=0 x3c；TL1=0 xb0；/装载计数初值 TR1=1；/启动T0,5.2 89C51单片机定时器/计数器,while(1)while（TF1=0）；/查询等待TF1置位 P1=1；/定时时间到，下一只LED亮 if(P1=0 x00)P1=0 xfe;TF1=0；/软件清TF1 TH0=（65536-100000/2）/256；TL0=（65536-100000/2）%256；,5.2 89C51单片机定时器/计数器,2、中断方式源程序：#include Timer1()interrupt 3 using 1/T1中断服务程序 P1=1;/下一只LED亮 TH0=（65536-100000/2）/256；/装载计数初值 TL0=（65536-100000/2）%256；void main(void)TMOD=0 x10;/T1工作在定时方式1,5.2 89C51单片机定时器/计数器,P1=0 xfe;/第一只LED亮 TH0=（65536-100000/2）/256；/装载计数初值 TL0=（65536-100000/2）%256；EA=1;ET1=1;/CPU开中断，允许T1中 TR1=1;/启动T1开始定时 while(1)；/等待中断,5.2 89C51单片机定时器/计数器,例5.3 若fOSC=12MHz，T1工作于方式1，产生50ms的定时中断，TF1为高级中断源。试编写主程序和中断服务程序，使P1.0产生周期为1s的方波。解：让P1.0每500ms取反一次即可实现。定时器的单次定时时间不可能达到500ms，可让定时器多次定时产生500ms的定时时间，如让T1工作在方式1，单次定时时间为50ms，那么T1中断10次就是500ms的时间。（1）确定定时常数假设使用fOSC的12分频作为计数源，则T计数12/fOSC 12/（12106）1s；时常初值为：216-5010315536=3CB0H；TH1=0 x3c，TL0=0 xb0。,5.2 89C51单片机定时器/计数器,（2）初始化程序 包括T1初始化和中断系统初始化，主要是对IP、IE、TCON、TMOD的相应位进行正确的设置，并将时间常数送入T1。本例中将初始化操作放在主程序中完成，当程序规模较大时，应编写单独的初始化程序，以利于程序的模块化设计。（3）中断服务程序 中断服务程序除了完成要求的方波产生这一工作之外，还要注意将时间常数重新送入T1中，为下一次产生中断作准备。,5.2 89C51单片机定时器/计数器,程序清单如下（主程序）：,#include sbit P1_0=P10;int count=10;/10次T1中断为500msvoid main(void)TMOD=0 x10;/T1方式1 P1_0=0;TH1=0 x3c;/初值 TL1=0 xb0;IE=0 x88;/允许T1中断 IP=0 x08;/TF1中断为高级中断 TCON=0 x20;/启动T1 while(1);/死循环，等待中断，产生方波,5.2 89C51单片机定时器/计数器,程序清单如下（中断服务程序）：,void Timer1_ISR(void)interrupt 3 TH1=0 x3c;/重装初值 TL1|=0 xb0;count-;/中断计数 if(count=0)/500ms到，重赋计数初值，P1.0取反 count=10;P1_0=P1_0;,问题：为什么用TL1|=0 xb0;而非TL1=0 xb0？,5.2 89C51单片机定时器/计数器,例5-4 在P1.7端接一个发光二极管LED，要求利用定时控制使LED亮一秒灭一秒周而复始，设fosc=12MHz。分析：当fosc=12MHz时，定时/计数器的最大定时时间为65.536ms，显然不能满足定时1S的要求，解决办法有两种。方法1：利用单片机的T0和T1来实现，即T0工作在定时方式，进行100ms的定时，T1工作在计数方式。控制方式为：T0定时50ms，定时时间到，P1.0取反作为T1的计数脉冲，当T1计10个脉冲正好为1S。硬件连线连线如图5-11所示。