定时器计数器的基本结构及工作原理文档格式.docx
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定时器/计数器方式寄存器TMOD:
定时器方式控制寄存器TMOD在特殊功能寄存器中,字节地址为89H,无位地址。
TMOD的格式如下图所示。
由图可见,TMOD的高4位用于T1,低4使用于T0,4种符号的含义如下:
GATE:
门控制位。
GATE和软件控制位TR、外部引脚信号INT的状态,共同控制定时器/计数器的打开或关闭。
C/T:
定时器/计数器选择位。
C/T=1,为计数器方式;
C/T=0,为定时器方式。
M1M0:
工作方式选择位,定时器/计数器的4种工作方式由M1M0设定。
工作方式功能描述
00
01
10
11工作方式0
工作方式1
工作方式2
工作方式313位计数器
16位计数器
自动再装入8位计数器
定时器0:
分成两个8位计数器
定时器1:
停止计数
定时器/计数器方式控制寄存器TMOD不能进行位寻址,只能用字节传送指令设置定时器工作方式,低半字节定义为定时器0,高半字节定义为定时器1。
复位时,TMOD所有位均为0。
例:
设定定时器1为定时工作方式,要求软件启动定时器1按方式2工作。
定时器0为计数方式,要求由软件启动定时器0,按方式1工作。
我们怎么来实现这个要求呢?
大家先看上面TMOD寄存器各位的分布图
第一个问题:
控制定时器1工作在定时方式或计数方式是哪个位?
通过前面的学习,我们已知道,C/T位(D6)是定时或计数功能选择位,当C/T=0时定时/计数器就为定时工作方式。
所以要使定时/计数器1工作在定时器方式就必需使D6为0。
第二个问题:
设定定时器1按方式2工作。
上表中可以看出,要使定时/计数器1工作在方式2,M0(D4)M1(D5)的值必须是10。
第三个问题:
设定定时器0为计数方式。
与第一个问题一样,定时/计数器0的工作方式选择位也是C/T(D2),当C/T=1时,就工作在计数器方式。
第四个问题:
由软件启动定时器0,前面已讲过,当门控位GATE=0时,定时/计数器的启停就由软件控制。
第五个问题:
设定定时/计数器工作在方式1,使定时/计数器0工作在方式1,M0(D0)M1(D1)的值必须是01。
从上面的分析我们可以知道,只要将TMOD的各位,按规定的要求设置好后,定时器/计灵敏器就会按我们预定的要求工作。
我们分析的这个例子最后各位的情况如下:
D7D6D5D4D3D2D1D000100101
二进制数00100101=十六进制数25H。
所以执行MOVTMOD,#25H这条指令就可以实现上述要求。
定时器/计数器控制寄存器TCON:
TCON在特殊功能寄存器中,字节地址为88H,位地址(由低位到高位)为88H一8FH,由于有位地址,十分便于进行位操作。
TCON的作用是控制定时器的启、停,标志定时器溢出和中断情况。
TCON的格式如下图所示。
其中,TFl,TRl,TF0和TR0位用于定时器/计数器;
IEl,ITl,IE0和IT0位用于中断系统。
各位定义如下:
TF1:
定时器1溢出标志位。
当字时器1计满溢出时,由硬件使TF1置"
1"
,并且申请中断。
进入中断服务程序后,由硬件自动清"
0"
,在查询方式下用软件清"
。
TR1:
定时器1运行控制位。
由软件清"
关闭定时器1。
当GATE=1,且INT1为高电平时,TR1置"
启动定时器1;
当GATE=0,TR1置"
启动定时器1。
TF0:
定时器0溢出标志。
其功能及操作情况同TF1。
TR0:
定时器0运行控制位。
其功能及操作情况同TR1。
IE1:
外部中断1请求标志。
IT1:
外部中断1触发方式选择位。
IE0:
外部中断0请求标志。
IT0:
外部中断0触发方式选择位。
TCON中低4位与中断有关,我们将在下节课讲中断时再给予讲解。
由于TCON是可以位寻址的,因而如果只清溢出或启动定时器工作,可以用位操作命令。
例如:
执行"
CLRTF0"
后则清定时器0的溢出;
SETBTR1"
后可启动定时器1开始工作(当然前面还要设置方式定)。
定时器/计数器的初始化:
由于定时器/计数器的功能是由软件编程确定的,所以一般在使用定时/计数器前都要对其进行初始化,使其按设定的功能工作。
