单片机定时器计数器.docx
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单片机定时器计数器
第六章定时器/计数器
第一节概述
8051内部提供两个十六位的定时器/计数器T0和T1，它们既可以用作硬件定时，也可以对外部脉冲计数。
1．计数功能：
所谓计数功能是指对外部脉冲进行计数。
外部事件的发生以输入脉冲下降沿有效，从单片机芯片T0（P3.4）和T1（P3.5）两个引脚输入，最高计数脉冲频率为晶振频率的1/24。
2．定时功能：
以定时方式工作时，每个机器周期使计数器加1，由于一个机器周期等于12个振荡脉冲周期，因此如单片机采用12MHz晶振，则计数频率为12MHz/12=1MHz。
即每微秒计数器加1。
这样就可以根据计数器中设置的初值计算出定时时间。
第二节定时器/计数器的基本结构、工作方式及应用
一、定时器/计数器基本结构
定时器/计数器的基本结构如图6－1。
T0由TH0和TL0两个八位二进制加法计数器组成十六位二进制加法计数器；T1由TH1和TL1两个八位二进制加法计数器组成十六位二进制加法计数器。
P3.5（T1）P3.4（T0）
TH1TL1TH0TL0
CPU
TCONTMOD
图6－1定时器／计数器基本组成
二、定时器/计数器控制寄存器
1．定时器方式控制寄存器TMOD
定时器方式控制寄存器地址89H，不可位寻址。
TMOD寄存器中高4位定义T1，低4位定义T0。
其中M1，M0用来确定所选工作方式如表6—1：
TMOD
位序
B7
B6
B5
B4
B3
B2
B1
B0
位符号
GATE
C／T
M1
M0
GATE
C／T
M1
M0
定时／计数器T1定时／计数器T0
表6—1TMOD控制位功能
符号
功能说明
GATE
门控位。
GATE=0，用运行控制位TR0（TR1）启动定时器。
GATE=1，用外中断请求信号输入端（INT1或INT0）和TR0（TR1）共同启动定时器。
C/T
定时方式或计数方式选择位。
C/T=0，定时工作方式。
C/T=1，计数工作方式。
M1M0
工作方式选择位。
M1M0=00方式0，13位计数器。
M1M0=01方式1，16位计数器。
M1M0=10方式2，具有自动再装入的8位计数器。
M1M0=11方式3，定时器0分成两个8位计数器，定时器1停止计数。
2．定时器控制寄存器TCON
定时器控制寄存器TCON地址88H，可以位寻址，TCON主要用于控制定时器的操作及中断控制。
有关中断内容在第四章已说明。
此处只对定时控制功能加以介绍。
表6—2给出了TCON有关控制位功能：
TCON
位地址
8F
8E
8D
8C
8B
8A
89
88
位符号
TF1
TR1
TF0
TR0
IE1
IT1
IE0
IT0
表6—2TCON有关控制位功能
符号
功能功功能功能说明
TF1
计数/计时1溢出标志位。
计数/计时1溢出（计满）时，该位置1。
在中断方式时，此位作中断标志位，在转向中断服务程序时由硬件自动清0。
在查询方式时，也可以由程序查询和清“0”。
TR1
定时器/计数器1运行控制位。
TR1=0，停止定时器/计数器1工作。
TR1=1，启动定时器/计数器1工作。
该位由软件置位和复位。
TF0
计数/计时0溢出标志位。
计数/计时0溢出（计满）时，该位置1。
在中断方式时，此位作中断标志位，在转向中断服务程序时由硬件自动清0。
在查询方式时，也可以由程序查询和清“0”。
TR0
定时器/计数器0运行控制位。
TR0=0，停止定时器/计数器0工作。
TR0=1，启动定时器/计数器0工作。
该位由软件置位和复位。
系统复位时，TMOD和TCON寄存器的每一位都清零。
三、工作方式及应用
用户可通过编程对专用寄存器TMOD中的M1，M0位的设置，选择四种操作方式。
（一）方式0（以T0为例）
在此方式中，定时寄存器由TH0的8位和TL0的5位（其余位不用）组成一个13位计数器。
当GATE=0时，只要TCON中的TR0为1，13位计数器就开始计；当GATE=1以及TR0=1时，13位计数器是否计数取决于INT0引脚信号，当INT0由0变1时开始计数，当INT0由1变为0时停止计数。
当13位计数器溢出时，TCON的TF0位就由硬件置1，同时将计数器清"0"。
当方式0为定时工作方式时，定时时间计算公式为：
（213－计数初值X）×晶振周期×12
当方式0为计数工作方式时，计数值的范围是：
1－213（8192）。
方式0内部逻辑框图如图6—2所示：
12分频
T0启动C/T=0F晶振
TF0
TL0
TH0
C/T=1T0（P3.4）
计数脉冲输入
1
TR0
1
GATE
INT0
图6—2方式0内部逻辑结构图
例6—1设单片机晶振频率为6MHz，试用T0在P1.0端线输出周期为1ms的方波脉冲，如图6－3所示。
试用方式0分别以查询方式和中断方式实现。
0.5ms
1.
