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mcs-51 单片机计数器定时器详解2009-03-14 183880C51 单片机内部设有两个 16 位的可编程定时器/计数器。可编程的意思是指其功能(如工作方式、定时时间、量程、启动方式等)均可由指令来确定和改变。在定时器/计数器中除了有两个 16 位的计数器之外,还有两个特殊功能寄存器(控制寄存器和方式寄存器)。从上面定时器/计数器的结构图中我们可以看出,16 位的定时/计数器分别由两个 8 位专用寄存器组成,即T0 由 TH0 和 TL0 构成;T1 由 TH1 和 TL1 构成。其访问地址依次为 8AH-8DH。每个寄存器均可单独访问。这些寄存器是用于存放定时或计数初值的。此外,其内部还有一个 8 位的定时器方式寄存器 TMOD 和一个 8 位的定时控制寄存器 TCON。这些寄存器之间是通过内部总线和控制逻辑电路连接起来的。TMOD 主要是用于选定定时器的工作方式;TCON 主要是用于控制定时器的启动停止,此外 TCON 还可以保存 T0、T1 的溢出和中断标志。当定时器工作在计数方式时,外部事件通过引脚 T0(P3.4)和 T1(P3.5)输入。定时计数器的原理16 位的定时器/计数器实质上就是一个加 1 计数器,其控制电路受软件控制、切换。当定时器/计数器为定时工作方式时,计数器的加 1 信号由振荡器的 12 分频信号产生,即每过一个机器周期,计数器加 1,直至计满溢出为止。显然,定时器的定时时间与系统的振荡频率有关。因一个机器周期等于 12 个振荡周期,所以计数频率 fcount1/12osc。如果晶振为 12MHz,则计数周期为T1/(12106)Hz1/121μs这是最短的定时周期。若要延长定时时间,则需要改变定时器的初值,并要适当选择定时器的长度(如 8 位、13 位、16 位等)。当定时器/计数器为计数工作方式时,通过引脚 T0 和 T1 对外部信号计数,外部脉冲的下降沿将触发计数。计数器在每个机器周期的 S5P2 期间采样引脚输入电平。若一个机器周期采样值为 1,下一个机器周期采样值为 0,则计数器加1。此后的机器周期 S3P1 期间,新的计数值装入计数器。所以检测一个由 1 至0 的跳变需要两个机器周期,故外部事年的最高计数频率为振荡频率的 1/24。例如,如果选用 12MHz 晶振,则最高计数频率为 0.5MHz。虽然对外部输入信号的占空比无特殊要求,但为了确保某给定电平在变化前至少被采样一次,外部计数脉冲的高电平与低电平保持时间均需在一个机器周期以上。当 CPU 用软件给定时器设置了某种工作方式之后,定时器就会按设定的工作方式独立运行,不再占用 CPU 的操作时间,除非定时器计满溢出,才可能中断 CPU 当前操作。CPU 也可以重新设置定时器工作方式,以改变定时器的操作。由此可见,定时器是单片机中效率高而且工作灵活的部件。综上所述,我们已知定时器/计数器是一种可编程部件,所以在定时器/计数器开始工作之前,CPU 必须将一些命令(称为控制字)写入定时/计数器。将控制字写入定时/计数器的过程叫定时器/计数器初始化。在初始化过程中,要将工作方式控制字写入方式寄存器,工作状态字(或相关位)写入控制寄存器,赋定时/计数初值。下面我们就提出的控制字的格式及各位的主要功能与大家详细的讲解。控制寄存器 定时器/计数器 T0 和 T1 有 2 个控制寄存器-TMOD 和 TCON,它们分别用来设置各个定时器/计数器的工作方式,选择定时或计数功能,控制启动运行,以及作为运行状态的标志等。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。工作方式 功能描述0 0 工作方式 0 13 位计数器0 1 工作方式 1 16 位计数器1 0 工作方式 2 自动再装入 8 位计数器1 1 工作方式 3 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/T0 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 1 0。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/T1 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 GATE0 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 0 1。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D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D00 0 1 0 0 1 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 TCONTCON 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 GATE1,且 INT1为高电平时,TR1 置“1”启动定时器 1;当 GATE0,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“CLR TF0”后则清定时器 0 的溢出;执行“SETB TR1”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 0M2138 192方式 1M21665 536方式 2M28256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XM-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fosc6MHz。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 M1 M00;因是定时器方式,所以 C/T0;在此用软件启动 T1,所以 GATE0。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 TMOD00H。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 T12/fosc12/(6106)Hz2μs设初值为 X,则(1013-X)210-6s50010-6sX7942D1111100000110B1F06H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X111100000000110BF806H结果TH1F8H,TL106H源程序如下ORG 2000H MOV TL1,06H ;给 TL1 置初值MOV TH1,0F8H ;给 TH1 置初值SETB TR1 ;启动 T1LP1JBC TF1,LP2 ;查询计数溢出否AJMP LP1LP2MOV TL1,06H ;重新设置计数初值MOV TH1,0F8HCPL P1.1 ;输出取反AJMP LP1 ;重复循环
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