单片机教学讲稿.docx

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单片机教学讲稿

第七章定时/计数器

本章的主要内容：

1、定时器/计数器结构及工作原理

2、定时器/计数器控制方法

3、4种定时器工作方式（方式0、方式1、方式2、方式3）

4、定时器/计数器的应用设计

重点：

定时器工作方式1和方式2

难点：

定时器、计数器的设计与应用

第一节AT89S51单片机定时/计数器结构及工作原理

一、定时/计数器结构

AT89S51单片机由特殊功能计数器TH0、TL0、TH1、TL1、工作方式寄存器TMOD、定时/计数器控制寄存器TCON以及相应的控制逻辑电路构成。

定时/计数器的结构虽然看其来复杂，实质上它就是两个加1计数器，每个加1计数器均由两个8位寄存器组成，构成了一个16位寄存器。

这16位的加1计数器在工作时需要通过TMOD和TCON寄存器的控制。

有两种方式可以让这个计数器产生计数。

第一种方式计数脉冲由单片机内部的系统振荡器经12分频产生，这时构成的就是定时器；第二种方式计数脉冲是由单片机外部的T0，T1引脚提供的，这个脉冲信号的频率和幅值都是随机变化的，这时构成的就是计数器。

二、定时/计数器工作原理

1、定时器

定时器是通过单片机内部的计数器实现的，他的计数脉冲来自单片机的内部，即每一个机器周期产生一个计数脉冲，也就是说每经过一个机器周期，计数器加1，直至计数器计满溢出为止。

在使用定时器时，我们通过软件对定时器进行设置，在系统运行时，定时器就会按照设定的工作方式自动运行，不再占用CPU的操作时间，除非发生定时器中断，才会中断当前操作，转而执行中断内容。

2、计数器

单片机的计数功能是对外来脉冲进行计数。

T0（P3.4）和T1（P3.5）分别是两个计数器的计数脉冲输入端。

当外部输入的脉冲发生负跳变时（由高-低），计数器加1，直到加满溢出时，向CPU申请中断。

虽然单片机具有对外来脉冲计数的功能，但并不是说任意频率的脉冲都可以直接通过单片机计数器计数，而是受到单片机的晶振频率的限制。

与外部中断的触发一样，单片机的CPU也是在每个机器周期的S5P2期间对外部计数引脚的输入脉冲进行采样，如果第一个机器周期采样为1，第二个机器周期采样为0，那么在紧跟着的下一个机器周期的S3P1期间计数器+1。

由于确认一次输入脉冲需要两个机器周期，也就是24个时钟周期，因此外部输入计数脉冲的最高频率为时钟周期的1/24。

例如：

6MHz晶振，则允许的输入外部脉冲最高频率为6/24=250kHz。

同时，为了保证每一种电平状态都能在电平变化之前被采样一次，所以待检测高、低电平必须保持一个机器周期。

计数器中断包含两种方式：

硬中断和软中断。

硬中断是指在允许单片机定时/计数中断的条件下，当单片机内部的计数器发生溢出时，系统硬件自动产生中断信号，使中断标志位置1，并进入中断服务程序执行中断内容。

软中断是在不打开系统中断的情况下，单独启动单片机的计数器，使其能够检测外部输入的信号，从而产生计数，此时我们在主程序中循环读取计数器的值，当计数器达到预定值时，再对计数器寄存器的值进行重置。

由于软中断需要循环扫描计数器寄存器的值，所以会占用大量的CPU，因此应尽量避免。

（类似于扫描法）

三、定时/计数器控制方法

定时/计数器是一种可编程部件，他不会自动开始工作，必须通过软件确定其工作方式，所以，在定时/计数器开始工作之前，CPU必须将一些命令写入定时/计数器的特殊功能寄存器。

将控制命令写入定时/计数器的过程称为定时/计数器的初始化。

首先，我们先来了解一下这些控制定时/计数器的特殊功能寄存器。

（1）定时/计数器特殊功能寄存器

51单片机定时/计数器的工作由TMOD和TCON两个特殊功能寄存器控制。

TMOD用于设置其工作方式，而TCON则用于控制其启动和中断申请。

1、工作方式寄存器TMOD

工作方式寄存器TMOD用于设置定时/计数器的工作方式，低四位用于设置T0的工作方式，高四位用于设置T1的工作方式。

其格式如下：

1-GATE（TMOD.7和TMOD.3）：

门控位。

当GATE＝0时，只要用软件使TCON中的TR0或TR1为1，就可以启动定时/计数器工作；当GATA＝1时，要用软件使TR0或TR1为1，同时外部中断引脚也为高电平时，才能启动定时/计数器工作。