P1.0
8051
1ms
图6—3例6—1示意图
解：
1．采用查询方式。
（1）计数初值计算。
由题意可得，只需从P1.0端线每延时500s后交替输出高低电平即可。
得：
∵（213－X）1（s）×12＝500s
6
∴记数初值X＝213－250＝794210＝1111100000110B
即TH0＝F8H，TL0＝06H
（2）T0初始化
计数器T1计数器T0
X
X
X
X
0
0
0
0
M1M0＝00，方式0
C/T＝0，定时
GATE＝0，TR0启动
得（TMOD）＝00H
由此可得参考程序如下：
ORG0000H
AJMPMAIN；转向主程序。
ORG0040H
MAIN：
MOVSP，#30H；堆栈设置。
MOVTMOD，#00H；TMOD初始化。
MOVTH0，#0F8H
MOVTL0，#06H；设置计数初值。
MOVIE，#00H；禁止中断。
SETBTR0；启动T0。
LOOP：
JBCTF0，LOOP1；定时到，转LOOP1，并将TF0清零，否则
按原顺序执行。
AJMPLOOP；继续查询。
LOOP1：
MOVTH0，#0F8H；重新设置计数初值。
MOVTL0，#06H
CPLP1.0；输出状态翻转。
AJMPLOOP；返回LOOP。
2．采用中断方式
中断方式中计数初值X和TMOD的设置与查询方式相同。
采用中断方式参考程序如下：
ORG0000H
AJMPMAIN；转向主程序。
ORG000BH；T0中断服务程序固定入口地址。
AJMPZD；转向T0中断服务程序。
ORG0040H
MAIN：
MOVSP，#30H；设置堆栈指针。
MOVTMOD，#00H；TMOD初始化。
MOVTH0，#0F8H；设置计数初值。
MOVTL0，#06H
SETBET0；开放T0中断。
SETBEA；开放总中断。
SETBTR0；启动T0。
HERE：
AJMPHERE；等待中断。
ZD：
CPLP1.0；输出取反。
MOVTH0，#0F8H；重新设置计数初值。
MOVTL0，#06H
RETI；返回。
在实际应用中，由于中断请求及响应过程要占用几个机器周期时间，故实际输出波形的周期略大于1ms，可在调试中适当修改计数初值解决。
（二）方式1
方式１采用16位计数结构的工作方式，其余与方式0相同。
显然方式1的定时时间计算公式为：
（216－计数初值）×晶振周期×12
计数范围是：
1─216（65536）
（三）方式2
方式2是由TL组成8位计数器。
TH作为常数缓冲器，由软件预置初始值。
当TL产生溢出时，一方面使溢出标志位TF置１；同时把TH的8位数据重新装入TL中，即方式2具有自动重新加载功能。
方式2的逻辑结构见图6—4（以定时器／计数器0为例）。
TL0
TF0
8位启动
计数脉冲
TH0
自动加载
TRO
1
1
GATE
INT0
图6—4方式2逻辑结构图
例6—2用8051对外部脉冲进行计数，每计满100个脉冲后使内部40H单元内容加1，用T0以方式2中断实现，TR0启动。
T0
8051
计数脉冲
例6—2示意图
解：
1．计数初值计算（方式2）
∵（28－X）＝100
∴X＝28－100＝156D＝9CH
2．TMOD设置
用T0以方式2实现，TR0启动，可得：
（TMOD）＝00000110B＝06H
3．中断系统设置
EA＝１，ET0＝１
4．参考程序：
ORG0000H
AJMPMAIN
ORG000BH
AJMPZD
MAIN：
ORG0040H
MOVSP，#30H；初始化。
MOVTMOD，#06H
MOVTH0，#9CH
MOVTL0，#9CH
MOV40H，#00H
SETBEA；中断设置。
SETBET0
SETBTR0
AJMP$
