《单片机原理》第四章.ppt

第4章 MCS-51单片机的定时/计数器原理及应用,4.1 MCS-51的定时/计数器概述4.2 定时/计数器的四种工作模式4.3 MCS-51对定时/计数器的控制4.4 定时计数器的初始化4.5 定时器应用举例（方式1）4.6 定时器门控位GATE的应用,8031/8051内部带有两个16位的定时/计数器8032/8052内部带有三个16位的定时/计数器,（1）是一个二进制的加法计数器，当计数器计满回零时刻自动产生溢出中断请求；（2）既可以用作定时器，也可用作计数器；（3）有四种工作模式：模式0、模式1、模式2和模式3；（4）定时时间和计数值均可通过程序设定，最大值与工作模式和单片机的时钟频率有关；（5）它是硬件延时逻辑电路，与软件延时相比，可以提高CPU的工作效率。,4.1 MCS-51的定时/计数器概述,4.1.1 定时/计数器的特点,1、定时产生一个标准的时间间隔 例如单片机使用这种方式可以产生一个符合某一要求的脉冲方波（如下图）。,输出波形,4.1.2 定时/计数器的应用,4.1 MCS-51的定时/计数器概述,2、计数对外部的事件（脉冲）进行统计外部事件的发生是随机的,单片机不可能预知外部事件何时发生，但可以进行统计（计数）。当达到所要求的计数值时，单片机进行相应的操作。,4.1 MCS-51的定时/计数器概述,单片机检测产品数量示意图,P0口 MCS-51T0,红外线扫描发射器,红外线接收电路,产品包装控制器,产品生产线,产品,传送带,4.1 MCS-51的定时/计数器概述,4.2 定时/计数器的四种工作模式,4.2.1 模式0 13位计数器模式 在某一个初值的基础上加1计数，当计数器计满为全“1”,再来一个计数脉冲时，就产生一个“溢出中断信号”TFi=1。,高三位弃用,图1 T1方式0控制逻辑,问题：（1）如何控制是定时还是计数？（2）如何控制定时/计数的长短？（3）如何启动定时/计数器工作？,P3口第2功能,（1）C/T：计数器输入脉冲选择开关（2）寄存器初值：该参数决定着定时或计数的周期。（3）TR、GATE、INT1控制定时/计数器的启动：GATE=0时,TR1=1开始工作；TR1=0：计数器T1停止计数；GATE=1时(门控方式)，TR=1且/INT1=1时开始工作。此种方 式主要用于测量加在INT1脚上一个正脉冲的脉宽。（4）TF=1：计数或定时时间到，可采用查询或中断方式处理,4.2 定时/计数器的四种工作模式,计数值C=213-初值,定时时间T=（213-初值）Tosc 12,4.2 定时/计数器的四种工作模式,【注】C/T、TR、GATE均可通过定时器控制寄存器设置,4.2.1 模式0 13位计数器模式,返回,4.2.2 模式116位计数器模式（以T1为例）,定时时间=（216-初值）Tosc 12,4.2 定时/计数器的四种工作模式,返回,由TL1做计数器，TH1做初值寄存器，工作前TL1、TH1分别预置相同的初值。TL1计数时，当产生溢出的同时，将TH1中的初值自动重装TL1。TL1继续计数。,4.2.3 模式28位自动重装初值模式,定时时间=（28-TH1初值）Tosc 12,4.2 定时/计数器的四种工作模式,用作串行口波特率发生器,在这种模式中，单片机将T0和T1重新进行“拆分、组合”，将T0变为由TH0和TL0组成的两个独立的8位定时/计数器。,4.2.4 模式3 组合扩展模式（仅适用于T0）,4.2 定时/计数器的四种工作模式,模式3时定时器T0的结构图,（1）TH0计数脉冲来自内部fosc，所以只能处于“定时”方式；（2）TH0分别借用了定时器T1的TR1和TF1为自己服务，使TH0能象TL0那样用TR1启动定时，并用TF1来作为TH0的溢出中断的标志；（3）此时，T1缺少了启动控制信号TR1和溢出标志TF1，那么在模式3时，T1是如何启动和工作？没有溢出标志TF1，则T1就不去查询；没有启动控制信号TR1，可以让它在模式3之前就启动工作，并将设定为自动重装模式（模式2），作串行口的波特率发生器。（4）模式3就是将单片机原有的T0、T1两个计数器变成三个独立的计数器。其中T1要事先设定为模式2（串行口的波特率发生器）并启动起来。,结构图,4.2 定时/计数器的四种工作模式,模式3时T0（TH1、TH2）及T1的特点,定时/计数器4种模式比较,T=(M-TC)Tosc 12 其中，T:定时时间，Tosc:时钟周期。,C=M-TC其中，C:计数值，M:计数器的模，TC:计数初值,4.2 定时/计数器的四种工作模式,返回,GATE 选通门:GATE=0时,只要TR=1,计数器就开始工作；GATE=1时,只有INT=TR=“1”时,计数器工作（用来测量INT脚高电平脉冲的宽度）。