2-

（TMOD.6和TMOD.2）：

定时/计数模式选择位。

当

为定时模式；

为计数模式。

3-M1M0（TMOD.5,4和TMOD.1,0）：

工作方式设置位。

定时/计数器有四种工作方式，由M1M0进行设置。

2、控制寄存器TCON

TCON的低4位其实在上一章已经介绍过了，用于控制外部中断。

而TCON的高4位用于控制定时/计数器的启动和关闭。

其格式如下：

1-TF1（TCON.7）：

T1溢出中断请求标志位。

T1计数溢出时由硬件自动置TF1为1。

CPU响应中断后TF1由硬件自动清0。

T1工作时，CPU可随时查询TF1的状态。

所以，TF1可用作查询测试的标志。

TF1也可以用软件置1或清0，同硬件置1或清0的效果一样。

2-TR1（TCON.6）：

T1运行控制位。

TR1置1时，T1开始工作；TR1置0时，T1停止工作。

TR1由软件置1或清0。

所以，用软件可控制定时/计数器的启动与停止。

3-TF0（TCON.5）：

T0溢出中断请求标志位，其功能与TF1类同。

4-TR0（TCON.4）：

T0运行控制位，其功能与TR1类同。

（2）定时/计数器的初始化与启动

在使用定时/计数器之前，必须在主程序中对其进行初始化，定时/计数器初始化的一般步骤如下：

1-确定工作方式：

对TMOD赋值；

2-预置定时/计数器初值：

初值就是指计数器起始计数时的值，可直接将初值写入TH0、TL0或TH1、TL1；

3-根据需要开放定时/计数器的中断：

直接对IE寄存器的定式器中断位赋值；

4-启动定时/计数器：

对TCON赋值；

第二节定时/计数器工作方式

一、工作方式

通过M1M0位的设置，T0可以选择4种工作方式，T1可以选择3种工作方式。

（1）方式0：

定时/计数器T1和T0均可以设置为方式0，它是13位计数，由TL0的低5位（高3位未用）和TH0的8位组成。

TL0的低5位溢出时向TH0进位，TH0溢出时，硬件自动置位TCON中的TF0标志，向CPU发出中断请求。

（2）方式1

定时/计数器T1和T0均可以设置为方式1，它是16位计数器，由TL0作为低8位、TH0作为高8位，组成了16位加1计数器，TH0溢出时，硬件自动置位TCON中的TF0标志，向CPU发出中断请求。

（3）方式2

在方式0和方式1中，当计数溢出后，计数器变为0，因此在循环定时或循环计数时必须要用软件反复设置计数初值，这必然会影响定时精度，定时器方式2可以解决反复重装初值的问题，定时/计数器T1和T0均可以设置为方式2，方式2为自动重装初值的8位计数器。

其中，TH0被作为常数缓冲期，存储计数器初值。

当TL0计数溢出时，自动地将TH0的常数重新装入TL0中，使TL0从初值开始重新计数，从而避免了人为软件重装初值所带来的时间误差。

工作方式2特别适合于用作较精确的脉冲信号发生器，当然此时的晶振频率必需选择准确，必须是12的整数倍。

（4）方式3

方式3只适用于定时/计数器T0，定时器T1处于方式3时相当于TR1=0，停止计数。

定时器T0在方式3下被拆为两个独立的8位计数器TL0和TH0，而原来的T0控制位、引脚和中断源均用于TL0的控制。

TH0占用原定时器T1的控制位TR1和TF1，所以此时不能再使用定时器1中断了。

（这种方式不常用，了解就可以）

二、定时/计数器初值的确定方法

单片机内部的这个定时/计数器实质上就是一个增1计数器，这个计数器从我们设定给它的初值起开始计数，直到计满为止。

在不同工作模式下，计数器的位数各有不同，那么它所能承受的最大的计数值也就各不相同。

下面给大家介绍一下如何确定定时/计数器初值。

方式0：

13位计数器，当计数器的值达到0x3FF时，产生溢出中断。

此时最大的计数值M=213=8192

方式1：

16位计数器，当计数器的值达到0xFFF时，产生溢出中断。

M=216=65536

方式2：

8位计数器，当计数器的值达到0xFF时，产生溢出中断，并且自动重装初值。

M=28=256

方式3：

定时器T0分成2个8位计数器，所以2个M的值均为256

有了各种工作方式下计数器的最大计数值M，就可以计算初值X了

X=M-所希望的计数值

*举例来说，假设单片机的晶振频率为6MHz，要求产生1ms的定时，试计算初值。

在晶振频率为6MHz时，计数器每次加1所需的时间为2us。

要产生1ms的定式时间需要加1操作500次，则500即为期望的计数值。

如果在方式1下工作，则初值X=M-计数值=65536-500=65036=fe0cH，则初值为fe0Ch。

当计数器产生溢出中断时，除了方式2以外，其它方式在中断后不会自动将初值重新装入，而是归零，所以在中断服务程序中，须再次装入初值。

第三节定时/计数器设计及应用

一、定时器中断服务程序

这部分内容我们在上一章已经详细介绍过，这里给出两个定时/计数器的中断服务程序。

T0中断服务程序：

voidT0_time（）interrupt1

{

TH0=（65536-45872）/256；

TL0=（65536-45872）%256；

……

}

T1中断服务程序：

voidT1_time（）interrupt3

{

TH1=（65536-45872）/256；

TL1=（65536-45872）%256；

}

注意：

尽量不要将过多的程序写在中断服务程序中，能在主程序中完成的功能，尽量不要写在中断程序中，一定要高效简洁。

二、定时/计数器应用设计

（1）利用定时器0的方式2使发光二极管以200ms间隔闪烁，同时利用定时器1的方式1实现数码管前两位的60s循环计时。

思路：

先根据晶振计算定时/计数初值，根据题意设置定时/计数器工作方式

（2）利用计数器0的工作方式1实现计数，要求：

令P3.3引脚输出低电平，当按键S18按下时，计数器计数1次，并将所计的数值实时显示在数码管的前两位，计满100时清零，重新计数。