MCS51单片机定时器计数器.ppt

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1、1,第5章 MCS-51单片机定时器/计数器,主要内容 定时/计数器的工作原理模式 定时/计数器的工作方式 定时/计数器的应用,2,（1）定时器/计数器的概念,（2）MCS-51的定时器/计数器简介实质就是加计数器，可以编程控制。定时/计数器工作在定时模式时，计数脉冲信号来自单片机的内部，计数速率是晶振频率的1/12，当计数器启动后，每个机器周期计数器自动加1。定时/计数器工作在计数模式时，计数器对外部脉冲进行计数，计数器计数P3.4(T0脚）P3.5(T1脚）负跳变的次数。每产生一次负跳变，计数器自动加1。,5.1 概述,3,MCS-51定时器/计数器的逻辑结构,5.1 概述,4,5.2 定

2、时器/计数器的控制方法,（一）定时/计数器的工作方式寄存器（TMOD，89H）,5,定时器和计数器方式选择位 0，定时器方式，每一个机器周期计数器自动加1。1，计数器方式，在单片机T0引脚上每发生一次负跳变，计数器自动加1。GATE0，定时/计数器工作不受外部控制。GATE1，定时/计数器T0的起停受INT0引脚的控制。,TMOD各位的定义（以定时器/计数器T0为例）,5.2 定时器/计数器的控制方法,（一）定时/计数器的工作方式寄存器（TMOD，89H）,（一）定时/计数器的工作方式寄存器（TMOD，89H）,6,5.2 定时器/计数器的控制方法,（二）定时/计数器控制寄存器（TCON）控制

3、定时/计数器的起停，反映定时/计数器是否计满。,7,（二）定时/计数器控制寄存器（TCON）单片机复位时，特殊功能寄存器TCON被清0。TFx（x=0,1）和TRx（x=0,1）由软件方法置1或清0。既可按单元操作的方式，也可以按位操作方式。如启动定时/计数器T0和T1，清除溢出标志位TF0和TF1操作如下：SETB TR0 SETB TR1 CLR TF0 CLR TF1 或：MOV TCON,#01010000B,5.2 定时器/计数器的控制方法,8,注意：使用定时器/计数器时应注意以下几个方面：（1）MCS51的定时器/计数器为加1计数器。（2）定时器/计数器T1的工作方式没有方式3，如

4、果设置它为方式3（M1M0=11），定时器/计数器T1停止工作。（3）一般情况下，定时器/计数器T1溢出后，TF1自动置1，可以以此为判断标志，检测定时或计数是否完成，但在定时器/计数器T0设置为方式3时，TF1为1时意味着8位计数器TH0溢出，TF0为1表示8位计数器TL0溢出。（4）在计数器模式时，计数脉冲的频率不高于振荡器频率的1/24.,5.2 定时器/计数器的控制方法,（二）定时/计数器控制寄存器（TCON）,9,方式0,5.3 定时器/计数器的工作方式,10,当GATE=0时，只要TR0为1，TL0及TH0组成的13位计数器就开始计数；当GATE=1时，仅当TR0为1，且引脚输入信

5、号状态为1时，13位计数器开始计数。计数器开始工作时，当13位计数器从初始值开始加1计数，当13位计数器各位全1以后，再计数1次，计数器就产生溢出，则TF0位由硬件自动置1，同时把计数器清0。在方式0下，计数器计数范围是18192（213）。定时时间范围为18192个机器周期。,5.3 定时器/计数器的工作方式,方式0,11,（1）计数器工作模式计数N次，要求计数器溢出，设初始值为，则：，那么，预先给计数器装入初始值，当计数器计数 次后，溢出标志TF0为1。,5.3 定时器/计数器的工作方式及工作原理,方式0,12,（2）定时器模式 定时td，要求计数器溢出。首先计算定时td需要多少个机器周期

6、，即：设初始值为X，则：，预先给计数器装入初始值，当计数器计个机器周 期后，溢出标志TF0为1，定时时间到。,5.3 定时器/计数器的工作方式及工作原理,方式0,13,定时器计数器T0工作方式1的逻辑结构,5.3 定时器/计数器的工作方式及工作原理,方式1,14,当GATE=0时，只要TR0为1，TL0及TH0组成的16位计数器就开始计数；当GATE=1时，仅当TR0为1，且引脚输入信号状态为1时，16位计数器开始计数。计数器开始工作时，当16位计数器从初始值开始加1计数，当16位计数器各位全1以后，再计1次，计数器就产生溢出，则硬件自动把TF0位置1，同时把计数器清0。,5.3 定时器/计数

