定时计数器及应用.ppt
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1、第6章 定时/计数器及应用,教学目标介绍定时/计数器的结构和原理介绍定时/计数器的四种工作方式的应用介绍定时/计数器时应注意的几个问题 学习要求了解定时/计数器的结构 熟悉定时/计数器的工作原理 掌握定时/计数器的初始化及应用程序设计 掌握定时/计数器精确定时要采取的相应措施,6.1 MCS-51定时/计数器概述,在测控技术中,往往需要定时检测某个物理参数,或按一定的时间间隔来进行某种控制。这种定时的获得,可用软件来实现,即编制一段延时程序,但会降低CPU的工作效率。为此,在微机测控系统中,常采用硬件来实现定时,即使用定时/计数器,它还可以对某种事件进行计数,然后根据计数结果来进行控制。在MC
2、S-51单片机内部含有两个16位定时/计数器:T0和T1,它们既可以用于定时,也可用于对外部计数脉冲的计数,还可作为串行接口的波特率发生器,这些功能都可通过软件来设定与修改。,6.1.1 定时器/计数器的结构,MCS-51定时/计数器由振荡器分频输入电路、外部计数脉冲输入电路、计数脉冲选择电路、计数启停电路、加1计数器和中断标志等组成。图6-1所示其结构框图,图中X=0或1,代表定时/计数器T0或T1相应的信号或寄存器的相应位。C/T=0 中断 TX C/T=1 控制 TRX GATE INTX 图6-1 定时/计数器T0或T1的结构原理图,定时器/计数器的工作原理,由图6-1可见,定时/计数
3、器的核心是一个加1计数器,每输入一个脉冲,计数值加1,当计数到计数器全为1时,再输入一个脉冲就使计数值回零,同时从最高位溢出一个脉冲使控制寄存器TCON的TFX(X=0或1)位置1,作为计数器的溢出中断标志。加1计数器由两个8位特殊功能寄存器TH X和TL X(X=0或1)组成,它们可以被程控为不同的组合状态(13位、16位、两个分开的8位等),从而形成定时/计数器的四种工作方式。加1计数器计数工作的启动和停止由相应的电路控制,方式寄存器TMOD的GATE位为0时,由寄存器TCON的TR X(X=0或1)位启动(这时TR X=1)或停止(这时TR X=0);GATE位为1,且TR X(X=0或
4、1)为1时,由中断引脚INT X(X=0或1)的外部信号电平启动(这时INT X=1)或停止(这时INT X=0)。,通过方式寄存器TMOD的C/T位来选择加1计数器计数脉冲的来源:当C/T=1时,计数脉冲来自系统外部的脉冲源,这时定时/计数器成为外部事件计数器,工作于计数器状态;当C/T=0时,计数脉冲来自系统的时钟振荡器的12分频,由于这时的计数脉冲为一时间基准,脉冲数乘以脉冲间隔时间就是定时时间,这时定时/计数器工作于定时器状态。作为定时器用时,加1计数器的值每过一个机器周期增1。作为计数器用时,外部输入脉冲加在定时/计数器的外部输入端T0(P3.4)或T1(P3.5),每出现一次从1到
5、0的跳变,加1计数器便加1。,6.2定时器/计数器的控制,定时器/计数器的方式寄存器TMOD定时器方式字TMOD的格式如下:M1和M0:方式选择位,定义如表6-1所示:C/T:功能选择位。C/T=0为定时器方式;C/T=1为计数器方式。GATE:门控位。GATE=0,允许软件控制位TR 0或TR 1启动定时器。T0或T1;GATE=1,且TR 0(或TR 1)=1,允许外部中断引脚电平启动定时器,即由INT 0(P3.2)和INT 1(P3.3)引脚分别控制T0和T1。,TMOD的地址为89H,不可按位寻址,只能用字节指令设置定时器工作方式。低半字节定义定时器T0,高半字节定义定时器T1。复位
6、时,TMOD所有位均为零。表6-1 方式选择位意义,定时器/计数器的控制寄存器,定时器控制字TCON的格式如下:TF1(TCON.7):定时器1溢出标志。定时器1溢出时由硬件置1,定时器1以其作为标志去申请中断,当此中断获得响应时由硬件自动清零。TR1(TCON.6):定时器运行控制位。由软件对其置1或清0来启动或关闭定时器1的运行。TF0(TCON.5):定时器0溢出标志。其意义同TF1。TR0(TCON.4):定时器0运行控制位。其意义同TR1。TCON的其余四位与中断有关,在第5章有关章节已论述。TCON的位地址位88H,可按位寻址。复位时,TCON所有位均为零。,6.3定时器/计数器的
