定时计数器的初始化编程及应用.docx
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定时计数器的初始化编程及应用
定时/计数器的初始化编程及应用
一．定时/计数器的编程
MCS-51单片机定时/计数器初始化过程如下：
1．根据要求选择方式，确定方式控制字，写入方式控制寄存器TMOD。
（工作方式：
方式0方式1方式2方式3）
2．根据要求计算定时/计数器的计数值，再由计数值求得初值，写入初值寄存器。
3．根据需要开放定时/计数器中断（后面须编写中断服务程序）。
4．设置定时/计数器控制寄存器TCON的值，启动定时/计数器开始工作。
5．等待定时/计数时间到，到则执行中断服务程序；如用查询处理则编写查询程序判断溢出标志，溢出标志等于1，则进行相应处理。
二．定时/计数器的应用
通常利用定时/计数器来产生周期性的波形。
利用定时/计数器产生周期性波形的基本思想是：
利用定时/计数器产生周期性的定时，定时时间到则对输出端进行相应的处理。
如产生周期性的方波只须定时时间到对输出端取反一次即可。
（举例1）
如果定时时间大于65536μs，这时用一个定时/计数器直接处理不能实现，这时可用两个定时/计数器共同处理或一个定时/计数器配合软件计数方式处理。
（1）用寄存器R2作计数器软件计数，中断处理方式。
（举例2.1）
（2）用定时/计数器T1计数实现，定时/计数器T1工作于计数方式时，计数脉冲通过T1（P3.5）输入，设定时/计数器T0定时时间到对T1（P3.5）取反一次，则T1（P3.5）每20ms产生一个计数脉冲，那么定时500ms只须计数25次，设定时/计数器T1工作于方式2，初值X=256-25=231=11100111B=E7H，TH1=TL1=E7H。
因为定时/计数器T0工作于方式1，定时，则这时方式控制字为01100001B（61H）。
定时/计数器T0和T1都采用中断方式工作。
（举例2.2）
定时：
设置为定时工作方式时，定时器计数的脉冲是由8051片内振荡器输出经12分频后产生的。
每个机器周期使定时器（T0或T1）的数值加1直至计计数满产生溢出。
如：
当8051采用12MHz晶体时，每个机器周期为1μs，计数额率为1MHz。
计数：
设置为计数工作方式时，通过引脚T0（P3．4）和T1（P3．5）对外部脉冲信号计数。
当输入脉冲信号产生由1至0的下降沿时，定时器的值加1，
在每个机器周期的S5P2期间采样T0和T1的输入电平。
若前一个机器周期采样值为1，下一个机器周期采样值为0，则计数器加1。
此后的机器周期S3P1期间，新的数值装入计数器。
检测一个1至0的跳变需要二个机器周期，故最高计数频率为振荡频率的二十四分之一。
MCS-51单片机的特殊功能寄存器
从图中我们可以看出，在51单片机内部有一个CPU用来运算、控制，有四个并行I/O口，分别是P0、P1、P2、P3，有ROM，用来存放程序，有RAM，用来存放中间结果，此外还有定时/计数器，串行I/O口，中断系统，以及一个内部的时钟电路。
在一个51单片机的内部包含了这么多的东西。
对图进行进一步的分析，我们已知，对并行I/O口的读写只要将数据送入到相应I/O口的锁存器就可以了，那么对于定时/计数器，串行I/O口等怎么用呢？
在单片机中有一些独立的存储单元是用来控制这些器件的，被称之为特殊功能寄存器（SFR）。
事实上，我们已接触过P1这个特殊功能寄存器了，还有哪些呢？
看下表
下面，我们介绍一下几个常用的SFR。
1、ACC---是累加器，通常用A表示。
这是个什么东西，可不能从名字上理解，它是一个寄存器，而不是一个做加法的东西，为什么给它这么一个名字呢？
或许是因为在运算器做运算时其中一个数一定是在ACC中的缘故吧。
它的名字特殊，身份也特殊，稍后在中篇中我们将学到指令，可以发现，所有的运算类指令都离不开它。
自身带有全零标志Z，若A＝0则Z＝1；若A≠0则z＝0。