初始货的步骤一般如下:
1、确定工作方式(即对TMOD赋值);
2、预置定时或计数的初值(可直接将初值写入TH0、TL0或TH1、TL1);
3、根据需要开放定时器/计数器的中断(直接对IE位赋值);
4、启动定时器/计数器(若已规定用软件启动,则可把TR0或TR1置"
;
若已规定由外中断引脚电平启动,则需给外引脚步加启动电平。
当实现了启动要求后,定时器即按规定的工作方式和初值开始计数或定时)。
下面介绍一下确定时时/计数器初值的具体方法。
因为在不同工作方式下计数器位数不同,因而最大计数值也不同。
现假设最大计数值为M,那么各方式下的最大值M值如下:
方式0:
M=213=8192
方式1:
M=216=65536
方式2:
M=28=256
方式3:
定时器0分成两个8位计数器,所以两个M均为256。
因为定时器/计数器是作"
加1"
计数,并在计数满溢出时产生中断,因此初值X可以这样计算:
X=M-计数值
下面举例说明初值的确定方法。
例1、选择T1方式0用于定时,在P1.1输出周期为1ms方波,晶振fosc=6MHz。
解:
根据题意,只要使P1.1每隔500us取反一次即可得到1ms的方波,因而T1的定时时间为500us,因定时时间不长,取方式0即可。
则M1M0=0;
因是定时器方式,所以C/T=0;
在此用软件启动T1,所以GATE=0。
T0不用,方式字可任意设置,只要不使其进入方式3即可,一般取0,故TMOD=00H。
系统复位后TMOD为0,可不对TMOD重新清0。
下面计算500us定时T1初始值:
机器周期T=12/fosc=12/(6×
106)Hz=2μs
设初值为X,则:
(1013-X)×
2×
10-6s=500×
10-6sX=7942D=1111100000110B=1F06H
因为在作13位计数器用时,TL1的高3位未用,应填写0,TH1占用高8位,所以X的实际填写应为:
X=111100000000110B=F806H
结果:
TH1=F8H,TL1=06H
源程序如下:
ORG2000HMOVTL1,#06H;
给TL1置初值
MOVTH1,#0F8H;
给TH1置初值
SETBTR1;
启动T1LP1:
JBCTF1,LP2;
查询计数溢出否?
AJMPLP1LP2:
MOVTL1,#06H;
重新设置计数初值
MOVTH1,#0F8HCPLP1.1;
输出取反
AJMPLP1;
重复循环定时器/计数器的四种工作方式:
定T0或T1无论用作定时器或计数器都有4种工作方式:
方式0、方式1、方式2和方式3。
除方式3外,T0和T1有完全相同的工作状态。
下面以T1为例,分述各种工作方式的特点和用法。
工作方式0:
13位方式由TL1的低5位和TH1的8位构成13位计数器(TL1的高3位无效)。
工作方式0的结构见下图:
为定时/计数选择:
C/T=0,T1为定时器,定时信号为振荡周期12分频后的脉冲;
C/T=l,T1为计数器,计数信号来自引脚T1的外部信号。
定时器T1能否启动工作,还受到了R1、GATE和引脚信号INT1的控制。
由图中的逻辑电路可知,当GATE=0时,只要TR1=1就可打开控制门,使定时器工作;
当GATE=1时,只有TR1=1且INT1=1,才可打开控制门。
GATE,TR1,C/T的状态选择由定时器的控制寄存器TMOD,TCON中相应位状态确定,INT1则是外部引脚上的信号。
在一般的应用中,通常使GATE=0,从而由TRl的状态控制Tl的开闭:
TRl=1,打开T1;
TRl=0,关闭T1。
在特殊的应用场合,例如利用定时器测量接于INT1引脚上的外部脉冲高电平的宽度时,可使GATE=1,TRl=1。
当外部脉冲出现上升沿,亦即INT1由0变1电平时,启动T1定时,测量开始;
一旦外部脉冲出现下降沿,亦即INT1由l变O时就关闭了T1。
定时器启动后,定时或计数脉冲加到TLl的低5位,从预先设置的初值(时间常数)开始不断增1。
TL1计满后,向THl进位。
当TL1和THl都计满之后,置位T1的定时器回零标志TFl,以此表明定时时间或计数次数已到,以供查询或在打开中断的条件下,可向CPU请求中断。
如需进一步定时/计数,需用指令重置时间常数。
方式0是13位计数结构的工作方式,其计数器由TH0全部8位和TL0的低5位构成。