7、器的工作方式及工作原理,方式1,15,（1）计数器工作模式 计数N次，要求计数器溢出，设初始值为X，则：，那么，预先给计数器装入初始值，当计数器计数N次后，溢出标志TF0为1。,5.3 定时器/计数器的工作方式及工作原理,方式1,16,（2）定时器工作模式 定时td秒，要求计数器溢出。首先计算定时td需要多少个机器周期才能实现，即：设初始值为X，则：，那么，。预先给计数器装入初始值，当计数器计N个机器周期后，溢出标志TF0为1，定时时间到。方式1时，定时/计数器的最大计数次数为65536（初始值为0），最大定时时间为65536TM（初始值为0）。,5.3 定时器/计数器的工作方式及工作原理,方

8、式1,17,定时器计数器0在工作方式2的逻辑结构,5.3 定时器/计数器的工作方式及工作原理,方式2,18,当GATE=0时，只要TR0为1，计数器TL0开始计数；当GATE=1时，仅当TR0为1，且引脚输入信号状态为1时，计数器TL0开始计数。计数器开始工作时，当8位计数器TL0从初始值开始加1计数，当计数器各位全“1”以后，再计1次，计数器产生溢出，则TF0位由硬件自动置1，同时把TH0的内容装载到TL0。,5.3 定时器/计数器的工作方式及工作原理,方式2,19,（1）计数器工作模式 计数N次，要求计数器溢出，设初始值为X，则：，那么，预先给计数器装入初始值，当计数器计数N次后，溢出标志

9、TF0为1。,5.3 定时器/计数器的工作方式及工作原理,方式2,20,（2）定时器工作模式 定时td秒，要求计数器溢出。首先计算定时td需 要多少个机器周期才能实现，即：。设初始值为X，则：，那么，。预先给计数器装入初始值，当计数器计N 个机器周期后，溢出标志TF0为1，定时时间到。方式2时，定时/计数器的最大计数次数为256（初始值为0），最大定时时间为256TM（初始值为 0）。,5.3 定时器/计数器的工作方式及工作原理,方式2,21,当M1M0设置为11时，定时/计数器T0的工作方式为方式3。只有定时/计数器T0有方式3，定时/计数器T1没有工作方式3，如果把T1设置为方式3，计数器

10、将停止工作。在工作方式3下，定时器/计数器T0被拆分成2个独立的8位计数器TL0和TH0。,5.3 定时器/计数器的工作方式及工作原理,方式3,22,5.3 定时器/计数器的工作方式及工作原理,方式3,23,5.3 定时器/计数器的工作方式及工作原理,方式3,24,5.4.1 定时器计数器初始化 定时/计数器的初始化包括：1、设置工作方式,对TMOD赋值、预置计数器定时器计数初始值、设置中断控制位等、启动定时/计数器 定时和计数可以采用查询方式和中断方式实现。,5.4 定时器/计数器的编程应用举例,25,（一）采用查询方式实现定时和计数（1）确定工作方式、计数器或定时器模式及启动控制方式，构造

11、方式控制码并写入特殊功能寄存器TMOD：MOV TMOD,#控制码。（2）计算定时器或计数器的计数初始值，根据工作方式把初始值送人TH0、TL0或TH1、TL1。（3）启动定时/计数器：SETB TRx，x=0,1。定时/计数器开始工作，通过查询TFx是否为1来判断定时或计数是否达到要求。,5.4 定时器/计数器的编程应用举例,5.4.1 定时器计数器初始化,26,（二）采用中断方式实现定时和计数（1）确定工作方式、计数器或定时器模式及启动控制方式，构造控制码并写入特殊功能寄存器TMOD。（2）计算定时器或计数器的计数初始值，根据工作方式把初始值送人TH0、TL0或TH1、TL1。（3）开放C

12、PU中断，允许定时/计数器溢出中断CPU的工作：对IE寄存器编程。（4）启动定时/计数器：SETB TRx，x=0,1。当计数器溢出时，定时或计数达到要求，CPU响应中断，程序转移到相应的中断处理程序入口处。,5.4 定时器/计数器的编程应用举例,5.4.1 定时器计数器初始化,27,13位定时/计数器（方式0）最大计数次数为8192，当晶振频率时，最大定时时间为8.192 ms。16位定时/计数器（方式1）最大计数次数为65536，当晶振频率时，最大定时时间为65.536 ms。8位定时/计数器（方式2和方式3）最大计数次数为256，当晶振频率时，最大定时时间为0.256 ms。,5.4 定

