第6章 单片机原理及接口技术讲稿第三版李朝青.docx

1、第6章 单片机原理及接口技术讲稿第三版李朝青第6章 定时器及应用6.1 定时器概述6.1.1 8051定时器结构8051定时器的结构如 图6-1 所示。图6-1 89C51定时器有两个16位的定时器/计数器，即定时器0（T0）和定时器1（T1）。它们实际上都是16位加1计数器。T0由两个8位特殊功能寄存器TH0和TL0构成；T1由TH1和TL1构成。6.1.2 8051定时器功能每个定时器都可由软件设置为 定时工作方式或 计数工作方式及其他灵活多样的可控功能方式。这些功能由特殊功能寄存器TMOD和TCON所控制。定时器工作不占用CPU时间，除非定时器/计数器溢出，才能中断CPU的当前操作。每个

2、定时器/计数器还有四种工作模式。其中模式0-2对T0和T1是一样的，模式3对两者不同。定时工作方式定时器计数8051片内振荡器输出经12分频后的脉冲，即每个机器周期使定时器（T0或T1）的数值加1直至计满溢出。当8051采用12MHz晶振时，一个机器周期为1s，计数频率为1MHz。计数工作方式通过引脚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。CPU检测一个1至0的跳变需要两个机器周期，故最高计数频率为振荡频率的1/24。为了确保某个电平在变化之前被采样一次，要求电平保持时间至少是一个完整的机器周期。对输入脉冲信号的基本要求如 图6

3、-2所示。6.2 定时器的控制 6.2.1 工作模式寄存器 TMODTMOD用于控制T0和T1的工作模式。TMOD不能位寻址，只能用字节设置定时器的工作模式，低半字节设置T0，高半字节设置T1。8051系统复位时，TMOD的所有位被清0。TMOD各位的定义格式如 图6-3 所示。TMOD各位定义及具体的意义归纳如 图6-4所示。 M1和M0操作模式控制位。 两位可形成四种编码，对应于四种模式。见 表6-1。M1 M0工作模式功能描述0 0模式013位计数器0 1模式116位计数器1 0模式2自动再装入8位计数器1 1模式3定时器0：分成二个8位计数器 定时器1：停止计数 C/T计数器/定时器方

4、式选择位。 C/T=0，设置为定时方式。定时器计数8051片内脉冲，即对机器周期计数。 C/T=1，设置为计数方式。计数器的输入来自T0（P3.4）或T1（P3.5）端的外部脉冲 。 GATE门控位。 GATE=0，只要用软件使TR0（或TR1）置1就可以启动定时器，而不管INT0（或INT1）的电平是高还是低。 GATE=1，只有INT0（或INT1）引脚为高电平且由软件使TR0（或TR1）置1时，才能启动定时器工作。6.2.2 控制器寄存器 TCONTCON除可字节寻址外，各位还可位寻址。8051系统复位时，TCON的所有位被清0。 TCON各位的定义格式如 图6-5所示。TCON各位定义

5、及具体的意义归纳如 图6-6所示。 TF1（TCON.7) T1溢出标志位。 当T1溢出时，由硬件自动使中断触发器TF1置1，并CPU申请中断。 当CPU响应中断进入中断服务程序后，TF1由被硬件自动清0。TF1也可以用软件清0。 TF0 （TCON.5)T0溢出标志位。 其功能和操作情况同TF1。 TR1(TCON.6)T1运行控制位。 可通过软件置1（TR1=1）或清0（TR1=0）来启动或 关闭 T1。 在程序中用指令“SETB TR1”使TR1位置1，定时器T1便开始计数。 TR0(TCON.4)T0运行控制位。 其功能和操作情况同TR1。 IE1，IT1，IE0，IT0(TCON.3

6、TCON.0)外部中断INT1，INT0请求及请求方式控制位。前一章已经讲过。6.3 定时器的四种模式及应用 6.3.1 模式 0 及其应用一、模式 0 的逻辑电路结构T0在模式 0 的逻辑电路结构如图所示。（T1相同）二、模式 0 工作特点在这种模式下，16位寄存器（TH0和TL0）只用了13位。其中TL0的高3位未用，其余5位为整个13位的低5为，TH0占高8位。当TL0的低5位溢出时，向TH0进位；TH0溢出时，向中断标志TF0进位（硬件置位TF0），并申请中断。定时时间为： t=(213T0初值)振荡周期12三、模式 0 的应用举例(例6-1)例6-1：设定时器T0选择工作模式0，定时

