单片机课件 (6).ppt
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1、单片机原理及应用主讲教师:胡晓娟中国矿业大学理学院 物理系2 5.3 MCS-51单片机的定时器单片机的定时器/计数器计数器在单片机中的控制应用中,可供选择的定时方法有:在单片机中的控制应用中,可供选择的定时方法有:l l软软软软件件件件定定定定时时时时:通通过过执执行行循循环环程程序序进进行行时时间间延延迟迟,定定时时时时间间精精确确且且不不需需要要外外加加硬硬件件电电路路。但但要要占占用用CPU,增增加加CPU开开销销,定定时时间不宜过长。时时间不宜过长。l l硬硬硬硬件件件件定定定定时时时时:定定时时功功能能全全部部由由硬硬件件电电路路完完成成,不不占占CPU时时间间,但但需需通通过过改
2、改变变电电路路中中的的元元件件参参数数来来调调节节定定时时时时间间,使使用用上上不不够灵活方便。够灵活方便。l l可可可可编编编编程程程程定定定定时时时时器器器器定定定定时时时时:通通过过对对系系统统时时钟钟脉脉冲冲的的计计数数来来实实现现。计计数数值值通通过过程程序序设设定定,改改变变计计数数值值即即可可改改变变定定时时时时间间,使使用用灵灵活方便。活方便。35.3.1 5.3.1 定时器定时器定时器定时器/计数器的计数和定时功能计数器的计数和定时功能计数器的计数和定时功能计数器的计数和定时功能MCS-51单单片片机机有有2个个16位位的的可可编编程程定定时时器器/计计数数器器,称称为为定定
3、时时器器/计计数数器器0和和定定时时器器/计计数数器器1,分分别别由由两两个个8位位的的计计数数器器TH0、TL0和和TH1、TL1组成,这组成,这4个计数器都是特殊功能寄存器。个计数器都是特殊功能寄存器。l l计数功能计数功能计数功能计数功能所所谓谓计计数数是是指指对对外外部部事事件件进进行行计计数数。外外部部事事件件的的发发生生以以输输入入脉冲表示,因此计数功能的实质就是对外来脉冲的计数。脉冲表示,因此计数功能的实质就是对外来脉冲的计数。MCS-51芯芯片片的的信信号号引引脚脚T0(P3.4)和和T1(P3.5)分分别别是是两两个个计计数数器器的的计计数数输输入入端端。外外部部输输入入的的
4、脉脉冲冲在在负负跳跳变变时时有有效效,供供计数器进行加计数器进行加 1 计数。计数。4计计数数方方式式下下,单单片片机机在在每每个个机机器器周周期期的的S5P2对对计计数数脉脉冲冲输输入入引引脚脚进进行行采采样样。如如果果前前一一个个机机器器周周期期为为高高电电平平,后后一一个个机机器器周周期期为为低低电电平平,即即为为一一个个有有效效的的计计数数脉脉冲冲,在在下下一一个个机机器器周周期期的的S3P1进进行行计计数数。由由于于采采样样计计数数脉脉冲冲是是在在2个个机机器器周周期期完完成的,所以成的,所以计数脉冲的周期不能小于计数脉冲的周期不能小于2个机器周期个机器周期。l l 定时功能定时功能
5、定时功能定时功能定定时时功功能能是是通通过过对对单单片片机机内内部部脉脉冲冲进进行行计计数数来来实实现现的的。即即每每个机器周期产生个机器周期产生1个计数脉冲,使计数器加个计数脉冲,使计数器加 1。在在使使用用定定时时器器时时,既既可可以以根根据据计计数数值值计计算算定定时时时时间间,也也可可以以根据定时时间的要求计算出计数器的预置值。根据定时时间的要求计算出计数器的预置值。l l计数功能计数功能计数功能计数功能5加法计数器加法计数器加法计数器加法计数器 l加加法法计计数数器器是是计计满满溢溢出出时时才才申申请请中中断断,所所以以在在给给计计数数器器赋赋初初值值时时,不不能能直直接接输输入入所
