第6章AT89S51單片機(jī)的定時器/計數(shù)器,內(nèi)容概要：介紹AT89S51單片機(jī)片內(nèi)定時器/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)與功能，兩種工作模式和4種工作方式，以及與其相關(guān)的兩個特殊功能寄存器TMOD和TCON各位的定義及其編程，最后介紹定時器/計數(shù)器的C51編程及應(yīng)用實(shí)例。,1,6.1定時器/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)定時/計數(shù)器的實(shí)質(zhì)是加1計數(shù)器（16位），由高8位THX（X=0或1）和低8位TLX兩個寄存器組成。TMOD是定時/計數(shù)器的工作方式寄存器，確定工作方式和功能；TCON是控制寄存器，控制T0、T1的啟動和停止及設(shè)置溢出標(biāo)志。,外部脈沖,2,圖6-1AT89S51單片機(jī)的定時器/計數(shù)器結(jié)構(gòu)框圖,3,6.1.1工作方式控制寄存器TMODAT89S51定時器工作方式寄存器TMOD用于選擇工作模式和工作方式，字節(jié)地址為89H，不能位尋址。8位分為兩組，高4位控制T1，低4位控制T0。（1）GATE門控位GATE=0時，僅由運(yùn)行控制位TRx(x=0,1)來控制定時器運(yùn)行GATE=1時，用外中斷引腳INT0*（或INT1*）上的電平與運(yùn)行控制位TRx共同控制定時器運(yùn)行。,圖6-2寄存器TMOD格式,4,（2）M1、M0工作方式選擇位M1、M0的4種編碼，對應(yīng)于4種工作方式的選擇。（3）C/T*計數(shù)器模式和定時器模式選擇位C/T*=0，為定時器工作模式，對單片機(jī)的晶體振蕩器12分頻后的脈沖進(jìn)行計數(shù)。C/T*=1，為計數(shù)器工作模式，計數(shù)器對外部輸入引腳T0（P3.4）或T1（P3.5）的外部脈沖（負(fù)跳變）計數(shù)。,5,6.1.2定時器/計數(shù)器控制寄存器TCONTCON字節(jié)地址為88H，可位尋址，位地址為88H8FH。（1）TF1、TF0計數(shù)溢出標(biāo)志位。當(dāng)計數(shù)器計數(shù)溢出時，該位置“1”。使用查詢方式時，應(yīng)注意查詢有效后，使用軟件及時將該位清“0”。使用中斷方式時，中斷請求標(biāo)志位在進(jìn)入中斷服務(wù)程序后由硬件自動清“0”。（2）TR1、TR0計數(shù)運(yùn)行控制位。TR1位（或TR0位）=1，啟動定時器工作。TR1位（或TR0位）=0，停止定時器工作。該位可由軟件置“1”或清“0”。,圖6-3TCON格式,6,6.2定時器/計數(shù)器的4種工作方式6.2.1方式0M1M0=00方式0為13位計數(shù)，由TL0的低5位（高3位未用）和TH0的8位組成。TL0的低5位溢出時向TH0進(jìn)位，TH0溢出時，置位TCON中的TF0標(biāo)志，向CPU發(fā)出中斷請求。,7,圖6-4定時器/計數(shù)器方式0邏輯結(jié)構(gòu)框圖,C/T*位決定定時器/計數(shù)器的兩種工作模式（1）C/T*=0，T1（或T0）為定時器工作模式，把時鐘振蕩器12分頻后的脈沖作為計數(shù)信號。（2）C/T*=1，T1（或T0）為計數(shù)器工作模式，計數(shù)脈沖為P3.4（或P3.5）引腳上的外部輸入脈沖，當(dāng)引腳上發(fā)生負(fù)跳變時，計數(shù)器加1。,8,GATE位決定定時器的運(yùn)行控制取決于TRx一個條件，還是取決于TRx和INTX*(x=0,1)引腳狀態(tài)這兩個條件。（1）GATE=0時，僅由TR0控制與門的開啟。與門輸出1時，控制開關(guān)接通，計數(shù)開始；（2）GATE=1時，由外中斷引腳信號控制或門的輸出，此時控制與門的開啟由外中斷引腳信號和TR0共同控制。當(dāng)TR0=1時，外中斷引腳信號引腳的高電平啟動計數(shù)，外中斷引腳信號引腳的低電平停止計數(shù)。這種方式常用來測量外中斷引腳上正脈沖的寬度。