7、时间为1ms，fosc=6MHz。试确定T0初值，计算最大定时时间T。解：当T0处于工作模式0时，加1计数器为13位。（1）试确定T0初值 设T0的初值位X。则：(213X)1/6 10-612=110-3 s X=7692D =1 1110 0000 1100B T0的低5位：01100B=0CH即(TL0)=0CH T0的高8位：11110000B=F0H即(TH0)=F0H（2）计算最大定时时间T T0的最大定时时间对应于13位计数器T0的各位全为1，即(TL0)=1FH，(TH0)=FFH.则：T=2131/6 10-612=16.384ms三、模式 0 的应用举例(例6-2)例6-2

8、：设T0工作在模式0，定时时间为1ms，fosc=6MHz。编程实现其定时功能。定时时间到，P1.0取反。 解：（1）计算T0初值X 计算步骤见例6-1。 结果：(TH0)=0F0H,(TL0)=0CH。（2）程序清单： 初始化引导程序 ORG 0000HRESET: AJMP MAIN ； 跳过中断服务程序区 ORG 000BH ；中断服务程序入口 AJMP ITOP主程序： ORG 0100H MAIN: MOV SP,#60H ；设堆栈指针 ACALL PTOMD HERE: AJMP HERE ；等待时间到，转入中断服务程序PTOMD: MOV TMOD,#00H；选择工作模式 MOV

9、 TL0,#0CH；送初值 MOV TH0,#0F0H SETB TR0 ；启动定时 SETB ET0 ；T0开中断 SETB EA ；CPU开中断 RET中断服务程序 ORG 0120H ITOP: MOV TL0,#0CH ；重新装如初值 MOV TH0,#0F0H CPL P1.0 ；P1.0取反 RETI三、模式 0 的应用举例(例6-3)例6-3：利用T0的工作模式0产生1ms定时，在P1.0引脚输出周期为2ms的方波。设单片机晶振频率fosc=12MHz。编程实现其功能。解： 要在P1.0引脚输出周期为2ms的方波，只要使P1.0每隔1ms取反一次即可。 （1）选择工作模式 T0的

10、模式字为TMOD=00H，即 M1M0=00，C/T=0，GATE=0，其余位为0。（2）计算1ms定时时T0的初值 (213X)1/12 10-612=110-3 s X=7193D=11100000 11000B T0的低5位：11000B=18H即 (TL0)=18H T0的高8位：11100000B=E0H即 (TH0)=E0H （3）采用查询方式的程序程序清单： MOV TMOD,#00H ；设置T0为模式0 MOV TL0,#18H ；送初值 MOV TH0,#0E0H SETB TR0 ；启动定时 LOOP：JBC TF0，NEXT ；查询定时时间到否 SJMP LOOP NEX

11、T：MOV TL0,#18H ；重装计数初值 MOV TH0,#0E0H CPL P1.0 ；取反 SJMP LOOP ；重复循环（4）采用定时器溢出中断方式的程序程序清单： 主程序 ORG 0000H RESET: AJMP MAIN ； 跳过中断服务程序区 ORG 0030H MAIN： MOV TMOD,#00H ；设置T0为模式0 MOV TL0,#18H ；送初值 MOV TH0,#0E0H SETB EA ；CPU开中断 SETB ET0 ；T0中断允许 SETB TR0 ；启动定时 HERE：SJMP HERE ；等待中断，虚拟主程序中断服务程序 ORG 000BH AJMP C

12、TC0 ORG 0120H CTC0: MOV TL0,#18H ；重新装如初值 MOV TH0,#0E0H CPL P1.0 ；P1.0取反 RETI6.3.2 模式 1 及其应用一、模式 1 的逻辑电路结构T0在模式 1 的逻辑电路结构如 图6-7所示。（T1相同）二、模式 1 工作特点该模式对应的是一个16位的定时器/计数器。用于定时工作方式时，定时时间为： t=(216T0初值)振荡周期12用于计数工作方式时，计数长度最大为： 216=65536（个外部脉冲）三、模式 1 的应用举例（例6-4）例6-4：用定时器T1产生一个50Hz的方波，由 P1.1输出。，使用程序查询方式，fosc

