51单片机定时器ppt课件.ppt
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1、定时器/计数器及其应用,2,定时器/计数器及其应用,定时器/计数器的应用场合: 定时或延时控制、对外部事件的检测、计数等;MCS-51系列8031、8051单片机有两个16位定时器/计数器(即T0和T1);8032、8052单片机有3个16位定时器/计数器(即T0、 T1和T2);,3,定时器/计数器及其应用,所谓计数器就是对外部输入脉冲的计数;所谓定时器也是对脉冲进行计数完成的,计数的是MCS-51内部产生的标准脉冲,通过计数脉冲个数实现定时。所以,定时器和计数器本质上是一致的,在以后的叙述中将定时器/计数器笼统称为定时器。,4,5,第5章 定时器/计数器及其应用,5.1 定时器的结构及工作
2、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,6,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,7,5.1 定时器的结构及工作原理,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;
3、单片机复位时,两个寄存器的所有位都被清0。,8051定时器内部结构框图,8,5.1 定时器的结构及工作原理,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
4、,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) 。,9,5.1 定时器的结构及工作原理,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;,10,控制信号K可以控制计数器的“启动”和“停止”,,11,振荡周
5、期:是振荡脉冲的周期,也成为“拍”,用P表示。就是晶体振荡器的周期,或外部振荡脉冲的周期。是MCS-51单片机的最小时序单位。,时钟周期:是振荡源信号经二分频后形成的时钟脉冲信号,用S表示。每个时钟周期分成P1、P2两个节拍,又被称为一个状态。是MCS-51单片机的最基本的时序单位。,机器周期:通常将完成一个基本操作所需的时间称为机器周期,由6个状态(12拍)组成,所以一个机器周期可以依次表示为S1P1、S2P2S6P1、S6P2。通常算术逻辑操作发生在节拍P1期间,而内部寄存器到寄存器的传送发生在节拍P2期间。,指令周期:是指CPU执行一条指令所需要的时间。是MCS-51单片机的最大的时序单
6、位,由若干个振荡周期组成。一个指令周期通常含有14个机器周期,MCS-51典型的指令周期为一个机器周期。,振荡周期、时钟周期、机器周期和指令周期,12,5.1 定时器的结构及工作原理,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。,13,5.1 定时器的结构及工作原理,定时/计数器对输入信号的要求外部计
7、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。,14,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。,5.1 定时器的结构及工作原理,15,第5章 定时器/计数器
8、及其应用,5.2 定时器的TMOD和TCON寄存器,16,5.2 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;,17,5.2.1 工作方式控制寄存器TMOD,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)
9、来启动定时器/计数器运行。1: 用外中断引脚 (INT0*或INT1*) 上的高电平和TRX来启动定时器/计数器运行。,(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,T0分成两个8位计数器,T1停止计数。,(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。,(4) TMOD无位地址,不能位寻址。(5) 复位时,TMOD所有位均为“0”。,18,低4位与外部中断有关,后面介绍。高4位的功能如下: (1
10、) TF1、TF0 计数溢出标志位 定时器T0或T1计数溢出时,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,5.2.2 控制寄存器TCON,19,20,5.2.3 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
11、;(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初值进行计数或开始定时。,21,5.2.3 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),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,22,第5章 定时器/计数器及其应
12、用,5.3 定时器的工作方式,23,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种工作方式:即:方式0,方式1,方式2。,5.3 定时器的工作方式,24,5.2.1 方式0 M1、M0设置为00 ,为13位计数器,以T1为例,其框图如下:,5.3 定时器的工作方式方式0,计数脉冲输入,加1计数器,25,5.3 定时器的工作方式方式0,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
13、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。,26,5.3 定时器的工作方式方式0,当C/T=0时,为定时工作模式,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。,27,5.3 定时器的工作方式方式0,GATE控制定时器Tx(T1或T0)的条件:(
14、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。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。,返回,28,5.3.2 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
15、-0)(1/12)12us=65.536ms,5.3 定时器的工作方式方式1,29,5.3.3 方式2 M1、M0=10 ,为自动恢复初值的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。,5.3 定时器的工作方式方式2,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) 。,30,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
16、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,5.3 定时器的工作方式方式2,方式2工作过程图 (x=0, 1) 。,31,5.3.4 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
17、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,5.3 定时器的工作方式方式3,32,5.3 定时器的工作方式,各引脚与T0的逻辑关系如图所示:,33,2. 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、TF
18、1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“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0,5.3 定时器的工作方式,34,(2) T1工作在方式1,(3) T1工作在方式2,5.3 定时器的工作方式,35,第5章 定时器/计数器及其应用,5.4 定时器的编程和应用,36,5.4 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
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