51单片机定时器计数器解读课件.ppt
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1、第5章 定时器/计数器及其应用,5.1 定时器的结构及工作原理5.2 定时器的TMOD和TCON寄存器5.3 定时器的工作方式5.3.1 方式05.3.2 方式15.3.3 方式25.3.4 方式35.4 定时器的编程和应用,1,基本知识,定时器/计数器简介,1计数概念,同学们选班长时,要投票,然后统计选票,常用的方法是画“正”,每个“正”号五划,代表五票,最后统计“正”号的个数即可,这就是计数。单片机有两个定时/计数器T0和T1,都可对外部输入脉冲计数。,2计数器的容量,我们用一个瓶子盛水,水一滴滴地滴入瓶中,水滴不断落下,瓶的容量是有限的,过一段时间之后,水就会逐渐变满,再滴就会溢出。单片
2、机中的计数器也一样,T0和T1这两个计数器分别是由两个8位的RAM单元组成的,即每个计数器都是16位的计数器,最大的计数量是65536。,3. 定时,一个钟表,秒针走60次,就是1分钟,所以时间就转化为秒针走的次数,也就是计数的次数,可见,计数的次数和时间有关。只要计数脉冲的间隔相等,则计数值就代表了时间,即可实现定时。秒针每一次走动的时间是1秒,所以秒针走60次,就是60秒,即1分钟。因此,单片机中的定时器和计数器是一个东西,只不过计数器是记录的外界发生的事情,而定时器则是由单片机提供一个非常稳定的计数源。,4. 溢出,上面我们举的例子,水滴满瓶子后,再滴就会溢出,流到桌面上。单片机计数器溢
3、出后将使得TF0变为“1”,一旦TF0由0变成1,就是产生了变化,就会引发事件,就会申请中断。,5. 任意定时及计数的方法,计数器的容量是16位,也就是最大的计数值到65536,计数计到65536就会产生溢出。如果计数值要小于65536,怎么办呢?一个空的瓶子,要1万滴水滴进去才会满,我们在开始滴水之前就先放入一些水,就不需要10000滴了。比如先放入2000滴,再滴8000滴就可以把瓶子滴满。在单片机中,我们也采用类似的方法,称为“预置数”的方法,我们要计1000,那就先放进64536,再来1000个脉冲,不就到了65536了吗?定时也是如此。,6单片机定时器/计数器的结构,5.1 定时器的
4、结构及工作原理,组成:两个16位的定时器T0和T1,以及他们的工作方式寄存器TMOD和控制寄存器TCON等组成。内部通过总线与CPU相连。定时器T0和T1各由两个8位特殊功能寄存器TH0、TL0、TH1、TL1构成。工作方式寄存器TMOD:用于设置定时器的工作模式和工作方式;控制寄存器TCON:用于启动和停止定时器的计数,并控制定时器的状态;单片机复位时,两个寄存器的所有位都被清0。,8,两个可编程的定时器/计数器T1、T0。每个定时器内部结构实际上就是一个可编程的加法计数器,由编程来设置它工作在定时状态还是计数状态。两种工作模式: (1) 计数器工作模式就是对外部事件进行计数。计数脉冲来自相
5、应的外部输入引脚T0(P3.4)或T1(P3.5)。当输入信号发生由1至0的负跳变(下降沿)时,计数器(TH0,TL0或TH1,TL1)的值增1。计数的最高频率一般为振荡频率的1/24。Why?(2) 定时器工作模式也是通过计数实现的。计数脉冲来自内部时钟脉冲,每个机器周期计数值增1,每个机器周期=12个振荡周期,因此计数频率为振荡频率的1/12。所以定时时间=计数值机器周期。4种工作方式 (方式0-方式3) 。,10,当控制信号 定时器工作在定时方式;加1计数器对脉冲f进行计数,每来一个脉冲,计数器加1,直到计时器计满溢出; 因为 ,即一个计数脉冲的周期就是一个机器周期;计数器计数的是机器周
6、期脉冲个数。从而实现定时。当控制信号 定时器工作在计数方式;加1计数器对来自输入引脚T0(P3.4)和T1(P3.5)的外信号脉冲进行计数,每来一个脉冲,计数器加1,直到计时器计满溢出;,控制信号K可以控制计数器的“启动”和“停止”,,11,在每个机器周期的S5P2期间采样检测引脚输入电平。若前一个机器周期采样值为“1”,后一个机器周期采样值为“0”,则计数器加1。新的计数值在检测到输入引脚电平发生“1”到“0”的负跳变(下降沿)后,于下一个机器周期的S3P1期间装入计数器中。由于CPU需要两个机器周期来识别一个“1”到“0”的跳变信号,所以最高的计数频率为振荡周期的1/24。,12,5.1