13、=6MHz。解： 方波周期T=1/50=0.02s =20ms 用T1定时10ms 计数初值X为： X=21612101000/12 =6553610000=55536=D8F0H源程序清单： MOV TMOD,#10H ；设置T1为模式1 SETB TR1 ；启动定时LOOP： MOV TL1,#0D8H ；送初值 MOV TH1,#0F0H JNB TF1，$ ；查询定时时间到否 CLR TF1 ;产生溢出，清标志位 CPL P1.1 ；取反 SJMP LOOP ；重复循环6.3.3 模式 2 及其应用一、模式 2 的逻辑电路结构T0在模式 2 的逻辑电路结构如 图6-8所示。（T1相同）

14、TL0计数溢出时，不仅使溢出中断标志位TF0置1，而且还自动把TH0中的内容重新装载到TL0中。TL0用作8位计数器，TH0用以保存初值。二、模式 2 工作特点该模式把TL0(TL1)配置成一个可以自动重装载的8位定时器/计数器。在程序初始化时，TL0和TH0由软件赋予相同的初值。用于定时工作方式时，定时时间为：t=(28TH0初值)振荡周期12用于计数工作方式时，计数长度最大为：28=256（个外部脉冲）该模式可省去软件中重装常数的语句，并可产生相当精确的定时时间，适合于作串行口波特率发生器。三、模式 2 的应用举例（例6-5）例6-5：当P3.4引脚上的电平发生负跳变时， 从P1.0输出一

15、个500s的同步脉冲。请编程序实现该功能。查询方式，fosc=6MHz。解：（1）模式选择 选T0为模式2，外部事件计数方式。 当P3.4引脚上的电平发生负跳变时，T0计数器加1，溢出标志TF0置1；然后改变T0为500s定时工作方式，并使P1.0输出由1变为0。T0定时到产生溢出，使P1.0输出恢复高电平，T0又恢复外部事件计数方式。 如 图6-9 所示。（2）计算初值 T0工作在外部事件计数方式，当计数到28时，再加1计数器就会溢出。设计数初值为X，当再出现一次外部事件时，计数器溢出。 则: X+1=28 X= 28 1=11111111B=0FFH T0工作在定时工作方式，设晶振频率为6

16、MHz，500s相当于250个机器周期。因此，初值X为 (28X)2s=500s X=6=06H（3）程序清单START： MOV TMOD,#06H ；设置T0为模式2,外部计数方式 MOV TL0,#0FFH ；T0计数器初值 MOV TH0,#0FFH SETB TR0 ；启动T0计数 LOOP1：JBC TF0，PTFO1 ；查询T0溢出标志， ；TF0=1时转，且清TF0=0 SJMP LOOP1 ； PTFO1：CLR TR0 ；停止计数 MOV TMOD,#02H ；设置T0为模式2，定时方式 MOV TL0,#06H ；送初值，定时500s MOV TH0,#06H CLR P

17、1.0 ; P1.0清0 SETB TR0 ；启动定时500s LOOP2 : JBC TF0,PTFO2 ；查询T0溢出标志， ；TF0=1时转，且清TF0=0 ; （第一个500s到否？） SJMP LOOP2 ；等待中断，虚拟主程序 PTFO2 : SETB P1.0 ； P1.0置1 CLR TR0 ；停止计数 SJMP START三、模式 2 的应用举例（例6-6）例6-6：利用定时器T1的模式2对外部信号计数。要求没计满100次，将 P1.0端取反。解：（1）选择模式 外部信号由T1（P3.5）引脚输入，每发生一次负跳变计数器加1，每输入100个脉冲，计数器发生溢出中断，中断服务程