6、所需需的的计计数数值值,而而应应输输入入的的是计数器计数的最大值与这一计数值的差值。是计数器计数的最大值与这一计数值的差值。l设设最最大大值值为为M,计计数数值值为为N,初初值值为为X,则则X的的计计算算方方法为法为:计数状态:计数状态:计数状态:计数状态:X=M X=MN N 定时状态:定时状态:定时状态:定时状态:X=M X=M(定时时间(定时时间(定时时间(定时时间 机器周期)机器周期)机器周期)机器周期)65.3.2 5.3.2 与定时器与定时器与定时器与定时器/计数器有关的控制寄存器计数器有关的控制寄存器计数器有关的控制寄存器计数器有关的控制寄存器位地址位地址8FH8EH8DH8CH
7、8BH8AH89H88H位符号位符号TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0 定时器定时器/计数器控制寄存器:计数器控制寄存器:TCON字节地址:字节地址:88H 位地址:位地址:88H 8FH (可位寻址)(可位寻址)l功能:功能:用于保存外部中断请求以及定时器的计数溢出。用于保存外部中断请求以及定时器的计数溢出。lTCON既既有有定定时时器器/计计数数器器的的控控制制功功能能,又又有有中中断断控控制制功功能能,其中与定时有关的控制位共其中与定时有关的控制位共4位:位:TF1、TR1、TF0、TR0。7lTF0和和TF1:计数溢出标志位:计数溢出标志位当计数器产生计数溢出时,相应的溢
8、出标志位由当计数器产生计数溢出时,相应的溢出标志位由硬件置硬件置“1”。计数溢出标志位的使用有两种情况:计数溢出标志位的使用有两种情况:使使用用中中断断方方式式时时,作作中中断断请请求求标标志志位位来来使使用用,在在转转向向中中断断服服务程序时由硬件自动清务程序时由硬件自动清“0”。使使用用查查询询方方式式时时,作作查查询询状状态态位位来来使使用用,查查询询有有效效后后应应以以软软件方法及时将该位清件方法及时将该位清“0”lTR0和和TR1:运行控制位(软件置:运行控制位(软件置1或清或清0)TR0(TR1)=0 停止定时器停止定时器/计数器工作计数器工作TR0(TR1)=1 启动定时器启动定
9、时器/计数器工作计数器工作位地址位地址8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88H位符号位符号TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT08 定时器方式选择寄存器:定时器方式选择寄存器:TMOD字节地址:字节地址:89H (不可位寻址)(不可位寻址)位位 序序D7D6D5D4D3D2D1D0位符号位符号GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0定时器定时器/计数器计数器 1定时器定时器/计数器计数器 0l功功能能:用用于于设设定定定定时时器器/计计数数器器的的工工作作方方式式(只只能能用用字字节节传送指令设置其内容)传送指令设置其内容)lTMOD的的低低半半字字节节对对应应定定时时器
10、器/计计数数器器 0,高高半半字字节节对对应应定时器定时器/计数器计数器 1,前后半字节的位格式完全对应。,前后半字节的位格式完全对应。9lC/T:定时方式或计数方式选择位:定时方式或计数方式选择位C/T =0 定时工作方式定时工作方式 C/T=1 计数工作方式计数工作方式lGATE:门控位门控位GATE=0以运行控制位(以运行控制位(TR0或或TR1)启动定时器)启动定时器 GATE=1以外部中断请求信号(以外部中断请求信号(INT0 或或INT1)启动定时器)启动定时器M1 M0 工作方式工作方式说说 明明0 0013 位定时器位定时器/计数器(计数器(TH的的 8 位和位和TL的低的低
11、5 位)位)0 1116 位定时器位定时器/计数器计数器 1 02自动重新装入初值的自动重新装入初值的 8 位定时器位定时器/计数器计数器1 13 T0 分成两个独立的分成两个独立的 8 位计数器,位计数器,T1 停止工作停止工作 lM1和和M0:工作方式选择位:工作方式选择位10 中断允许控制寄存器:中断允许控制寄存器:IE字节地址:字节地址:0A8H 位地址:位地址:0A8H 0AFH其中与定时器其中与定时器/计数器有关的控制位共计数器有关的控制位共3位:位:lEA:中断允许总控制位:中断允许总控制位lET0和和ET1:定时器:定时器/计数器中断允许控制位计数器中断允许控制位ET0(ET1