ORG0080H
ZD：
INC40H
RETI
（四）方式3
在方式3中，TL0和TH0成为两个相互独立的8位计数器。
TL0占用了全部T0的控制位和信号引脚，即GATE、C／T、TR0、TF0等。
而TH0只用作定时器使用。
而且由于定时器/计数器0的控制位已被TL0独占，因此TH0只好借用定时器/计数器1的控制位TR1和TF1进行工作。
同时，由于TR1，TF1已“出借”给TH0，TH1和TL1的溢出就送给串行口，作为串行口时钟信号发生器（即波特率信号发生器，详见第九章），并且只要设置好工作方式（方式0，方式1，方式2）以及计数初值，T1无须启动使可自动运行。
如要停止T1工作，只要将其设置工作方式3即可。
例6—3试用T0在P1.0输出周期为400s，占空比为10：
1的矩形脉冲，以定时工作方式2编程实现（查询方式）。
设F晶振＝6MHz，如图6—5所示：
T1T2
P1.0
8051
T
400s
T=T1+T2
T：
T2=101
图6—5例6—3示意图
解：
由题意可知，P1.0输出高电平持续360s，输出低电平持续40s。
1．计数初值计算：
定时工作方式2中TL0为8位计数器，TH0为预置寄存器。
延时360s计数初值X1计算公式为：
∵（28－X1）×12（s）÷6＝360s
X1＝4CH
短延时40s计数初值X2计算公式为：
（28－X2）×12（s）÷6＝40s
X2＝ECH
2．TMOD设置
（TMOD）＝00000010H＝02H
3．采用查询方式（禁止中断）
4．程序流程图（算法）如图6—6所示：
开始
P1.01
初始化
TL04CH
TH0ECH
启动T0
定时到？
N
Y
P1.0状态取反
P1.0=1？
N
Y
TH04CH
TH0ECH
图6—6例6—3程序流程图（算法）
（5）参考程序如下：
ORG0000H
AJMPMAIN
ORG0040H
MAIN：
MOVSP，#30H
SETBP1.0；P1.0←1。
MOVTMOD，#02H；TMOD初始化。
MOVIE，#00H；禁止中断。
MOVTL0，#4CH；装入计数初值。
MOVTH0，#0ECH
AGAIN：
SETBTR0；启动T0。
LOOP：
JBCTF0，LOOP1；定时到？
AJMPLOOP；未到，继续等待。
LOOP1：
CPLP1.0；定时到，P1.0状态取反。
JNBP1.0，LOOP2；P1.0为零转移。
MOVTH0，#0ECH；P1.0为1，装短延时计数初值。
AJMPAGAIN；循环。
LOOP2：
MOVTH0，#4CH；P1.0为零，装长延时计数初值。
AJMPAGAIN；循环。
思考题和习题
6—1请叙述8051单片机四种定时工作方式的特点。
6—2设晶振频率为12MHz，试编写一个用软件延时10ms的子程序。
6—3试用软、硬件相结合的方法编写一个延时10s的子程序。
6—4试编写程序，使T0以方式1每隔20ms向CPU发出中断申请，设晶振频率为6MHz，TR0启动，查询实现。
6—5试编写程序，使8051对外部事件（脉冲）进行计数，每计满1000个脉冲后使内部RAM60H单元内容加一，用T0以方式1中断实现，TR0启动。
6—6试编程用T0以方式1从P.0端线输出频率为50KHz的等宽矩形波。
已知晶振频率为12MHz，TR0启动，查询方式实现。
6—7有晶振频率为6MHz的MCS—51单片机，使用定时器T1以定时工作方式2从P1.2端线输出周期为200s，占空比为5：
1的矩形脉冲，TR1启动。
T1T2
P1.0
8051
200s
题6—7
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