18、序将P1.0取反一次。 T1计数工作方式模式2的模式字为（TMOD）=60H。 T0不用时，TMOD的低4位可任取，但不能进入模式3，一般取0。（2）计算T1的计数初值 X= 28 100=156=9CH 因此:TL1的初值为9CH， 重装初值寄存器TH1=9CH。（3）程序清单 MAIN： MOV TMOD,#60H ；设置T1为模式2,外部计数方式 MOV TL1,#9CH ；T1计数器初值 MOV TH1,#9CH MOV IE，#88H ; 定时器开中断 SETB TR1 ；启动T1计数 HERE：SJMP HERE ；等待中断 ORG 001BH ；中断服务程序入口 CPL P1.0

19、 RETI6.3.4 模式 3 及其应用一、模式 3 的逻辑电路结构1、T0模式3的逻辑电路结构T0模式3的逻辑电路结构如 图6-10所示。T0设置为模式3，TL0和TH0被分成两个相互独立的8位计数器。TL0用原T0的各控制位、引脚和中断源，即C/T，GATE，TR0，TF0，T0（P3.4）引脚，INT0（P3.2）引脚。TL0可工作在定时器方式和计数器方式。其功能和操作与模式0、模式1相同（只是8位）。它占用了定时器T1的控制位TR1和T1的中断标志TF1，其启动和关闭仅受TR1的控制。TH0只可用作简单的内部定时功能。2、T0模式3下T1的逻辑电路结构定时器T1无工作模式3状态。在T0

20、用作模式3时，T1仍可设置为模式02。T0模式3下T1的逻辑电路结构如 图6-12 所示。由于TR1和TF1被定时器T0占用，计数器开关K已被接通，此时，仅用T1控制位，C/T切换其定时或计数器工作方式就可使T1运行。当计数器溢出时，只能将输出送入串行口或用于不需要中断的场合。一般作波特率发生器二、模式 3 的应用举例（例6-7）例6-7：设某用户系统已使用了两个外部中断源，并置定时器T1工作在模式2，作串行口波特率发生器用。现要求再增加一个外部中断源，并由P1.0引脚输出一个5kHz的方波。Fosc=12MHz. 解：（1）工作模式 可设置T0工作在模式3计数器方式，把T0的引脚作附加的外部

21、中断输入端，TL0的计数初值为FFH，当检测到T0引脚电平出现由1至0的负跳变时，TL0产生溢出，申请中断。 T0模式3下，TL0作计数用，而TH0用作8位的定时器，定时控制P1.0引脚输出5kHz的方波信号。 （2）计算初值TL0的计数初值为FFH。TH0的计数初值X为： P1.0方波周期T=1/(5kHz)=0.2ms=200s 用TH0作定时100s时， X=256-100 12/12=156（3）程序清单 MOV TMOD,#27H ；T0为模式3,计数方式 ; T1为模式2，定时方式 MOV TL0,#0FFH ；TL0计数初值 MOV TH0,#156 ；TH0计数初值 MOV T

22、L1,#data ；data是根据波特率 ；要求设置的常数（初值） MOV TH1,#data MOV TCON,#55H ；外中断0，外中断1边沿触发， ；启动T0，T1 MOV IE，#9FH ; 开放全部中断 TL0溢出中断服务程序（由000BH转来）TL0INT：MOV TL0，#0FFH ；TL0重赋初值 （中断处理） RETI TH0溢出 TH0溢出中断服务程序（由001BH转来）TH0INT：MOV TH0，#156 ；TH0重赋初值 CPL P1.0 ;P1.0取反输出 RETI串行口及外部中断0，外部中断1的服务程序略。6.3.5 综合应用举例（例6-8）例6-8：设时钟频率

23、为6MHz。编写利用T0产生1s定时的程序。 解：（1）定时器T0工作模式的确定模式0最长可定时16.384ms; 模式1最长可定时131.072ms; 模式2最长可定时512s;定时1s，可选用模式1，每隔100ms中断一 次，中断10次为1s。 （2）求计数器初值X (216X)12/(6 106) =10010-3 s X=15536=3CB0H 因此：(TL0)=0B0H (TH0)=3CH (3)实现方法 对于中断10次计数，可使T0工作在计数方式，也可用循环程序的方法实现。本例采用循环程序法。（4）源程序清单 ORG 0000H AJMP MAIN ； 上电，转向主程序 ORG 0