12、)=0禁止定时器禁止定时器/计数器中断计数器中断ET0(ET1)=1允许定时器允许定时器/计数器中断计数器中断位地址位地址0AFH0AEH0ADH0ACH0ABH0AAH0A9H0A8H位符号位符号EAESET1EX1ET0EX0115.3.3 5.3.3 定时器工作方式定时器工作方式定时器工作方式定时器工作方式 0 01.1.电路逻辑结构电路逻辑结构电路逻辑结构电路逻辑结构l定定时时器器工工作作方方式式0是是13位位计计数数结结构构,计计数数器器由由TH的的全全部部8位位和和TL低低5位构成,位构成,TL的高的高3位不用。位不用。12对工作方式对工作方式对工作方式对工作方式 0 0 的说的说
13、的说的说 明:明:明:明:l当当TL0的的低低5位位计计数数溢溢出出时时,向向TH0进进位位,而而全全部部13位位计计数数溢溢出时,向计数溢出标志位出时,向计数溢出标志位TF0TF0进位。进位。l当当C/T=0时时,多多路路开开关关接接通通振振荡荡脉脉冲冲的的12分分频频信信号号(机机器器周周期脉冲)作为计数信号,此时期脉冲)作为计数信号,此时T0为作为为作为定时器定时器定时器定时器;l当当C/T=1时时,多多路路开开关关接接通通计计数数引引脚脚T0,计计数数脉脉冲冲为为P3.4引引脚脚上上的的外外部部输输入入脉脉冲冲,当当计计数数脉脉冲冲发发生生负负跳跳变变时时,计计数数器器加加1,此时,此
14、时T0为作为为作为计数器计数器计数器计数器。lGATE=0时,由时,由TR0的状态控制计数脉冲的接通与断开。的状态控制计数脉冲的接通与断开。lGATE=1且且TR0=1时时,计计数数脉脉冲冲的的接接通通与与断断开开由由外外引引脚脚INT0控制。控制。132.2.启停控制启停控制启停控制启停控制l定定时时器器/计计数数器器的的启启停停控控制制有有两两种种方方法法:纯纯软软件件方方法法和和软软、硬硬件相结合的方法。件相结合的方法。(由门控位由门控位GATE的状态进行选择的状态进行选择)l当当GATE0时时,为为纯纯软软件件启启停停控控制制。这这时时TR0的的状状态态控控制制计计数数脉脉冲冲的的通通
15、断断,而而TR0位位的的状状态态又又是是通通过过指指令令设设置置的的,所所以以称称为为软软件件方方式式。当当把把TR0设设置置为为1,控控制制开开关关接接通通,计计数数器器开开始始计计数数,即即定定时时器器/计计数数器器工工作作;当当把把TR0清清0时时,开开关关断断开开,计数器停止计数。计数器停止计数。l当当GATE1时时,为为软软、硬硬件件相相结结合合的的启启停停控控制制方方式式。这这时时计计数数脉脉冲冲的的接接通通与与断断开开决决定定于于TR0和和INT0的的“与与”关关系系,而而INT0是是引引脚脚P3.2引引入入的的控控制制信信号号。由由于于P3.2引引脚脚信信号号可可控控制制计计数
16、数器器的的启启停停,所所以以可可利利用用80C51的的定定时时器器/计计数数器器进进行行外外部部脉冲信号宽度的测量。脉冲信号宽度的测量。143.3.定时和计数范围定时和计数范围定时和计数范围定时和计数范围l使用工作方式使用工作方式0 的计数功能时,的计数功能时,计数值的范围是:计数值的范围是:1 81921 8192(2 21313)l使用工作方式使用工作方式0 的定时功能时,的定时功能时,定时时间的计算公式为:定时时间的计算公式为:(2 21313计数初值计数初值计数初值计数初值)晶振晶振晶振晶振周期周期周期周期 1 12 2或或(2 21313计数初值计数初值计数初值计数初值)机器周期机器
