实验名称定时器实验.docx

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实验名称定时器实验

实验名称：

定时器实验

实验目的：

1、熟悉MCS-51的定时器原理

2、掌握MCS-51定时器使用方法

3、掌握MCS-51的定时中断

实验原理：

MCS-51系列单片机中，有两个内置16位可编程的定时器/计数器T0、T1，共4种工作方式。

一、定时器/计数器的结构

1、方式0（13位定时/计数器）

2、方式1（16位定时/计数器）

3、

4、方式2（8位重复定时/计数器）

5、方式3（8位定时/计数器，仅T0）

二、定时器/计数器的编程

控制寄存器：

1、TMOD：

选择定时器/计数器T0、T1的工作模式和工作方式。

1）GATE——门控位

0：

以TRX（X=0,1）来启动定时器/计数器运行。

1：

用外中断引脚（INT0*或INT1*）上的高电平和TRX来启动定时器/计数器运行。

2）M1、M0——工作方式选择位

M1M0工作方式

00方式0，13位定时器/计数器。

01方式1，16位定时器/计数器。

10方式2，8位常数自动重新装载

11方式3，仅适用于T0

3）C/-T——计数器模式和定时器模式选择位

0：

定时器模式。

1：

计数器模式。

2、TCON：

控制T0、T1的启动和停止计数，同时包含了T0、T1的状态。

1）TF1、TF0——计数溢出标志位

2）TR1、TR0——计数运行控制位

1：

启动定时器/计数器工作

0：

停止定时器/计数器工作

实验内容：

1、通过查询定时器状态，在P1.0产生近似10kHz的方波

2、利用定时中断，在中断处理程序中每秒通过P1.0切换一次逻辑笔的电平

3、利用计数器测量信号发生器产生的不同频率的方波周期，并在寄存器中显示结果。

实验设计：

1、要求在P1.0处产生10khz的方波，即周期为100us，则P1.0的逻辑电平每50us需跳变一次。

我们所使用的MCU晶振为11.0592MHz，所以定时器的定时初值为

，采用方式二，n=8，可解得N约为210，转换成十六进制数即为0D2H，故初始化时定时器的初值为0D2H。

然后启动定时器，不断查询定时器的溢出标志TF0，一旦定时时间到即TF0=1，则将P1.0逻辑电平取反，并将溢出标志清零，重新开始定时，如此反复循环。

流程图：

电路图：

代码及注释：

ORG8000H;硬件仿真程序

LJMPMAIN

ORG8100H;硬件仿真程序

MAIN:

SETBP1.0;给P1.0一个初值

MOVTMOD,#02H;T0工作于定时方式2

MOVTH0,#0D2H;设置定时初值50us

MOVTL0,#0D2H

SETBTR0;启动定时器T0工作

BACK:

JBCTF0,BACK1;定时时间50us到即TF0=1转BACK1，并使TF0=0

SJMPBACK;定时时间未到继续查询

BACK1:

CPLP1.0;对电平状态取反

NOP;加入一条指令的延时，防抖动

SJMPBACK

END

2、实验要求逻辑笔的状态每秒改变一次，但是我们一个定时器最大定时时间为

其最大定时时间远远小于1s，所以仅用一个定时器是不够的，故采用一个定时器和一个计数器配合使用。

一个定时器产生一个周期为100ms的方波信号，即每50ms进入定时器中断对计数信号P1.3取反，计数器对该信号计数，计满10次则进入计数器中断，改变逻辑笔电平。

定时器的初值

，采用方式1，n=16，解得N=19456，转换为十六进制数为4C00H；计数器的初值

，采用方式2，n=8，解得N=246，转换为十六进制数为0F6H。

主程序流程图：

中断程序流程图：

（T0定时中断）

中断程序流程图：

（T1计数中断）

电路图（修改后加上了逻辑笔的电路）：

代码及注释：

ORG8000H;硬件仿真程序

LJMPMAIN

ORG800BH;定时器T0中断入口地址

LJMPINTT0

ORG801BH;定时器T1中断入口地址

LJMPINTT1

ORG8100H;硬件仿真程序

MAIN:

CLRP1.0;给P1.0一个初态

SETBP1.3;P1.3作为T1的外部计数脉冲信号

MOVTMOD,#61H;T0、T1方式初始化，T0工作于定时方式1，T1工作于计数方式2

MOVTH1,#0F6H;设置T1计数初值

MOVTL1,#0F6H;方式2会重装计数初值，初始只需将TH1、TL1装入相同的初值

MOVTH0,#4CH;设置T0计数初值

MOVTL0,#00H

SETBTR0;启动T0工作

SETBTR1;启动T1工作

SETBPT0;设置T0为高优先级中断

CLRPT1;设置T1为低优先级中断

SETBET0;开放T0中断

SETBET1;开放T1中断

SETBEA;开放CPU的中断

SJMP$;等待中断

ORG8400H;定时器T0中断服务程序

INTT0:

MOVTH0,#4CH;重装T0计数初值，为下一次定时做准备

MOVTL0,#00H

CPLP1.3;T0中断，50ms到对P1.3求反一次得到周期为100ms的脉冲串

RETI;中断返回

ORG8500H;定时器T1中断服务程序

INTT1:

CPLP1.0;T1中断，1s时间到，改变逻辑笔的电平

RETI;中断返回

END

3、频率即为单位时间内脉冲的个数。

故要测试T0引脚上脉冲的频率，可利用T1定时1个单位时间（1s），T0对外部脉冲计数，在此期间所计的脉冲数即为待测频率值。

由于晶振频率为11.0592MHz，机器周期为12/11.0592us，若选T1工作在方式1下，其最大定时时间为71ms，远远小于1s。

因此利用T1完成1s的定时任务还必须配合相应软件来实现。

可设计一个T1定时次数计数器，若设T1定时50ms，当该计数器值为20时，定时1s到。

则当T1开始定时时，T0立即对外部脉冲进行计数，定时时间1s到，T0停止计数，此时T0的计数值即为信号的频率。

由上个实验计算值可知T1的初值为4C00H。

流程图：

电路图：

代码及注释：

CONTEQU72H;CONT为定时器T1的定时次数

ORG8000H;硬件仿真程序

LJMPMAIN

ORG8100H;硬件仿真程序

MAIN:

MOVTMOD,#15H;T0工作于计数方式1，T1工作于定时方式1

MOVTH0,#00H;T0计数初值置0

MOVTL0,#00H

MOVTH1,#4CH;T1定时50ms

MOVTL1,#00H

MOVCONT,#20;计数器初始化，20

SETBTR1;启动T1定时

SETBTR0;启动T0计数

BACK:

JNBTF1,BACK;等待定时50ms到

CLRTF1;定时器T1溢出中断标志清零

MOVTH1,#4CH

MOVTL1,#00H;T1重装定时初值，为下次定时做准备

DECCONT;循环次数减1

MOVA,CONT

JNZBACK;计数次数不到20次，继续等待

CLRTR0;1s时间到，T0停止计数

MOV71H,TH0

MOV70H,TL0;存结果

SJMP$

END

实验结果记录及分析：

1、用示波器在P1.0处观察到稳定的周期方波，其频率为10.00khz。

但是一开始实验时在P1.0处观测到的方波非常不稳定，方波波形像是由两个频率相近的方波叠加而成的，频率范围在9.8~10.2KHz之间。

这是因为在实验程序中设置T0工作于定时方式2。

工作中，当TL0的内容被计满溢出时，除同步方式0、1置位TF0，产生溢出中断请求外，还自动将TH0中不变的初值重新装入TL0。

这一过程中系统会对中断溢出标志进行自动清零，由于计算出的定时初值N为近似值210，且自动清零时会产生很小的延时，这些延时的累积会产生一定的误差，故输出波形的频率会有细微的差别，从而产生抖动。

因此，在实验中我对程序进行了一些修改，即在查询转入程序的电平取反CPLP1.0后加入了一条NOP指令，以加入一条指令的延时。

修改后再观察P1.0口的波形即可得到稳定的10KHz方波。

实验时，发现有些同学将T0设置于工作在定时方式1，所测波形的频率也会有些偏差，这是因为方式1在查询情况下，定时器计满溢出时系统不会对中断溢出标志进行自动清零，需在程序中加入一条CLRTF0指令，对其进行手动清零。

而这条指令的加入会改变循环周期，增加延时，从而产生输出频率与预期频率的偏差。

为得到所需频率的方波，T0的定时初值应重新设定，应比按公式计算出的初值稍小一些。

2、实验中可观察到逻辑笔的红灯和绿灯每1s切换一次。

用示波器观察P1.0口的输出波形，可看到稳定的方波波形，周期为1.02s。

这个实验中通过两个中断完成产生周期为1s的方波的功能。

如实验设计中所说明的这是因为要产生1s的定时，一个定时器不够用，需要两个定时器的配合才能完成。

所以我在设置中断时，将定时器设定为高优先级，计数器设定为低优先级，先进行50ms的定时，每次定时时间到，计数器则进行加1计数，由此完成1s的定时。

在实验1中有讨论到在查询情况T0工作于定时方式1时，由于系统不会对中断溢出标志进行自动清零，需在查询转入程序中加一条CLRTF0指令进行转入清零。

但是在中断程序中则不用考虑这个问题，在TF0为1的情况下系统会自动对TF0清零并转向中断服务程序。

不过在中断时对TF0清零的操作也会占用极少的时间，故每次的定时会产生很微小的延时，在10次计数中会进行一定的累积，所以最后测得的周期为1.02s，有很小的误差。

3、通过信号源产生不同频率的方波的信号，在1s中对信号的脉冲进行计数，得到信号的频率，在存储单元70H和71H中可看到计数结果，将存储类型改为float，可以十进制显示结果。

选取十个不同频率的方波信号，测得的数据结果如下所示：

待测频率与实测频率关系

待测频率（KHz）

1.838

2.225

3.546

4.473

7.052

实测频率（KHz）

1.838

2.226

3.547

4.474

7.054

相对误差（%）

0.0000

0.0449

0.0282

0.0224

0.0284

待测频率（KHz）

10.230

15.270

20.320

24.840

30.080

实测频率（KHz）

10.238

15.276

20.328

24.844

30.088

相对误差（%）

0.0782

0.0393

0.0394

0.0161

0.0266

由待测频率与实测频率的关系表及关系图中，可看出实测频率与待测频率几乎一致，只有非常小的误差。

而随着频率的升高，相对误差也有细微的变化，但都在同一个数量级上。

由于频率变高时，信号源的输出频率不稳定，所测频率与待测频率的相对误差变化较大。

不过从理论上来说，频率越高相对误差应该越小，因为在定时中产生的细小误差在越大的频率中体现得越不明显。