当TL0的低5
位计数溢出时,向TH0进位,而全部13位计数溢出时,则向计数溢出标志位TF0进位。
在方式0下,当为计数工作方式时,计数值的范围是:
1~8192(213)
当为定时工作方式时,定时时间的计算公式为:
(213-计数初值)×
晶振周期×
12或(213-计数初值)×
机器周期
其时间单位与晶振周期或机器周期相同(ms)。
例题1:
当某单片机系统的外接晶振频率为6MHz,该系统的最小定时时间为:
[213-(213-1)]×
[1/(6×
106)]×
12=2×
10-6=2(ms)
最大定时时间为:
(213-0)×
12=16384×
10-6=16384(ms)
或:
最小定时单位×
1013=16384(ms)
例题2:
设某单片机系统的外接晶振频率为6MHz,使用定时器1以方式0产生周期为500ms的等宽正方波连续脉冲,并由P1.0输出。
以查询方式完成。
⑴计算计数初值
欲产生500ms的等宽正方波脉冲,只需在P1.0端以250ms为周期交替输出高低电平即可实现,为此定时时间应为250ms。
使用6MHz晶振,根据上例的计算,可知一个机器周期为2ms。
方式0为13位计数结构。
设待求的计数初值为X,则:
(213-X)×
10-6=250×
10-6
求解得:
X=213-(250÷
2)=8067。
二进制数表示为1111110000011。
十六进制表示,高8位为FCH,放入TH1,即TH1=FCH;
低5位为03H。
放入TL1,即TL1=03H。
⑵TMOD寄存器初始化
为把定时器/计数器1设定为方式0,则M1M0=00;
为实现定时功能,应使C/T=0;
为实现定时器/计数器1的运行控制,则GATE=0。
定时器/计数器0不用,有关位设定为0。
因此TMOD寄存器应初始化为00H。
⑶由定时器控制寄存器TCON中的TR1位控制定时的启动和停止TR1=1启动,TR1=0停止。
⑷程序设计:
MOVTMOD,#00H;
设置T1为工作方式0MOVTH1,#OFCH;
设置计数初值
MOVTL1,#03HMOVIE,#00H;
禁止中断
LOOP:
启动定时
JBCTF1,LOOP1;
查询计数溢出
AJMPLOOPLOOP1:
MOVTH1,#FCH;
MOVTL1,#03HCLRTF1;
计数溢出标志位清0CPLP1.0;
AJMPLOOP;
重复循环工作方式1:
方式1是16位计数结构的工作方式,计数器由TH0全部8位和TL0全部8位构成。
与工作方式0基本相同,区别仅在于工作方式1的计数器TL1和TH1组成16位计数器,从而比工作方式0有更宽的定时/计数范围。
当为计数工作方式时,计数值的范围是:
1~65536(216)
当为定时工作方式时,定时时间计算公式为:
(216-计数初值)×
12或(216-计数初值)×
当某单片机系统的外部晶振频率为6MHz,则最小定时时间为:
[216-(216-1)]×
1/6×
10-6×
(216-0)×
12=131072×
10-6(s)=131072(ms)≈131(ms)
某单片机系统外接晶振频率为6MHz,使用定时器1以工作方式1产生周期为500ms的等宽连续正方波脉冲,并在P1.0端输出。
,但以中断方式完成。
TH1=FFHTL1=83H
TMOD=10H
⑶程序设计
主程序:
MOVTMOD,#10H;
定时器1工作方式1MOVTH1,#0FFH;
MOVTL1,#0A1HSETBEA;
开中断
SETBET1;
定时器1允许中断
定时开始
HERE:
SJMP$;
等待中断中断服务程序:
MOVTH1,#0FFH;
MOVTL1,#0A1HCPLP1.0;
RETI;
中断返回
工作方式28位自动装入时间常数方式。
由TLl构成8位计数器,THl仅用来存放时间常数。
启动T1前,TLl和THl装入相同的时间常数,当TL1计满后,除定时器回零标志TFl置位,具有向CPU请求中断的条件外,THl中的时间常数还会自动地装入TLl,并重新开始定时或计数。
所以,工作方式2是一种自动装入时间常数的8位计数器方式。
由于这种方式不需要指令重装时间常数,因而操作方便,在允许的条件下,应尽量使用这种工作方式。
当然,这种方式的定时/计数范围要小于方式0和方式1。
工作方式2的结构见下图.