C/T 计数、定时方式选择位:C/T=1时,计数方式。C/T=0时:定时方式。M1、M0 模式选择:确定四种工作模式.,T1,T0,1、模式控制寄存器TMOD（SFR的地址:89H）,结构图,4.3 MCS-51对定时/计数器的控制,MCS51通过控制寄存器TMOD和TCON实现对T0、T1的控制,返回,模式0、模式1：区别仅在于长度为13位和16位；模式2：常用于单片机串行通讯时作“波特率”发生器。模式3：仅T0可以工作于该模式,4.3 MCS-51对定时/计数器的控制,T1,T0,4.3.1 模式控制寄存器TMOD（SFR的地址:89H）,TF0 定时器T0的溢出标志:计数器溢出时硬件自动置位，即TF0=1。进入中断后硬件自动清除（TF0=0），若是查询方式则可由软件清除；TR0 计数器T0的控制位：由软件设定：TR0=1计数器开始工作；TR0=0计数器停止计数。TF1、TR1同上。,T0、T1的启动和溢出标志 外部中断标志和触发方式选择,4.3 MCS-51对定时/计数器的控制,返回,4.3.2 控制寄存器TCON（SFR地址：88H）,4.4 定时/计数器的初始化,（1）根据需要，设定工作方式（C/T位）计数或定时以及工作模式（M1、M0）；（2）确定初值TC；（3）若用中断方式，则要设置相应的中断参数、优先级别；（4）送命令字，启动计数器。,4.4.1 定时器初始化的步骤,4.4.2 计数、定时初值的计算,（1）计数初值计算公式：TC=M-C,计数器初值计算应用举例,【例】在模式0或模式1时，每接收100个外部事件，要求产生一个中断，确定计数初值。（1）模式1：TC=65536-100=65436=FF9CH（2）模式0：TC=8192-100=8092=1F9CH（注意TH、TL）,FFH,9CH,THi=FFHTLi=9CH,模式1,计算结果：1FH,9CH,实际初值：THi=FCH TLi=1CH,模式0,THi,TLi,模式0电路,4.4 定时/计数器的初始化,（2）定时器初值计算公式：TC=M T/T计数 其中：M 为计数模；T为定时时间；T计数为系统时钟周期的12倍，即12Tosc 设系统时钟为6MHz，则T计数=2 s。定时器4种模式的最大定时时间与M有关。,4.4 定时/计数器的初始化,4.4.2 计数、定时初值的计算,（1）确定模式：选择模式1，且C/T=0（定时方式）。（2）计算定时初值：TC=M T/T计数 TC=65536-50ms/2 s=65536-25000=40536=9E58H 即THi=9EH；TLi=58H【思考题】编写出使用T1时的初始化并启动定时的指令。,【例】请计算定时50ms所需要的定时初值。（设fosc=6MHz）,定时器初值计算应用举例,4.4 定时/计数器的初始化,MOV TMOD,#00010000B；T1为模式1定时方式MOV TH1,#9EHMOV TL1,#58H；送T1的50ms的定时初值SETB TR1；启动T1定时器,模式寄存器TMOD,4.4 定时/计数器的初始化,T1,T0,【例】请计算定时50ms所需要的定时初值。（设fosc=6MHz）,定时器初值计算应用举例,（3）定时器初始化程序,4.5 定时器应用举例（方式1）,20ms,10ms,10ms,【例1】利用单片机的P1.0产生一个频率为50Hz的对称方波(设fosc=6MHz)。,MCS-51P1.0,用单片机设计一个方波发生器示意图,0 0 0 0 0 0 0 1,TCON,【解】选择定时器并确定工作方式、工作模式和定时初值。（1）选用T0的定时方式（C/T=0）；（2）模式1（M2 M1=01)，（3）计算TC:TC=65536-10ms/2s=60536=EC78H 即TH0=ECH，TL0=78H（4）编程实现 可使用查询和中断两种方法，在此介绍查询法,TMOD,4.5 定时器应用举例（方式1）,ORG 1000H STRAT:MOV TMOD,#01H;设定时器0为定时，模式1SETB TR0;启动定时器T0 LOOP:MOV TH0,#0ECH;设定时初值MOV TL0,#78HJNB TF0,$;定时时间到？CLR TF0;清T0标志CPL P1.0;P1.0取反SJMP LOOP;循环继续END,程序清单（查询法）,4.5 定时器应用举例（方式1）,程序流程图（查询法）,设定T0的模式,启动T0,设定定时初值,TF0=1,清标志,CPL P1.0,N,Y,4.5 定时器应用举例（方式1）,【解】（1）选择T0且设定为定时方式、模式1。