该标志常用作程序分枝转移的判断条件。
2、B--一个寄存器。
在做乘、除法时放乘数或除数，不做乘除法时，随你怎么用。
3、PSW-----程序状态字。
这是一个很重要的东西，里面放了CPU工作时的很多状态，借此，我们可以了解CPU的当前状态，并作出相应的处理。
它的各位功能请看下表：
CY：
进位标志。
8051中的运算器是一种8位的运算器，我们知道，8位运算器只能表示到0-255，如果做加法的话，两数相加可能会超过255，这样最高位就会丢失，造成运算的错误，怎么办？
最高位就进到这里来。
这样就没事了。
有进、借位，CY＝1；无进、借位，CY＝0
例：
78H+97H（01111000+10010111）
AC：
辅助进、借位（高半字节与低半字节间的进、借位）。
例：
57H+3AH（01010111+00111010）
下面我们逐一介绍各位的用途
F0：
用户标志位，由用户（编程人员）决定什么时候用，什么时候不用。
RS1、RS0：
工作寄存器组选择位。
这个我们已知了。
0V：
溢出标志位。
运算结果按补码运算理解。
有溢出，OV=1；无溢出，OV＝0。
什么是溢出我们后面的章节会讲到。
P：
奇偶校验位：
它用来表示ALU运算结果中二进制数位“1”的个数的奇偶性。
若为奇数，则P=1，否则为0。
运算结果有奇数个1，P＝1；运算结果有偶数个1，P＝0。
例：
某运算结果是78H（01111000），显然1的个数为偶数，所以P=0。
4、P0、P1、P2、P3------这个我们已经知道，是四个并行输入/输出口的寄存器。
它里面的内容对应着管脚的输出。
5、IE-----中断充许寄存器
按位寻址，地址：
A8H
中断禁止（即不产生中断）
EA（IE.7）：
EA=0时，所有中断禁止（即不产生中断）
EA=1时，各中断的产生由个别的允许位决定
-（IE.6）：
保留
ET2（IE.5）：
定时2溢出中断充许（8052用）
ES（IE.4）：
串行口中断充许（ES=1充许，ES=0禁止）
ET1（IE.3）：
定时1中断充许
EX1（IE.2）：
外中断INT1中断充许
ET0（IE.1）：
定时器0中断充许
EX0（IE.0）：
外部中断INT0的中断允许
7、IP-----中断优先级控制寄存器
按位寻址，地址位B8H
IP
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
（B8H）
PT2
PS
PT1
PX1
PT0
PX0
PT2：
定时器/计数器T2的中断优先级控制位，只用于52子系列。
PS：
串行口的中断优先级控制位。
PT1：
定时器/计数器T1的中断优先级控制位。
PX1：
外部中断INT1的中断优先级控制位。
PT0：
定时器/计数器T0的中断优先级控制位。
PX0：
外部中断INT0的中断优先级控制位。
如果某位被置“1”，则对应的中断源被设为高优先级；如果某位被清“0”，则对应的中断源被设为低优先级。
对于同级中断源，系统有默认的优先权顺序，
【例5-10】利用定时/计数器中断抗干扰防死机。
利用定时/计数器防止死机的思想是：
先估算出系统主程序执行一次循环所需要的时间t1，然后设置定时/计数器的定时时间为t2，其中t2略大于t1。
在主程序的循环部分包括对定时/计数器初始化，这样，如果系统正常运行，则由于定时时间比t2比t1大，所以定时还未到时，主程序已完成一次循环，定时器被重新初始化，定时时间始终不会到，定时/计数器不会溢出中断；只有当系统受干扰死机，主程序不能被重新执行，定时/计数器不会被重新初始化，则经过时间t2后，定时时间到，溢出中断，中断后由硬件实现转到中断服务程序。
如果用户在中断服务程序中安排回到主程序中的命令，那么系统可以重新运行主程序，这就达到了防止死机的目的。
中断服务程序
函数名（）interruptnusingm
{
函数内部实现….