,定時器模式時有:Nt/Tcy,計數(shù)初值計算的公式為：,9,6.2.2方式1M1M0=01方式1的計數(shù)位數(shù)是16位，由TLX作為低8位、THX作為高8位，組成了16位加1計數(shù)器。,計數(shù)個數(shù)與計數(shù)初值的關(guān)系為：,10,6.2.3方式2M1M0=10方式2為自動重裝初值的8位計數(shù)方式。,工作方式2特別適合于用作較精確的脈沖信號發(fā)生器。,計數(shù)個數(shù)與計數(shù)初值的關(guān)系為：,工作過程,11,T0分成兩個8位定時/計數(shù)器TL0和TH0；TL0：既可計數(shù)也可定時，是一個8位定時/計數(shù)器。占用了T0所有控制位：C/T,TR0,GATE,TF0和INT0、T0引腳；TH0：只能作為定時器，因?yàn)門0已被TL0占用，TH0用T1的控制位：TR1、TF1；,6.2.4方式3M1M0=11,12,13,T0在方式3時T1的工作模式T1只能工作在0、1、2方式，作為串行口的波特率發(fā)生器使用。因?yàn)門1的運(yùn)行控制位TR1及計數(shù)溢出標(biāo)志位TF1已被定時/計數(shù)器T0借用。當(dāng)作為波特率發(fā)生器使用時，只需要設(shè)置好工作方式，便可自動運(yùn)行。如要停止工作，只需送入一個把T1設(shè)置為方式3的方式控制字。因?yàn)槎〞r/計數(shù)器T1不能在方式3下工作，因?yàn)門1處于方式3時相當(dāng)于TR1=0，停止計數(shù)。,13,6.3對外部輸入的計數(shù)信號的要求當(dāng)定時器/計數(shù)器工作在計數(shù)器模式時，計數(shù)脈沖來自外部輸入引腳T0或T1。當(dāng)輸入信號產(chǎn)生由1至0的跳變（即負(fù)跳變）時，計數(shù)器值增1。由于確認(rèn)一次負(fù)跳變花2個機(jī)器周期，即24個振蕩周期，因此外部輸入的計數(shù)脈沖的最高頻率為系統(tǒng)振蕩器頻率的1/24。,圖6-12對外部計數(shù)輸入信號的要求,例如，選用6MHz頻率的晶體，允許輸入的脈沖頻率最高為250kHz。如果選用12MHz頻率的晶體，則可輸入最高頻率為500kHz的外部脈沖。,14,15,6.3對外部輸入的計數(shù)信號的要求當(dāng)定時器/計數(shù)器工作在計數(shù)器模式時，計數(shù)脈沖來自外部輸入引腳T0或T1。當(dāng)輸入信號產(chǎn)生由1至0的跳變（即負(fù)跳變）時，計數(shù)器值增1。由于確認(rèn)一次負(fù)跳變花2個機(jī)器周期，即24個振蕩周期，因此外部輸入計數(shù)脈沖的最高頻率為系統(tǒng)振蕩器頻率的1/24。,圖6-12對外部計數(shù)輸入信號的要求,例如，選用6MHz頻率的晶體，允許輸入的脈沖頻率最高為250kHz。如果選用12MHz頻率的晶體，則可輸入最高頻率為500kHz的外部脈沖。,15,時間常數(shù)的計算時間常數(shù)：定時器/計數(shù)器T0或T1的初始計數(shù)值，在T0或T1被啟動后，每個機(jī)器周期使計數(shù)器中的計數(shù)值加1，計數(shù)器產(chǎn)生溢出后。定時時間：計數(shù)器溢出時間，時間常數(shù)越大，定時時間就越短；時間常數(shù)越小，定時時間就越長。時鐘的頻率越高，定時時間越短；時鐘的頻率越低，定時時間越長。,16,設(shè)系統(tǒng)時鐘的頻率為fosc，計數(shù)器的初始值為N，定時器工作于方式1，則定時時間：T=（216-N）12/fosc(1)如果定時器工作于方式2或方式3，定時時間為：T=（28-N）12/fosc(2),當(dāng)初始值N=0時，如果fosc=12MHZ，最大定時時間為：方式1為：Tmax=21612/fosc=65536us=65.536ms方式2、方式3為：Tmax=2812/fosc=256us,根據(jù)定時時間T，及公式(1)、(2)分別可以求出初值N為：方式1：N=216-Tfosc/12（3）方式2、方式3：N=28-Tfosc/12（4）如果fosc=12MHZ,以上公式可簡化為方式1：N=216-T方式2、方式3：N=28-T,17,例如：系統(tǒng)的時鐘頻率是12MHz，在方式1下，如果希望定時器/計數(shù)器T0的定時時間T為10ms，則初值N=216-T=65536-10000=55536,如何將55536給兩個8位寄存器TH0、TL0賦值呢？