（2）TC=65536-50ms/2s=9E58H（3）TMOD控制字为：00000001B=01H（4）T0采用中断方式：即每50ms产生一次中断，中断20次便是1S。,【例2】利用P1.0口线输出周期为2S的方波。（要求用中断方式实现）,【分析】如何产生1S的定时？,1000ms的定时由50ms累计20次,4.5 定时器应用举例（方式1）,中断服务程序,程序流程图,主程序,初始化（T0设置）（开中断）（中断次数设置）,等待中断,START,4.5 定时器应用举例（方式1）,ORG 0000HLJMP STARTORG 000BHLJMP BRT0 ORG 1000HSTART:MOV TMOD,#01H；设T0为定时方式，模式1MOV TH0,#9EH；50mS定时初值MOV TL0,#58HMOV IE,#82H；开中断（T0）SETB TR0；启动定时器T0开始定时MOV R0,#14H；计数器R0赋初值20 SJMP$；等待T0中断（TF0=1时引发中断）ORG 0080HBRT0:DJNZ R0,NEXT；T0中断服务程序CPL P1.0；P1.0输出取反MOV R0,#14H；计数器R0重赋初值20NEXT:MOV TH0,#9EH；软件重装初值MOV TL0,#58HRETI；中断返回END,IE寄存器,程序清单,4.5 定时器应用举例（方式1）,4.6 定时器门控位GATE的应用,如果GATE=1，TR=1时电路是否计数取决于/INT0：/INT0=1 时开始计数；/INT0=0时电路停止计数。利用这一特点，可以实现测量外部脉冲的宽度。,（1）将外部脉冲接到P3.2（/INT0）上，使用T0且C/T=0，且令GATE=1；（2）计数器TH0、TL0原始初值为00H，且设为模式1；（3）在/INT0=0时设定TR0=1（T0准备计数）；（4）当/INT0=1时，定时器T0自动开始计数；（5）当/INT0=0时计数自动停止计数，此时TH0、TL0中的计数值就是与脉冲宽度相对应的数据。,脉宽测量的实现（以T0为例）,4.6 定时器门控位GATE的应用,计数停止（/INT0=0）完成计数,程序流程图,设定T0模式模式1，GATE=1,TH0、TL0原始清零,数据指针R0赋初值,INT0=0?,SETB TR0,INT0=0?,INT0=1?,CLR TR0,取TH、TL值,N,N,N,等待低电平,Y,准备计数,等待高电平（高电平时自动计数）,等待低电平（低电平时完成计数）,Y,Y,保存计数值,4.6 定时器门控位GATE的应用,INT0 EQU P3.2 MOV TMOD,#09H;设定T0为模式1且GATE0=1MOV TH0,#00HMOV TL0,#00H;计数器原始清零MOV R0,#20H;设置数据区指针并原始赋初值JB INT0,$;等待P3.2引脚上的脉冲变低,寻找准备阶段SETB TR0;INT0变低后，TR0置1（但不计数）JNB INT0,$;若INT0低电平则等待，（准备阶段）JB INT0,$;若INT0高电平则等待（计数阶段）CLR TR0;INT0变低后，关闭T0（完成计数）MOV R0,TL0INC R0MOV R0,TH0;保存计数器T0的计数值,4.6 定时器门控位GATE的应用,准备阶段 计数阶段 完成计数,MCS-51INT0,外部脉冲,【说明】若系统时钟为12MHz，则T=（THL、TL0）1s,作 业,定时与计数的区别是什么？如何控制MCS-51单片机进行定时或计数、及四种工作模式？如何启动定时/计数器工作？定时或计数的值由什么来决定？如何判断定时/计数是否完成？四种模式中，哪一种计数/定时的范围最大？哪一种具有自动重装功能，它用于什么场合？GATE端的作用是什么？它是如何工作的？,高电平,四位二进制异步加法计数器,返回,3.3.1 中断的开放和关闭控制,EA：总允许位（一级控制）ES：串行口中断允许位（二级控制）ES=1时，允许RI、TI引发中断，否则禁止串口中断。ET1、ET0：定时器T1、T0允许位（二级控制）EX1、EX0：外中断/int1、/int0允许位（二级控制）“1”允许；“0”禁止中断。,3.3 中断的控制,由中断允许寄存器IE实现两级控制（SFR地址:0A8H）,返回,结构图,例如，要允许外部中断INT0开放，则可用下列指令：SETB EA SETB EX0,或mov IE，#81H,P3.0 P3.7 P3端口线（10 17脚）：通用I/O端口，负载能力为4个TTL；具有第二功能。,P3口第二功能表,1.2 MCS-51单片机内部结构及引脚定义,返回,