13、时器/计数器的编程应用举例,5.4.2 定时器计数器应用,28,（一）方式0的应用,5.4 定时器/计数器的编程应用举例,5.4.2 定时器计数器应用,控制系统原理,29,（一）方式0的应用 例1：某生产线传送带上产品单向传送到包装机，传送带上的产品之间有间隔，使用光电开关检测产品个数，每计数到12个产品时，由气缸驱动的顶推装置把这批产品推入包装机包装，顶推装置的顶推气缸动作响应时间为50ms。系统采用单片机控制，采用定时/计数器实现产品计数。,5.4 定时器/计数器的编程应用举例,5.4.2 定时器计数器应用,30,解：（1）计数采用定时/计数器T1的方式0，则方式控制字为：即：（TMOD）

14、=01000000B。（2）期望计数的次数为12次，方式0实现计数，则计数初始值为：则（TH1）=11111111B，（TL1）=00010100B。,5.4 定时器/计数器的编程应用举例,31,（3）查询方式程序：CLR P1.0；顶推气缸复位MOV TMOD,#01000000B；设置工作方式0和计数器模式MOV TH1,#11111111B；设置计数初始值高8位MOV TL1,#00010100B；设置计数初始值低5位SETB TR1；计数器启动CNTING:JBC TF1,OK；检测是否溢出，若溢出，清溢出标志SJMP CNTING；等待，计数OK:MOV TH1,#11111111B

15、；重新装入计数常数值，以便下一；个计数循环同样计数12次溢出 MOV TL1,#00010100B,5.4 定时器/计数器的编程应用举例,32,SETB P1.0；顶推气缸动作ACALL DL50MS；控制信号保持50ms，以便气缸动作到位CLR P1.0；顶推气缸复位SJMP CNTING;延时50ms子程序，晶振频率为12M HzDL50MS:MOV R7,#50DL1MS:MOV R6,#200DL:NOPNOPNOP,5.4 定时器/计数器的编程应用举例,（3）查询方式程序：,DJNZ R6,DLDJNZ R7,DL1MSRET,33,例2：设单片机应用系统晶振频率为6MHz，使用定时

16、 器T0以方式0产生频率为500Hz的等宽方波连续脉冲，并从P1.0输出。,5.4 定时器/计数器的编程应用举例,34,解：等宽方波的高低电平持续时间相同，占空比为1:1。500Hz的等宽方波脉冲信号的周期为2ms，只需在P1.0引脚输出持续时间为1ms的高低电平交替变化的信号即可，则定时时间应为td=1ms。,5.4 定时器/计数器的编程应用举例,35,（1）计算计数初始值 因为系统的晶振频率为，则机器周期。设计数初始值为X：则（TH0）=11110000B0F0H，（TL0）=00001100B=0CH（2）设置工作方式 方式0：M1M0=00；定时器模式：；定时/计数器启动不受外部控制：

17、GATE=0；因此，（TMOD）=00H。,5.4 定时器/计数器的编程应用举例,36,（二）方式1的应用 例3：单片机应用系统的晶振频率为6M Hz，使用定时/计数器定时方法在P1.0引脚输出周期为100ms占空比1:4的信号序列。,5.4 定时器/计数器的编程应用举例,5.4.2 定时器计数器应用,P1.0引脚输出的信号序列,37,解：以20ms为一个基本定时单位，高电平保持1个基本定时单位之后，P1.0变为低电平，保持4个基本定时单位，然后，P1.0再次改变为高电平，周而复始地重复上述过程，就可以实现题目要求的信号序列。,5.4 定时器/计数器的编程应用举例,38,（1）计算计数初始值

18、系统的晶振频率为fosc=6MHz，机器周期TM=2s。选用定时/计数器T0的方式1实现，确定定时时间为td=20ms，设计数初始值为X：则（TH0）=0D8H，（TL0）=0F0H。（2）设置工作方式 方式1：M1M0=01；定时器模式：；定时/计数器启动不受外部控制：GATE=0；因此，（TMOD）=01H。,5.4 定时器/计数器的编程应用举例,39,例4：利用定时/计数器T0测量引脚上出现的正脉冲宽度，已知系统的晶振频率为12MHz，将所测得值高位存入片内71H，低位存入片内70H。,5.4 定时器/计数器的编程应用举例,40,解：当特殊功能寄存器TMOD中的GATE位为1时，MCS-