,5.2 89C51单片机定时器/计数器,图5-11硬件连线控制示意图,图5-12程序流程图,5.2 89C51单片机定时器/计数器,方法1：采用中断方式#include sbit P1_0=P10；sbit P1_7=P17；void timer0(void)interrupt 1 using 1/T0中断服务程序 P10=P10；/100ms到P1.0反向 TH0=（65536-50000）/256；/重载计数初值 TL0=（65536-50000）%256；,5.2 89C51单片机定时器/计数器,void timer(void)interrupt 3 using 2/T1中断服务 P1_P1_7;/1s到，灯变状态 main()P1_7=0;/置灯初始灭 P1_0=;/保证第一次反向便开始计数 TMOD=0 x61;/T0方式定时，T1方式计数 TH0=（65536-50000）/256；/计数初值 TL0=（65536-50000）%256；,5.2 89C051单片机定时器/计数器,TH1=(256-10);TL1=(256-10);/预置计数初值 IP=0 x08;/置优先级寄存器 EA=1;ET0=1;ET1=1;/开中断 TR0=1;TR1=1;/启动定时计数器*/while(1)；/等待中断,5.2 89C51单片机定时器/计数器,方法2：用T0定时，软件计数的方法。采用中断定时50ms，软件计数器count计数20次来实现1S定时，程序如下：#include sbit P1_7=P17；bit flag=1;unsigned char count=0;void timer0(void)interrupt 1 using 1 count+;if(count=20),5.2 89C51单片机定时器/计数器,count=0;/1S时间到。计数器count清0；flag=0;/1S时间到。标准位flag清0；TH0=（65536-50000）/256；/重载计数初值 TL0=（65536-50000）%256；main()P1_7=0;/置灯初始灭 TMOD=0 x01;/T0方式定时,5.2 89C51单片机定时器/计数器,TH0=（65536-50000）/256；/计数初值 TL0=（65536-50000）%256；EA=1;ET0=1;ET1=1;/开中断 TR0=1;while(1)while(flag);/等待中断 P1_7P1_7;/1s到，灯变状态 flag=1;/标志位置1，等待下一个1S,5.2 89C51单片机定时器/计数器,5.3 基于89C51顺序控制系统,一、89C2051顺序控制系统硬件设计,二、89C2051顺序控制系统程序流程图,中断控制程序流程图,5.3 基于89C51顺序控制系统,主程序流程图,5.3 基于89C51顺序控制系统,三、89C2051顺序控制系统软件设计#include sbit P1_0=P10；sbit P1_1=P11；sbit P1_2=P12；sbit P1_3=P13；sbit P1_7=P17；bit flag=1;bit flag1=0;unsigned char count;,5.3 基于89C51顺序控制系统,void timer0(void)interrupt 1 using 1 count+;if(count=20)count=0;/1S时间到。计数器count清0；flag=0;/1S时间到。标准位flag清0；TH0=（65536-50000）/256；/重载计数初值 TL0=（65536-50000）%256；,5.3 基于89C51顺序控制系统,main()TMOD=0 x01;/T0方式定时 TH0=（65536-50000）/256；/计数初值 TL0=（65536-50000）%256；EA=1;ET0=1;ET1=1;/开中断 P1=0 xff;while(1)if(P3_7=0),5.3 基于89C51顺序控制系统,flag1=1;TR0=1;while(flag1)while(flag);/等待1S flag=1;P1_1=0;P1_3=0;while(flag);/等待1S flag=1;,5.3 基于89C51顺序控制系统,P1_1=1;P1_2=0;while(flag);/等待1S flag=1;P1_2=1;P1_3=1;while(flag);/等待1S flag=1;P1_2=1;P1_3=1;while(flag);/等待1S flag=1;,5.3 基于89C51顺序控制系统,P1_0=0;while(flag);/等待1S flag=1;P1_1=0;P1_2=0;P1_3=0;while(flag);/等待1S flag=1;P1_1=1;P1_2=1;,5.3 基于89C51顺序控制系统,