7、定时器的结构及工作原理,13,定时/计数器对输入信号的要求外部计数脉冲的最高频率为系统振荡器频率的1/24,例如选用12MHz频率的晶体,则可输入500KHz的外部脉冲。输入信号的高、低电平至少要分别保持一个机器周期。如图所示,图中Tcy为机器周期。,可编程定时器的工作方式、启动、停止、溢出标志、计数器等都是可编程的通过设置寄存器TMOD,TCON,TH0,TL0,TH1和TL1 实现。当设置了定时器的工作方式并启动定时器工作后,定时器就按被设定好的工作方式独立工作,不再占用CPU,只有在计数器计满溢出时才向CPU申请中断,占用CPU。由此可见,定时器是单片机中工作效率高且应用灵活的部件。,1
8、4,5.2 定时器的TMOD和TCON寄存器,8051单片机定时器主要有几个特殊功能寄存器组成:TMOD,TCON,TH0,TL0,TH1,TL1。TMOD:设置定时器的工作方式;TCON:控制定时器的启动和停止;TH0和TL0 :存放定时器T0的初值或计数结果; TH0存放高8位,TL0 存放低8位;TH1和TL1 :存放定时器T1的初值或计数结果; TH1存放高8位,TL1 存放低8位;,15,5.2.1 工作方式控制寄存器TMOD,16,8位分为两组,高4位控制T1,低4位控制T0。(1) GATE 门控位 0: 以TRX (X=0,1) 来启动定时器/计数器运行。1: 用外中断引脚 (
9、INT0*或INT1*) 上的高电平和TRX来启动定时器/计数器运行。,(4)TMOD无位地址,不能位寻址。(5)复位时,TMOD所有位均为“0”。,(3) C/T* 计数器模式和定时器模式选择位0: 定时器模式。 1: 计数器模式。,(2) M1、M0 工作方式选择位 M1 M0 工 作 方 式 0 0 方式0,13位定时器/计数器。 0 1方式1,16位定时器/计数器。 1 0 方式2,8位常数自动重新装载 1 1 方式3,仅适用于T0,,5.2.2 控制寄存器TCON,低4位与外部中断有关,后面介绍。高4位的功能如下: (1) TF1、TF0 计数溢出标志位 定时器T0或T1计数溢出时,
10、由硬件自动将此位置“1”;TFx可以由程序查询,也是定时中断的请求源;(2) TR1、TR0 计数运行控制位 TRx=1: 启动定时器/计数器工作 TRx=0: 停止定时器/计数器工作,18,5.2.3 定时/计数器的初始化,MCS-51单片机的定时器/计数器是可编程的,但在进行定时或计数之前要对程序进行初始化,具体步骤如下:(1)对TMOD赋值,以确定定时器的工作模式;(2)置定时/计数器初值,直接将初值写入寄存器的TH0、TL0或TH1、TL1;(3)根据需要,对IE置初值,开放定时器中断;(4)对TCON寄存器中的TR0或TR1置位,启动定时/计数器,置位以后,计数器即按规定的工作模式和
11、初值进行计数或开始定时。,19,5.2.3 定时/计数器的初始化,初值计算: 设计数器的最大值为M,则置入的初值X为: 计数方式:X=M-计数值 定时方式:由(M-X)T=定时值,得X=M-定时值/T T为计数周期,是单片机的机器周期。(模式0: M为213,模式1: M为216,模式2和3: M为28),20,例如:机器周期为1s 时, 若工作在模式0,则最大定时值为:2131s =8.192ms 若工作在模式1,则最大定时值为: 2161s =65.536ms,5.3 定时器的工作方式,MCS-51的定时器T0有4种工作方式:即:方式0,方式1,方式2,方式3。MCS-51的定时器T1有3
12、种工作方式:即:方式0,方式1,方式2。,21,5.3 定时器的工作方式方式0,5.2.1 方式0 M1、M0设置为00 ,为13位计数器,以T1为例,其框图如下:,22,计数脉冲输入,加1计数器,5.3 定时器的工作方式方式0,23,在这种方式下,16位寄存器TH1和TL1只用13位,由TH1的8位和TL1的低5位组成。TL1的高3位不定。当TL1的低5位计数溢出时,向TH1进位。而TH1计数溢出时,则向中断标志位TF1进位(即硬件将TF1置1),并请求中断。可通过查询TF1是否置“1”或考察中断是否发生来判定定时器T1的操作完成与否。,5.3 定时器的工作方式方式0,当C/T=0时,为定时