19、51单片机的定时/计数器的启动和停止受外部信号的控制，T0受控制，T1受控制。测量引脚上出现的正脉冲宽度是一个定时/计数器T0受控制的定时方式，当 时，定时/计数器启动计数，当 时，停止计数。,5.4 定时器/计数器的编程应用举例,脉冲宽度测量原理,41,（1）设置工作方式 方式1：M1M0=01，定时器模式：，定时/计数器启动受外部控制：GATE=1，因此，（TMOD）=09H（2）设置计数初始值 因为统计脉冲宽度，因此，计数器从0开始计数，（TH0）=00H，（TL0）=00H。,5.4 定时器/计数器的编程应用举例,42,例5：低频信号T0（P3.4）引脚输入，要求当T0（P3.4发生负

20、跳变时，从P1.0引脚上输出1个500的同步脉冲。设系统的晶振频率为6M Hz。,5.4 定时器/计数器的编程应用举例,（三）方式2的应用,5.4.2 定时器计数器应用,43,解：采用定时/计数器计数方式和定时方式结合的方法。当P3.4引脚出现负跳变时，计数器溢出，此时，使P1.0引脚输出低电平，并且改变定时/计数器的工作方式为定时方式，使低电平保持500（延时），当计数器再次溢出时，使P1.0引脚输出高电平，同时把定时/计数器的工作方式改变为计数方式，原理如下图所示。选用定时/计数器T0的方式2实现上述要求。,5.4 定时器/计数器的编程应用举例,（三）方式2的应用,5.4.2 定时器计数器

21、应用,44,5.4 定时器/计数器的编程应用举例,同步脉冲输出原理,45,（1）外部事件计数的初始化 工作方式：M1M010，GATE=0,计数方式：，则（TMOD）=06H。计数初始值：由于P3.4引脚上的信号，每发生一次负跳变，要求计数器溢出，所以，（TL0）=0FFH，同时，令（TH0）=0FFH，以便下一个负跳变出现时，计数器也可溢出。,5.4 定时器/计数器的编程应用举例,46,（2）500 定时的初始化 工作方式：M1M010，GATE=0，定时方式：，则（TMOD）=02H。计数初始值计算：系统晶振频率为6MHz，则机器周期为2，方式2时计数器为8位，则定时500 所需的机器周期

22、个数为：计数器初始值为：因此，（TL0）=06H，同时，令（TH0）=06H,5.4 定时器/计数器的编程应用举例,47,例8：采用定时/计数器T0的方式3分别产生2路周期为400s和800s的方波。设单片机应用系统的晶振频率为6M Hz。,5.4 定时器/计数器的编程应用举例,（四）方式3的应用,5.4.2 定时器计数器应用,48,解：方式3时，定时/计数器T0被剖分为2个8位的定时/计数器TL0和TH0。2路方波信号的周期为400s和800s，分别采用TH0和TL0实现200s和400s的定时，2路方波信号分别从P1.0和P1.1输出。采用中断方式实现。（1）工作方式 定时/计数器T0的方

23、式3定时模式：M1M0=11，GATE=0 因此，（TMOD）03H,5.4 定时器/计数器的编程应用举例,49,（2）计数初始值 方式3时，TH0和TL0为2个独立的8位定时/计数器，因此，200定时由TH0实现，而400定时由TL0完成，计数初始值计算如下：时，则（TH0）=9CH 时，则（TL0）=38H,5.4 定时器/计数器的编程应用举例,50,（3）中断控制字及初始化 方式3时，定时/计数器TL0使用了T0所有的标志位和控制位，而定时/计数器TH0仅使用了定时/计数器T1的启停控制位TR1和溢出标志位TF1，此时，TH0仅仅能够作为一个8位的定时器使用，中断允许控制寄存器IE的内容

24、设置如下：因此，（IE）8AH,5.4 定时器/计数器的编程应用举例,51,例9：设MCS-51单片机系统时钟频率为6MHZ，请利用定时/计数器产生1秒的定时。使指示灯以1秒为间隔闪烁。解：MCS-51单片机的定时/计数器T0和T1作为定时/计数器使用时，所得到的定时时间比较短，当系统晶振频率为6MHz时，最长的延时时间约为131ms（方式1）。因此，直接由定时/计数器定时无法实现这么长时间的延时。,5.4 定时器/计数器的编程应用举例,（五）综合应用,5.4.2 定时器计数器应用,52,方法一：采用2个定时/计数器联合使用的方案实现1秒 的定时。首先采用定时/计数器T0以方式1产生100ms