}
6、指针寄存器
（1）程序计数器PC
指明即将执行的下一条指令的地址，16位，寻址64KB范围，
复位时PC=0000H
（2）堆栈指针SP
指明栈顶元素的地址，8位，可软件设置初值，复位时SP=07H
（3）数据指针DPTR
@R0、@R1、@DPTR；指明访问的数据存储器的单元地址，16位，寻址范围64KB。
DPTR=DPH+DPL。
可以用它来访问外部数据存储器中的任一单元，如果不用，也可以作为通用寄存器来用，由我们自已决定如何使用。
分成DPL（低8位）和DPH（高8位）两个寄存器。
用来存放16位地址值，以便用间接寻址或变址寻址的方式对片外数据RAM或程序存储器作64K字节范围内的数据操作。
7、定时/计数器
（1）定时器方式寄存器：
TMOD
（2）定时器控制寄存器：
TCON
（3）计数寄存器：
TH0、TL0；TH1、TL1。
可用于设定计数初值。
8、8052/8032增设专用寄存器
（1）定时器2控制寄存器T2CON；控制、设置工作方式。
（2）计数寄存器：
TH2、TL2
（3）定时器2捕获/重装载寄存器：
RCAP2H、RCAP2L
存放自动重装载到TH2、TL2的数据。
9、定时/计数器的方式寄存器TMOD
其中：
M1、M0为工作方式选择位，用于对T0的四种工作方式，T1的三种工作方式进行选择，选择情况如下
C/T：
定时或计数方式选择位，当C/T=1时工作于计数方式；当C/T=0时工作于定时方式。
GATE：
门控位，用于控制定时/计数器的启动是否受外部中断请求信号的影响。
定时/计数器的工作方式
一．方式0
方式1是13位的定时/计数方式，因而最大计数值（满值）为2的13次幂，等于8192。
如计数值为N，则置入的初值X为：
X=8192-N
如定时/计数器T0的计数值为1000，则初值为7192，转换成二进制数为1110000011000B，则TH0=11100000B，TL0=00011000B。
二．方式1
方式1的结构与方式0结构相同，只是把13位变成16位，16位的加法计数器被全部用上。
由于是16位的定时/计数方式，因而最大计数值（满值）为2的16次幂，等于65536。
如计数值为N，则置入的初值X为：
X=65536-N
如定时/计数器T0的计数值为1000，则初值为65536-1000=64536，转换成二进制数为1111110000011000B，则TH0=11111100B，TL0=00011000B。
三．方式2
方式2下，16位的计数器只用了8位来计数，用的是TL0（或TL1）的8位来进行计数，而TH0（或TH1）用于保存初值。
当TL0（或TL1）计满时则溢出，一方面使TF0（或TF1）置位，另一方面溢出信号又会触发图5.5上的三态门，使三态门导通，TH0（或TH1）的值就自动装入TL0（或TL1）。
由于是8位的定时/计数方式，因而最大计数值（满值）为2的8次幂，等于256。
如计数值为N，则置入的初值X为：
X=256-N
如定时/计数器T0的计数值为100，则初值为256-100=156，转换成二进制数为10011100B，则TH0=TL0=10011100B。
注意:
由于方式2计满后，溢出信号会触发三态门自动地把TH0（或TH1）的值装入TL0（或TL1）中，因而如果要重新实现N个单位的计数，不用重新置入初值。
四．方式3
方式3只有定时/计数器T0才有，当M1M0两位为11时，定时/计数器T0工作于方式3，方式3的结构如下图.
