定时器 计数器的基本结构及工作原理文档格式.docx

1、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0 00 11 01 1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

2、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

3、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1 0。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0 1。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

4、后各位的情况如下：D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 00 10 01 01二进制数00100101=十六进制数25H。所以执行MOV TMOD,#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

5、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

6、以用位操作命令。例如：执行CLR TF0后则清定时器0的溢出；SETB TR1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

7、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=8 192方式1：M=216=65 536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500

8、us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M1 M0=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/（6106）Hz=2s设初值为X，则：（1013-X）210-6s=50010-6s X=7942D=1111100000110 B=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

9、，所以X的实际填写应为：X=111100000000110 B=F806H结果：TH1=F8H，TL1=06H源程序如下：ORG 2000H MOV TL1,#06H；给TL1置初值MOV TH1,#0F8H；给TH1置初值SETB TR1；启动T1 LP1：JBC TF1,LP2；查询计数溢出否?AJMP LP1 LP2：MOV TL1,#06H；重新设置计数初值MOV TH1,#0F8H CPL P1.1；输出取反AJMP LP1；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

10、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

11、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

12、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：18192（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/（

13、6106）12=210-6=2（ms）最大定时时间为：（213-0）12=1638410-6=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。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=25010-6求解得：X=213

14、-（2502）=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。TMOD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。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。程序设计：MOV TMOD，#00H；设置T1为工作方式0 MOV TH1，#OFCH；设置计数初值MOV

15、TL1，#03H MOV IE，#00H；禁止中断LOOP：启动定时JBC TF1，LOOP1；查询计数溢出AJMP LOOP LOOP1：MOV TH1，#FCH；MOV TL1，#03H CLR TF1；计数溢出标志位清0 CPL P1.0；AJMP LOOP；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：165536（216）当为定时工作方式时，定时时间计算公式为：（216-计数初

16、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）1/610-6（216-0）12=13107210-6（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=FFH TL1=83HTMOD=10H程序设计主程序：MOV TMOD，#10H；定时器1工作方式1 MOV TH1，#0FFH；MOV TL1，#0A1H SETB EA；开中断SETB ET1；定时器1允许中断定时开始HERE：SJMP$；

17、等待中断中断服务程序：MOV TH1，#0FFH；MOV TL1，#0A1H CPL P1.0；RETI；中断返回工作方式2 8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

18、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

19、，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=100X=206D=11001110 B=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。程序设计（查询方式）MOV IE，#00H；MOV TMOD，#02H；设

20、置定时器0为方式2 MOV TH0，#0CEH；保存计数初值MOV TL0，#0CEH；SETB TR0；JBC TF0，LOOP1；CPL P1.0；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。程序设计（中断方式）定时器0工作方式2 MOV TH0，#0CEH；SETB EA；SETB ET0；定时器0允许中断开始定时等待中断CLP TF0；计数溢出标志位清0 AJMP LOOP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=09CHM1

21、M0=10，C/T=1，GATE=0因此TMOD=60HMOV IE,#00H；MOV TMOD,#60H；设置计数器1为方式2 MOV TH1,#9CH；MOV TL1,#9CH；启动计数DEL：JBC TF1,LOOP；AJMP DEL LOOP：INC A；累加器加1 AJMP DEL；循环返回工作方式3 2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

22、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

23、出1000个脉冲，脉冲周期为2ms，试编程。T=121/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=0001 1110 0000 1100B TH0=0F0H TL0=0CH T1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：O

24、RG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH LJMP TOS ORG 1000H MOV TMOD，#50H；T0定时，模式0；T1计数，模式1 MOV TL0，#0CH MOV TH0，#0F0H MOV TL1，#18H MOV TH1，#0FCH SETB TR1 SETB TR0 SETB ET0 SETB EA JNB TF1，WAIT；查询1000个脉冲计够没有?没有等待。CLR EA CLR ET0 ANL TCON，#0FH；停T0、T1 SJMP$MOV TL0，#0CH MOV TH0，#0F0H CPL P10 RETI END例2、脉冲参数测量-GATE功

25、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：ORG 0000H LJMP MAIN ORG 2000H MOV TMOD，#99H MOV A，#00H MOV TL0，A MOV TH0，A MOV TL1，A MOV TH1，A JB P32，TEST0 SETB TR0 JNB P32，TEST1 SETB TR1 JB P32，TEST2 CLR TR0 MOV 20H，TH0 MOV 21H，TL0 JB P33，TEST3 C