13、工作模式,开关接到振荡器的12分频器输出上,计数器对机器周期脉冲计数。其定时时间为:(213-初值)振荡周期12例如:若晶振频率为12MHz,则最长的定时时间为(213-0)(1/12)12us=8.191ms当C/T=1时,为计数工作模式,开关与外部引脚T1(P3.5)接通,计数器对来自外部引脚的输入脉冲计数。当外部信号发生负跳变时计数器加1。,24,5.3 定时器的工作方式方式0,GATE控制定时器Tx(T1或T0)的条件:(1) 当GATE=0时,“或门”输出恒为1,“与门”的输出信号K由TRx决定(即此时K=TRx),定时器不受INTx输入电平的影响,由TRx直接控制定时器的启动和停止
14、。TRx=1;计数启动;TRx=0;计数停止;(2) 当GATE=1时, “与门”的输出信号K由INTx输入电平和TRx位的状态一起决定(即此时K=TRxINTx),当且仅当TRx=1且INTx=1(高电平)时,计数启动;否则,计数停止。,25,5.3 定时器的工作方式方式1,5.3.2 方式1 M1、M0=01,为16位的计数器,除位数外,其他与方式0相同。其定时时间为:(216-初值)振荡周期12例如:若晶振频率为12MHz,则最长的定时时间为(216-0)(1/12)12us=65.536ms,26,5.3 定时器的工作方式方式2,5.3.3 方式2 M1、M0=10 ,为自动恢复初值的
15、8位计数器,等效框图如下: TLx作为8位计数器,THx作为重置初值的缓冲器。,27,THx作为常数缓冲器,当TLx计数溢出时,在置“1”溢出标志TFx的同时,还自动的将THx中的初值送至TLx,使TLx从初值开始重新计数。定时器/计数器的方式2工作过程如图 (x=0, 1) 。,5.3 定时器的工作方式方式2,优点:方式0和方式1用于循环重复定时或计数时,在每次计数器挤满溢出后,计数器复0。若要进行新一轮的计数,就得重新装入计数初值。这样一来不仅造成编程麻烦,而且影响定时精度。而方式2具有初值自动装入的功能,避免了这个缺点,可实现精确的定时。缺点:只有8位计数器,定时时间短、计数范围小。其定
16、时时间为: (28-初值)振荡周期12若晶振频率为12MHz,则最长的定时时间为(28-0)(1/12)12us=0.256ms,28,方式2工作过程图 (x=0, 1) 。,5.3 定时器的工作方式方式3,5.3.4 方式3 只适用于定时器/计数器T0。T1不能工作在方式3。如果将T1置为方式3,则相当于TR1=0,停止计数 (此时T1可用来作串行口波特率产生器) 。1. 工作方式3下的T0 T0在方式3时被拆成两个独立的8位计数器:TH0和TL0。8位计数器TL0使用T0的状态控制位C/T*、GATE、TR0、INT0,它既可以工作在定时方式,也可以工作在计数方式。8位定时器TH0被固定为
17、一个8位定时器(不能作外部计数模式) ,并使用定时器T1的状态控制位TR1,同时占用定时器T1的中断请求源TF1。此时,定时器TH0的启动或停止只受TR1控制。TR1=1时,启动TH0的计数; TR1=0时,停止TH0的计数,29,5.3 定时器的工作方式,30,各引脚与T0的逻辑关系如图所示:,5.3 定时器的工作方式,2. T0工作在方式3下T1的各种工作方式 注意:当T0处于方式3时, T1仍可设置为方式0、方式1和方式2。当时由于TR1、TF1和T1的中断源都已被定时器T0(中的TH0)占用,所以定时器T1 仅有控制位C/T来决定其工作在定时方式或计数方式。当计数器计满溢出时,不能置位
18、“TF1”,而只能将输出送往串口。所以,此时定时器T1一般用作串口的波特率发生器,或不需要中断的场合。(1) T1工作在方式0,31,5.4 定时器的编程和应用,编程说明MCS-51单片机的定时器是可编程的,但在进行定时或计数之前要对程序进行初始化,具体步骤如下:(1)确定工作方式字:对TMOD寄存器正确赋值;(2)确定定时初值:计算初值,直接将初值写入寄存器的TH0、TL0或TH1、TL1;初值计算: 设计数器的最大值为M,则置入的初值X为: 计数方式:X=M-计数值 定时方式:由(M-X)T=定时值,得X=M-定时值/T T为计数周期,是单片机的机器周期。(模式0 M为213,模式1 M为
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