可將十進(jìn)制數(shù)55536轉(zhuǎn)換成四位十六進(jìn)制數(shù)，將高2位送TH0，低2位送TL0。,更簡單的方法是：對于16位計數(shù)器來講，216等效為0，對于8位計數(shù)器，28等效為0，這樣公式（3）、（4）可簡化為N=-T，直接用下面兩條語句就可以完成計數(shù)器初值的設(shè)置：TH0=-10000/256；/取-N的高8位TL0=-10000%256；/取-N的低8位,例如：設(shè)系統(tǒng)的時鐘頻率是12MHz，定時器工作于方式2，定時時間200us。根據(jù)前面分析，N=-T=-200，可直接用以下語句實(shí)現(xiàn)：TH0=-200；TL0=-200；,18,MCS-51單片機(jī)的定時器是可編程的，但在進(jìn)行定時或計數(shù)之前要對程序進(jìn)行初始化，具體步驟如下：（1）確定工作方式字：對TMOD寄存器正確賦值；（2）確定定時初值：計算初值，直接將初值寫入寄存器的TH0、TL0或TH1、TL1；初值計算：設(shè)計數(shù)器的最大值為M，則置入的初值X為：計數(shù)方式：X=M-計數(shù)值定時方式：由(M-X)T=定時值,得X=M-定時值/TT為計數(shù)周期，是單片機(jī)的機(jī)器周期。（模式0-M為213，模式1-M為216，模式2和3-M為28）（3）根據(jù)需要，對IE置初值，開放定時器中斷；（4）啟動定時/計數(shù)器，對TCON寄存器中的TR0或TR1置位，置位以后，計數(shù)器即按規(guī)定的工作模式和初值進(jìn)行計數(shù)或開始定時。,6.4定時器/計數(shù)器的編程和應(yīng)用,19,6.4.1P1口外接的8只LED每0.5s閃亮一次?！纠?-1】在AT89S51單片機(jī)的P1口上接有8只LED（電路見圖4-7）。下面采用定時器T0的方式1的定時中斷方式，使P1口外接的8只LED每0.5s閃亮一次。（1）設(shè)置TMOD寄存器方式1；計時工作模式；僅由TR0來控制；T1不使用。TMOD寄存器應(yīng)初始化為0 x01=00000001B,20,（2）計算T0計數(shù)初值設(shè)定時時間5ms（即5000s），設(shè)定時器T0的計數(shù)初值為X，假設(shè)晶振的頻率為11.0592MHz，則定時時間為：定時時間=(216X)12/晶振頻率則5000=(216X)12/11.0592得：X=60928，轉(zhuǎn)換成16進(jìn)制后為：0 xee00，其中0 xee裝入TH0，0 x00裝入TL0。（3）設(shè)置IE寄存器本例由于采用定時器T0中斷，因此需將IE寄存器中的EA、ET0位置1。（4）啟動和停止定時器T0將定時器控制寄存器TCON中的TR0=1，則啟動定時器T0；TR0=0，則停止定時器T0定時。,21,#includeChari=100；/*給變量i賦初值，定時0.5S，每次定時中斷5MS，需要中斷100次*/voidmain()TMOD=0 x01；/*設(shè)置定時器T0為方式1*/TH0=0 xee；/*向TH0寫入初值的高8位*/TL0=0 x00；/*向TL0寫入初值的低8位*/P1=0 x00；/*P1口8只LED點(diǎn)亮*/EA=1；/*總中斷允許*/ET0=1；/*定時器T0中斷允許*/TR0=1；/*啟動定時器T0*/while(1)；/*無窮循環(huán)，等待定時中斷*/,22,/*以下為定時器T0的中斷服務(wù)程序*/voidT0_int(void)interrupt1TH0=0 xee；/*給T0裝入16位初值，計4608個數(shù)后，T0溢出TL0=0 x00；i-；/*循環(huán)次數(shù)減1*/if(i0；i-)for(j=0；j125；j+)；/*空函數(shù)*/voidmain()/*主函數(shù)*/TMOD=0 