当计数溢出后,不是像前两种工作方式那样通过软件方法,而是由预置寄存器TH以硬件方法自动给计数器TL重新加载。
变软件加载为硬件加载。
初始化时,8位计数初值同时装入TL0和TH0中。
当TL0计数溢出时,置位TF0,同时把保存在预置寄存器TH0中的计数初值自动加载TL0,然后TL0重新计数。
如此重复不止。
这不但省去了用户程序中的重装指令,而且也有利于提高定时精度。
但这种工作方式下是8位计数结构,计数值有限,最大只能到255。
这种自动重新加载工作方式非常适用于循环定时或循环计数应用,例如用于产生固定脉宽的脉冲,此外还可以作串行数据通信的波特率发送器使用。
使用定时器0以工作方式2产生100ms定时,在P1.0输出周期为200ms的连续正方波脉冲。
已知晶振频率fosc=6MHz。
6MHz晶振下,一个机器周期为2ms,以TH0作重装载的预置寄存器,TL0作8位计数器,假设计数初值为X,则:
(28-X)×
10-6=100×
X=206D=11001110B=0CEH
把0CEH分别装入TH0和TL0中:
TH0=0CEH,TL0=0CEH
定时器/计数器0为工式方式2,M1M0=10;
为实现定时功能C/T=0;
为实现定时器/计数器0的运行GATE=0;
定时器/计数器1不用,有关位设定为0。
综上情况TMOD寄存器的状态应为02H。
⑶程序设计(查询方式)
MOVIE,#00H;
MOVTMOD,#02H;
设置定时器0为方式2MOVTH0,#0CEH;
保存计数初值
MOVTL0,#0CEH;
SETBTR0;
JBCTF0,LOOP1;
CPLP1.0;
输出方波
重复循环由于方式2具有自动重装载功能,因此计数初值只需设置一次,以后不再需要软件重置。
⑷程序设计(中断方式)
定时器0工作方式2MOVTH0,#0CEH;
SETBEA;
SETBET0;
定时器0允许中断
开始定时
等待中断
CLPTF0;
计数溢出标志位清0AJMPLOOP中断服务中断:
中断返回例题2:
用定时器1以工作方式2实现计数,每计100次进行累加器加1操作。
28-100=156D=09CH则
TH1=09CH,TL1=09CH
M1M0=10,C/T=1,GATE=0因此
TMOD=60H
MOVIE,#00H;
MOVTMOD,#60H;
设置计数器1为方式2MOVTH1,#9CH;
MOVTL1,#9CH;
启动计数
DEL:
JBCTF1,LOOP;
AJMPDELLOOP:
INCA;
累加器加1AJMPDEL;
循环返回工作方式32个8位方式。
工作方式3只适用于定时器0。
如果使定时器1为工作方式3,则定时器1将处于关闭状态。
当T0为工作方式3时,THo和TL0分成2个独立的8位计数器。
其中,TL0既可用作定时器,又可用作计数器,并使用原T0的所有控制位及其定时器回零标志和中断源。
TH0只能用作定时器,并使用T1的控制位TRl、回零标志TFl和中断源,见下图。
通常情况下,T0不运行于工作方式3,只有在T1处于工作方式2,并不要求中断的条件下才可能使用。
这时,T1往往用作串行口波特率发生器(见1.4),TH0用作定时器,TL0作为定时器或计数器。
所以,方式3是为了使单片机有1个独立的定时器/计数器、1个定时器以及1个串行口波特率发生器的应用场合而特地提供的。
这时,可把定时器l用于工作方式2,把定时器0用于工作方式3。
下才可能使用。
这时,T1往往用作串行口波特率发生器,TH0用作定时器,TL0作为定时器或计数器。
理解内容
定时器/计数器的应用
例1、设fosc=6MHz,利用单片机内定时/计数器及P10口线输出1000个脉冲,脉冲周期为2ms,试编程。
T=12×
1/fosc=2us
选取T0定时;
T1计数。
设T0采用中断方式产生周期为2ms方波,T1对该方波计数,当输出至第1000个脉冲时,使TF1置1。
在主程序中用查询方法,检测到TF1变1时,关掉T0,停止输出方波。
T0、T1参数的确定:
T0模式0、定时:
脉宽为脉冲周期的一半
所以,X=213-1ms/2us=0001111000001100BTH0=0F0HTL0=0CHT1模式1、计数:
N=1000
则X=65536-1000=64536=0FC18H
(若选模式0也可以,此时X=7192=1C18H)
程序:
MAIN:
WAIT:
TOS:
ORG0000HLJMPMAINORG000BHLJMPTOSORG1000HMOVTMOD,#50H;
T0定时,模式0;
T1计数,模式1MOVTL0,#0CHMOVTH0,#0F0HMOVTL1,#18HMOVTH1,#0FCHSETBTR1SETBTR0SETBET0SETBEAJNBTF1,WAIT;
查询1000个脉冲计够没有?
没有等待。
CLREACLRET0ANLTCON,#0FH;
停T0、T1SJMP$
MOVTL0,#0CHMOVTH0,#0F0HCPLP10RETIEND
例2、脉冲参数测量--GATE功能的使用。
电路连接如下图所示。
脉冲高电平(计数)长度值存于21H、20H中,
脉冲低电平长度存于23H、22H中。
复习GATE的用法:
GATE=0时,TRi=1,即可启动Ti定时/计数
GATE=1时,TRi=1,且/INTi=1,才启动定时/计数。
TEST0:
TEST1:
TEST2:
TEST3:
ORG0000HLJMPMAINORG2000HMOVTMOD,#99HMOVA,#00HMOVTL0,AMOVTH0,AMOVTL1,AMOVTH1,AJBP32,TEST0SETBTR0JNBP32,TEST1SETBTR1JBP32,TEST2CLRTR0MOV20H,TH0MOV21H,TL0JBP33,TEST3CL