25、的定时，从P1.0引脚输出周期为200ms的连续方波信号。然后，把此信号作为定时/计数器T1的外部计数输入信号输入到引脚T1（P3.5），设置T1为计数模式，以方式2计数，T1计数5次即可实现1秒的定时。指示灯L由P1.2控制。,5.4 定时器/计数器的编程应用举例,53,产生1秒定时及指示灯驱动显示的原理,5.4 定时器/计数器的编程应用举例,54,（1）工作方式：根据以上分析，设置T0定时器模式、方式1，T1为计数器模式、方式2，那么，TMOD特殊功能寄存器设置如下：则：（TMOD）61H,5.4 定时器/计数器的编程应用举例,55,（2）计数初始值计算 单片机系统的晶振频率为6MHz，需

26、要定时100ms，定时/计数器T0的计数初始值X1为：转换为二进制数X1 3CB0H。对于定时/计数器T1来说，每计数5次需要计数器溢出，采用方式2时，计数初始值为：，转换为二进制数。,5.4 定时器/计数器的编程应用举例,56,方法二：采用定时/计数器T0以方式1定时100ms,定时/计数器T0溢出10次后，即可实现1秒的定时。这种方法的优点在于节省了MCS-51单片机宝贵的定时/计数器资源，用存储单元作为计数器。当实现较长时间的延时时，延时时间为定时/计数器溢出次数乘以它的定时时间。,5.4 定时器/计数器的编程应用举例,57,例10：频率测量。设单片机应用系统的晶振频率为12MHz。解：

27、频率的物理含义为每秒多少次。每按动一次开关K，测量一次方波信号的频率，使得定时/计数器工作在受引脚输入信号电平控制的计数方式，通过单片机定时产生持续时间为1秒的引脚高电平输入信号。用定时/计数器T0统计被测信号的负跳变次数，由定时/计数器T1实现定时，输出引脚所需脉宽为1秒的高电平信号。1秒定时采用例9的方法二实现。当1秒定时时间到时，立即关闭定时/计数器，以保证1秒的脉宽。,5.4 定时器/计数器的编程应用举例,58,频率测量原理,5.4 定时器/计数器的编程应用举例,59,（1）定时/计数器工作方式的设定 T0为受外部控制的计数模式，假定的频率范围为0200K Hz，工作方式设置为方式1。

28、T1为定时模式，为了实现50ms的定时，它的工作方式设置为方式1，启停且不受外部控制，则 得到：（TMOD）00011101B=1DH,5.4 定时器/计数器的编程应用举例,60,（2）计数初始值的计算（TH0）00H，（TL0）00H，采用1个存储单元FRE_CNT统计T0的溢出次数，则信号的频率为：溢出次数65536当前计数器（TH0）（TL0）的内容。T1需要基本定时50ms，溢出20次后实现1秒的定时。则计数初始值计算如下：,5.4 定时器/计数器的编程应用举例,61,总结 MCS-51单片机内部有2个可编程的16位定时/计数器T0和T1，它们既可以作为定时器，又可以作为外部事件的计数

29、器，还可以作为串行口的波特率发生器。T0有4种工作方式，而T1有3种工作方式。定时/计数器T0的计数器由TL0和TH0构成；定时/计数器T1的计数器由TL1和TH1构成。T0和T1有多种工作方式，由定时/计数器方式寄存器TMOD设置。,5.4 定时器/计数器的编程应用举例,62,5.4 定时器/计数器的编程应用举例,总结 T0和T1的启动和停止由定时/计数器控制寄存器TCON控制，当计数器计数溢出时，其溢出标志位TF0和TF1被置1，并可以以此标志向CPU提出中断请求。定时/计数器工作在计数模式时，计数输入信号通过T0（P3.4）、T1（P3.5）两个引脚输入，信号发生1到0负跳变时，计数器自动加1。计数输入信号的频率不能高于晶振频率的1/24。定时/计数器工作在定时模式时，每个机器周期产生一个计数脉冲，计数器自动加1，计数速率是晶振频率的1/12。,