方式3下，定时/计数器T0被分为两个部分TL0和TH0，其中，TL0可作为定时/计数器使用，占用T0的全部控制位：
GATE、C/T、TR0和TF0；而TH0固定只能作定时器使用，对机器周期进行计数，这时它占用定时/计数器T1的TR1位、TF1位和T1的中断资源。
10、定时/计数器的控制寄存器TCON
其中：
TF1：
定时/计数器T1的溢出标志位，当定时/计数器T1计满时，由硬件使它置位，如中断允许则触发T1中断。
进入中断处理后由内部硬件电路自动清除。
TR1：
定时/计数器T1的启动位，可由软件置位或清零，当TR1=1时启动；TR1=0时停止。
TF0：
定时/计数器T0的溢出标志位，当定时/计数器T0计满时，由硬件使它置位，如中断允许则触发T0中断。
进入中断处理后由内部硬件电路自动清除。
TR0：
定时/计数器T0的启动位，可由软件置位或清零，当TR0=1时启动；TR0=0时停止。
TCON的低4位用于控制外部中断,已在前面介绍。
TCON的高4位用于控制定时/计数器的启动和中断申请。
IT0（TCON.0），外部中断0触发方式控制位。
当IT0=0时，为电平触发方式。
当IT0=1时，为边沿触发方式（下降沿有效）。
IE0（TCON.1），外部中断0中断请求标志位。
IT1（TCON.2），外部中断1触发方式控制位。
IE1（TCON.3），外部中断1中断请求标志位。
TF0（TCON.5），定时/计数器T0溢出中断请求标志位。
TF1（TCON.7），定时/计数器T1溢出中断请求标志位。
例子：
定时/计数器的应用：
通常利用定时/计数器来产生周期性的波形。
利用定时/计数器产生周期性波形的基本思想是：
利用定时/计数器产生周期性的定时，定时时间到则对输出端进行相应的处理。
如产生周期性的方波只须定时时间到对输出端取反一次即可。
【例1】设系统时钟频率为12MHZ，用定时/计数器T0编程实现从P1.0输出周期为500μs的方波。
分析：
从P1.0输出周期为500μs的方波，只须P1.0每250μs取反一次则可。
当系统时钟为12MHZ，定时/计数器T0工作于方式2时，最大的定时时间为256μs，满足250μs的定时要求，方式控制字应设定为00000010B（02H）。
系统时钟为12MHZ，定时250μs，计数值N为250，初值X=256-250=6，则TH0=TL0=06H。
【例2】设系统时钟频率为12MHZ，编程实现从P1.1输出周期为1s的方波。
根据例5-2的处理过程，这时应产生500ms的周期性的定时，定时到则对P1.1取反就可实现。
由于定时时间较长，一个定时/计数器不能直接实现，可用定时/计数器T0产生周期性为10ms的定时，然后用一个寄存器R2对10ms计数50次或用定时/计数器T1对10ms计数50次实现。
系统时钟为12MHZ，定时/计数器T0定时10ms，计数值N为10000，只能选方式1，方式控制字为00000001B（01H），初值X：
X=65536-10000=55536=1101100011110000B
则TH0=11011000B=D8H，TL0=11110000B=F0H。
（1）用寄存器R2作计数器软件计数，中断处理方式。
C语言程序：
#include//包含特殊功能寄存器库
sbitP1_1=P1^1;
chari;
voidmain（）
{
TMOD=0x01;
TH0=0xD8;TL0=0xf0;
EA=1;ET0=1;
i=0;
TR0=1;
while
（1）;
}
voidtime0_int（void）interrupt1//中断服务程序
{
TH0=0xD8;TL0=0xf0;
i++;
if（i==50）{P1_1=!
P1_1;i=0;}
}
（2）用定时/计数器T1计数实现，定时/计数器T1工作于计数方式时，计数脉冲通过T1（P3.5）输入，设定时/计数器T0定时时间到对T1（P3.5）取反一次，则T1（P3.5）每20ms产生一个计数脉冲，那么定时500ms只须计数25次，设定时/计数器T1工作于方式2，初值X=256-25=231=11100111B=E7H，TH1=TL1=E7H。
因为定时/计数器T0工作于方式1，定时，则这时方式控制字为01100001B（61H）。
定时/计数器T0和T1都采用中断方式工作。
C语言程序如下：
#include//包含特殊功能寄存器库
sbitP1_1=P1^1;
sbitP3_5=P3^5;
voidmain（）
{
TMOD=0x61;
TH0=0xD8;TL0=0xf0;
TH1=0xE7;TL1=0xE7;
EA=1;
ET0=1;ET1=1;
TR0=1;TR1=1;
while
（1）;
}
voidtime0_int（void）interrupt1//T0中断服务程序
{
TH0=0xD8;TL0=0xf0;
P3_5=!
P3_5;
}
voidtime1_int（void）interrupt3//T1中断服务程序
{
P1_1=!
P1_1;
}
（1）采用中断处理方式的程序：
（2）采用查询方式处理的程序
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