17、周期机器周期机器周期其时间单位与机器周期或晶振周期的时间单位相同,为其时间单位与机器周期或晶振周期的时间单位相同,为m ms。最最小小定定时时时时间间为为1个个机机器器周周期期,最最大大定定时时时时间间为为8192个个机机器器周周期。期。对对于于6MHz的的晶晶振振,最最小小定定时时时时间间为为2m ms,最最大大定定时时时时间间为为16384m ms。154.4.应用举例应用举例应用举例应用举例 计算计数初值计算计数初值计算计数初值计算计数初值欲欲产产生生500m ms的的等等宽宽正正方方波波脉脉冲冲,只只需需在在P1.0端端以以250m ms为为周周期期交交替替输输出出等等宽宽高高低低电电
18、平平即即可可实实现现,为为此此定定时时时时间间应应为为250m ms。若若使使用用6MHz晶晶振振,则则1个个机机器器周周期期为为2m ms。方方式式0为为13位位计计数数结结构构,设待求的计数初值为设待求的计数初值为X,则:,则:(213 X)210-6=25010-6可解得:可解得:X=8192 125=8067=1111 1100 00011B。用用十十六六进进制制表表示示,高高8位位放放入入TH1(TH1=0FCH);低低5位位放放入入TL1(TL1=03H)。)。【例例1】设设单单片片机机晶晶振振频频率率为为6MHz,使使用用定定时时器器1以以方方式式0产产生生周周期期为为500m
19、ms的的等等宽宽正正方方波波连连续续脉脉冲冲,并并由由P1.0输输出出。以以查查询询方方式式完成。完成。00016 TMODTMOD寄存器初始化寄存器初始化寄存器初始化寄存器初始化 为实现定时器为实现定时器/计数器计数器1的纯软件运行控制,则的纯软件运行控制,则GATE=0;为实现定时功能,应使为实现定时功能,应使C/T=0;为把定时器为把定时器/计数器计数器1设定为方式设定为方式0,则,则M1M0=00;定时器定时器/计数器计数器0不用,不用,TMOD的的低低4位设定为位设定为0;因此,因此,TMOD寄存器应初始化为寄存器应初始化为 00H。由由由由定定定定时时时时器器器器控控控控制制制制寄
20、寄寄寄存存存存器器器器TCONTCON中中中中的的的的位位位位TR1TR1控控控控制制制制定定定定时时时时的的的的启启启启动动动动与停止与停止与停止与停止 TR1=1 启动,启动,TR1=0 停止停止17 程序设计程序设计程序设计程序设计MOV TMOD,#00H;设置设置T1为工作方式为工作方式0MOV TH1,#0FCH;设置计数初值设置计数初值MOV TL1,#03HMOV IE,#00H;禁止中断禁止中断SETB TR1;启动定时启动定时LOOP:JBC TF1,LOOP1;查询计数溢出(反复查询)查询计数溢出(反复查询)AJMP LOOPLOOP1:MOV TH1,#0FCH;重新设
21、置计数初值重新设置计数初值MOV TL1,#03HCPL P1.0;输出取反输出取反AJMP LOOP;重复循环重复循环185.3.4 5.3.4 定时器工作方式定时器工作方式定时器工作方式定时器工作方式 1 11.1.电路逻辑结构电路逻辑结构电路逻辑结构电路逻辑结构l定定时时器器工工作作方方式式1是是16位位计计数数结结构构,计计数数器器由由TH的的全全部部8位位和和TL的的全全部部8位位构构成成。它它的的逻逻辑辑电电路路和和工工作作情情况况与与方方式式0完完全相同,所不同的只是计数器的位数。全相同,所不同的只是计数器的位数。TL0(8位位)192.2.定时和计数范围定时和计数范围定时和计数
22、范围定时和计数范围l使用工作方式使用工作方式1 的计数功能时,的计数功能时,计数值的范围是:计数值的范围是:1 1 6 655365536(2 21 16 6)l使用工作方式使用工作方式1 的定时功能时,的定时功能时,定时时间的计算公式为:定时时间的计算公式为:(2 21 16 6计数初值计数初值计数初值计数初值)晶振晶振晶振晶振周期周期周期周期 1 12 2或或(2 21 16 6计数初值计数初值计数初值计数初值)机器周期机器周期机器周期机器周期其时间单位与机器周期或晶振周期的时间单位相同,为其时间单位与机器周期或晶振周期的时间单位相同,为m ms。最最小小定定时时时时间间为为1个个机机器器
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