第十七课 定时计数器工作原理分析Word格式文档下载.docx

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其中，TCON寄存器中另有4位用于中断系统。

定时器/计数器方式寄存器TMOD：

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。

M0M1

工作方式

功能描述

0 

0

1

1 

11

工作方式0

工作方式1

工作方式2

工作方式3

13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10。

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01。

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后各位的情况如下：

D7D6D5D4D3D2D1D0

0 

1 

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“0”。

TR1：

定时器1运行控制位。

由软件清“0”关闭定时器1。

当GATE=1，且INT1为高电平时，TR1置“1”启动定时器1；

当GATE=0，TR1置“1”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，可以用位操作命令。

例如：

执行“CLRTF0”后则清定时器0的溢出；

执行“SETBTR1”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“1”；

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=8192

方式1：

M=216=65536

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500us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M1M0=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/（6×

106）Hz=2μs

设初值为X，则：

（1013－X）×

2×

10-6s=500×

10-6s

X=7942D=1111100000110B=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，所以X的实际填写应为：

X=111100000000110B=F806H

结果：

TH1=F8H，TL1=06H

源程序如下：

ORG2000H

MOVTL1,#06H;

给TL1置初值

MOVTH1,#0F8H;

给TH1置初值

SETBTR1;

启动T1

LP1:

JBCTF1,LP2;

查询计数溢出否？

AJMPLP1

LP2:

重新设置计数初值

MOVTH1,#0F8H

CPLP1.1;

输出取反

AJMPLP1;

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：

图中，C／T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：

1～8192（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（s）。

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/（6×

106）]×

12＝2×

10－6＝2（s）

最大定时时间为：

（213－0）×

12＝16384×

10－6＝16384（s）

或：

最小定时单位×

1013＝16384（s）

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500s的等宽正方波连续脉冲，并由P1.0输出。

以查询方式完成。

⑴计算计数初值

欲产生500s的等宽正方波脉冲，只需在P1.0端以250s为周期交替输出高低电平即可实现，为此定

时时间应为250s。

使用6MHz晶振，根据上例的计算，可知一个机器周期为2s。

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＝250×

10-6

求解得：

X＝213－（250÷

2）＝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。

⑵TMOD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。

⑶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。

⑷程序设计：

MOV 

TMOD，＃00H；

设置T1为工作方式0

TH1，＃OFCH；

设置计数初值

TL1，＃03H

IE，＃00H；

禁止中断

LOOP：

SETB 

TR1；

启动定时

JBC 

TF1，LOOP1；

查询计数溢出

AJMP 

LOOP

LOOP1：

TH1，＃FCH；

CLR 

TF1；

计数溢出标志位清0

CPL 

P1.0；

LOOP；

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：

1～65536（216）

当为定时工作方式时，定时时间计算公式为：

（216－计数初值）×

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）]×

1/6×

10－6×

（216－0）×

12＝131072×

10－6（s）＝131072（s）≈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500s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＝FFHTL1=83H

TMOD＝10H

⑶程序设计

主程序：

TMOD，＃10H；

定时器1工作方式１

TH1，＃0FFH；

TL1，＃0A1H

SETB 

EA；

开中断

ET1；

定时器1允许中断

TR1；

定时开始

HERE：

SJMP 

＄；

等待中断

中断服务程序：

MOVTH1，＃0FFH；

MOVTL1，＃0A1H

CPLP1.0；

RETI；

中断返回

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100s定时，在P1.0输出周期为200s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2s，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＝100×

X＝206D＝11001110B＝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。

⑶程序设计（查询方式）

TMOD，＃02H；

设置定时器0为方式2

TH0，＃0CEH；

保存计数初值

TL0，＃0CEH；

TR0；

JBC 

TF0，LOOP1；

LOOP

输出方波

LOOP；

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。

⑷程序设计（中断方式）

主程序：

MOVTMOD，＃02H；

定时器0工作方式2

ET0；

定时器0允许中断

开始定时

CLP 

TF0 

；

中断服务中断：

P1.0 

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＝09CH

M1M0＝10，C/T＝1，GATE＝0因此

TMOD＝60H

IE,＃00H；

TMOD,＃60H；

设置计数器1为方式2

TH1,＃9CH；

TL1,＃9CH；

TR1；

启动计数

DEL：

TF1,LOOP；

DEL

INC 

A；

累加器加1

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/计数器与中断综合应用举例

例题：

时钟计时程序设计。

所谓时钟计时，就是以秒、分