7、四种工作方式及应用,方式0及其应用一、方式0介绍 当M1M0两位为00时,定时/计数器被选为工作方式0。在这种方式下,16位寄存器(TH0和TL0)只用13位,由TH0的8位和TL0的低5位构成。TL0的高3位是不定的,可以不必理会。因此方式0是一个13位的定时/计数器。当TL0的低5位计数溢出时,即向TH0进位,而TH0计数溢出时向中断标志位TF0进位(称为硬件置位TF0),并请求中断。若这时定时/计数器中断被开放,并且没有其他中断请求或其他中断请求的优先级较低,CPU会自动相应中断,进入相应的中断服务程序;也可以在定时/计数器中断被禁止的情况下,通过查询TF0是否置位来判断定时/计数器的操
8、作完成与否。,C/T=0时,作为定时器方式工作,T0对机器周期计数,其定时时间为:(213-T0初值)振荡周期12 当GATE=1,且TR0=1时,外部信号通过INT0引脚直接开启或关断定时/计数器的计数。当输入高电平时允许计数,否则停止计数。这种操作方法可用于测量加到INT0的外部信号脉冲宽度。作为计数器方式工作时,T0对外部事件计数。以上的说明同样适合于定时器T1。二、应用举例 由前面的论述可知,MCS-51单片机的定时/计数器是可编程的,因此,在使用定时/计数器进行定时或计数之前,首先要通过软件对它进行初始化。初始化包括下述几个步骤:1.确定工作方式:对TMOD寄存器赋值;2.置定时/计
9、数器初值:对TH0、TL0或TH1、TL1寄存器赋值;设加1计数器的最大值为N(方式0,N=213;方式1,N=216;方式2、3,N=28),由于采用加法计数,则初值X的计算方法如下:计数方式时:X=N-M 定时方式时:X=N-t/T,在上两式中,M为计数模值,即从计数器启动到溢出时所需计数值;t为定时值;T为计数周期,单片机振荡周期的12倍。3.根据需要,开放定时器中断:对IE寄存器赋值;4.启动定时/计数器:使TCON寄存器的TR0或TR1置位,或由加到引脚INTX上的外部信号电平启动。之后,定时/计数器即按规定的工作方式和初值进行定时或开始计数。例6-1 利用T0方式0产生宽度为2s,
10、周期为2ms的定时负脉冲,由P1.7送出,系统采用12MHz的晶振。解 由于晶振为12MHz,机器周期为1s,这样利用T0方式0产生周期为2ms定时的初值X为:X=N-t/T=213-210-3/(110-6)=8192-2000=6192=1830H 则TH0=11000001B=0C1H,TL0=00010000B=10H,由于CLR bit和NOP指令的执行时间为1个机器周期,当晶振为12MHz时,这两条指令的执行时间都为1s。这样,每当定时时间到时,利用T0产生中断,在中断服务程序中,先执行CLR P1.7和NOP两条指令,然后执行SETB P1.7,最后重装TH0和TL0的初值,就可
11、以产生题目所要求的定时脉冲。置T0为定时方式0,GATE=0,C/T=0,M1M0=00H,T1不用,可任意,一般取0,故TMOD=00H,并由TR0启停T0。,初始化程序:MOVTMOD,#00HMOVTH0,#0C1H MOVTL0,#10H;初始化T0 MOVIE,#82H;开T0中断 SETBTR0;启动T0 T0溢出中断服务程序:T0INT:CLR P1.7NOPSETB P1.7MOVTH0,#0C1H;T0重置初值MOVTL0,#10HRETI,方式1及其应用,一、方式1介绍 当M1M0两位为01时,定时/计数器被选为工作方式1。它与方式0基本相同,只是方式1改用了16位寄存器(
12、TH0和TL0)全部16位。要求定时周期较长时,13位计数器不够用时,可改用16位计数器。当C/T=0时,作为定时器方式工作,T0对机器周期计数,其定时时间为:(216-T0初值)振荡周期12 当GATE=1,同时TR0=1时,外部信号通过INT0引脚直接开启或关断定时/计数器的计数。当输入高电平时允许计数,否则停止计数。这种操作方法可用于测量加到INT0的外部信号脉冲宽度。作为计数器方式工作时,T0对外部事件计数。以上的说明同样适合于定时器T1。,二、应用举例 例6-2 利用T0方式1产生一个50Hz的方波,由P1.7送出。系统采用12MHz的晶振,并假定CPU不作其它工作。解 由于周期为1
13、/50Hz=20ms,则这种方波的正负脉冲宽度都为10ms。只要利用T0方式1产生10ms定时,每次定时时间到时,使P1.7取反一次,并让T0的重装初值,即可得到50Hz的方波。由于晶振为12MHz,机器周期为1s,这样利用T0方式1产生10ms定时的初值X为:X=N-t/T=216-1010-3/(110-6)=65536-10000=55536=D8F0H 则TH0=11011000B=0D8H,TL0=11110000B=0F0H,置T0为定时方式1,GATE=0,C/T=0,M1M0=01H,T1不用,可任意,一般取0,故TMOD=01H,并由TR0启停T0。由于 CPU不作其它工作,
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