24、00BH ；T0的中断服务程序入口地址 AJMP SERVE ；转向中断服务程序 ORG 2000H ；主程序MAIN : MOV SP,#60H ；设堆栈指针 MOV B，#0AH ；设循环次数 MOV TMOD,#01H ；设置T0工作于模式1 MOV TL0,#0B0H ；装计数值低8位 MOV TH0,#3CH ；装计数值高8位 SETB TR0 ；启动定时 SETB ET0 ；T0开中断 SETB EA ；CPU开中断 SJMP $ ；等待中断SERVE: MOV TL0,#0B0H ；重新赋初值 MOV TH0,#3CH DJNZ B,LOOP ；B-1不为0，继续定时 CLR T

25、R0 ；1s定时到，停止T0工作LOOP: RETI ；中断返回 END6.3.5 综合应用举例（例6-9）例6-9：设计实时时钟程序。时钟 就是以秒、分、时为单位进行计时。用定时器与中断的联合应用。解：（1）实现时钟计时的基本方法 计算计数初值。 时钟计时的最小单位是秒，但使用单片机定时器/计数器进行定时，即使按方式1工作，其最大定时时间也只能达131ms。因此，可把定时器的定时时间定为100ms，计数溢出10次即得到时钟计时的最小单位秒；而10次计数可用软件方法实现。假定使用定时器T0，以工作模式1进行100ms的定时。如fosc=6MHz，则计数初值X为： (216X)12/(6 106

26、 )=10010-3 s X=15536=3CB0H因此 ： (TL0)=0B0H (TH0)=3CH 采用定时方式进行溢出次数的累计，计满10次即得到秒计时。 从秒到分和从分到时的计时是通过累计和数值比较实现的。 时钟显示即及显示缓冲区部分在这里略，可自行设计。（2）程序流程及程序清单 主程序（MAIN）的主要功能 是进行定时器T1的初始化编程并启动T1，然后通过反复调用显示子程序，等待100ms定时中断的到来。其流程如 图6-13所示。 中断服务程序（PITO）的主要功能 是进行计时操作。程序开始先判断计数溢出时候满了10次，不满表明还没达到最小计时单位秒，中断返回；如满10次则表示已达到

27、最小计时单位秒，程序继续向下运行，进行计时操作。 要求满1秒则“秒位”32H单元内容加1，满60s则“分位”31H单元内容加1，满60min则“时位”30H单元内容加1，满24h则30H，31H，332H单元内容全部清0。中断服务程序流程如 图6-14所示。 源程序如下： ORG 0000H AJMP MAIN ； 上电，转向主程序 ORG 001BH ；T1的中断服务程序入口地址 AJMP SERVE ；转向中断服务程序 ORG 2000H ；主程序MAIN: MOV SP,#60H ；设堆栈指针 MOV TMOD,#10H ；设置T1工作于模式1 MOV 20H，#0AH ；设循环次数 C

28、LR A MOV 30H，A ；时单元清0 MOV 31H，A ；分单元清0 MOV 32H，A ；秒单元清0 SETB ET1 ；T1开中断 SETB EA ；CPU开中断 MOV TL1,#0B0H ；装计数值低8位 MOV TH1,#3CH ；装计数值高8位 SETB TR1 ；启动定时 SJMP $ ；等待中断（可反复调用显示子程序）SERVE: PUSH PSW ;保护现场 PUSH ACC MOV TL1,#0B0H ；重新赋初值 MOV TH1,#3CH DJNZ 20H,RETUNT ；1s未到，返回 MOV 20H，#0AH ；重置中断次数 MOV A，#01H ADD A，

29、32H ；“秒位”加1 DA A ；转换为BCD码 MOV 32H，A CJNE A，#60H，RETUNT ；未满60s，返回 MOV 32H，#00H ；计满60s，“秒位”清0 MOV A，#01H ADD A，31H ；“分位”加1 DA A ；转换为BCD码 MOV 31H，A CJNE A，#60H，RETUNT ；未满60min，返回 MOV 31H，#00H ；计满60min，“分位”清0 MOV A，#01H ADD A，30H ；“时位”加1 DA A ；转换为BCD码 MOV 30H，A CJNE A，#24H，RETUNT ；未满24h，返回 MOV 30H，#00H ；计满24h，“时位”清0RETUNT： POP ACC ；恢复现场 POP PSW RETI ；中断返回 END