x50；/*設(shè)置定時器T1為方式1計數(shù)*/TH0=0 xff；/*向TH0寫入初值的高8位*/,30,TL0=0 xfc；/*向TL0寫入初值低8位*/EA=1；/*總中斷允許*/ET1=1；/*T1中斷允許*/TR1=1；/*啟動T1*/while(1)；/*無窮循環(huán)，等待定時中斷*/*以下為定時器T1的中斷服務(wù)程序*/voidT1_int(void)interrupt3for(；)/*無限循環(huán)*/P1=0 xff；/*8位LED全滅*/Delay(500)；/*延時500ms*/P1=0；/*8位LED全亮*/Delay(500)；/*延時500ms*/,31,案例4用定時器來控制數(shù)碼管的動態(tài)顯示。,用定時器控制數(shù)碼管動態(tài)顯示的方法：設(shè)定時器的定時時間為1ms，每次產(chǎn)生溢出中斷，就根據(jù)位選變量bsel（主程序中將其初值設(shè)置為0 xfe）送位選口，點(diǎn)亮一位數(shù)碼管，并將bsel左移一位，為下一位的顯示做好準(zhǔn)備，4次定時中斷分別完成4位數(shù)碼管的顯示，之后將bsel的值再次初始化為0 xfe，準(zhǔn)備下一輪顯示。因此這種顯示方式由定時中斷自動完成，無需在主程序中調(diào)用,32,主程序ucharbsel,n;voidmain(void)n=0;bsel=0 xfe;/首先顯示數(shù)碼管的最低位TMOD=0 x01;/T0工作于定時方式2TH0=-1000/256;/T0的定時時間為1000usTL0=-1000%256;ET0=1;/允許T0中斷TR0=1;/啟動定時EA=1;/開中斷while(1);,ucharcodesegtab=0 xc0,0 xf9,0 xa4,0 xb0,0 x99,0 x92,0 x82,0 xf8,0 x80,0 x90,0 x88,0 x83,0 xc6,0 xa1,0 x86,0 x8e,0 x89,0 x8c;uchardbuf4=4,3,2,1;,字符0F的字形碼表,顯示緩存，存放要顯示字符,33,voidtime0(void)interrupt1TH0=-1000/256;TL0=-1000%256;P0=0 xff;P2=bsel;P0=segtabdbufn;bsel=_crol_(bsel,1);n+;if(n=4)n=0;bsel=0 xfe;,重新裝入時間常數(shù),定時器T0中斷服務(wù)程序,熄滅數(shù)碼管，防止上一位字符在當(dāng)前位置顯示出來。,點(diǎn)亮當(dāng)前位,根據(jù)顯示緩存查字段碼,準(zhǔn)備顯示下一位,指向下一位要顯示的數(shù)據(jù),如果四位已顯示完,重新從最低位開始,34,6.4.3擴(kuò)展一個外部中斷源方式2可自動重新裝載初值。此方式可省去用戶程序中重新裝初值的指令。當(dāng)某個定時器/計數(shù)器不使用時，可為AT89S51擴(kuò)展一個負(fù)跳沿觸發(fā)的外部中斷源。基本思想：把定時器溢出中斷做成外部中斷，然后把計數(shù)輸入信號接到定時器的相應(yīng)引腳上T0腳（或T1腳），并把定時器被設(shè)置為方式2（自動裝入常數(shù)方式）計數(shù)工作模式，計數(shù)器TH0、TL0初值均為0FFH，并允許T0中斷，總中斷開放。當(dāng)檢測到T0腳（或T1腳）引腳電平發(fā)生負(fù)跳變時，計數(shù)器TF0(或TF1)溢出，這時將產(chǎn)生一個中斷請求?！纠?-3】擴(kuò)展一個負(fù)跳沿觸發(fā)的外部中斷源，把定時器T0計數(shù)輸入引腳作為外部中斷請求信號的輸入端。,35,#includevoidmain()TMOD=0 x06；/*設(shè)置定時器T0為方式2計數(shù)*/TH0=0 xff；/*給T0裝入初值*/TL0=0 xff；/*給T0裝入初值*/ET0=1；/*允許T0中斷*/EA=1；/*總中斷開*/TF0=0；/*T0中斷溢出標(biāo)志位清0*/TR0=1/*接通T0計數(shù)*/while(1)/*無限循環(huán)等待*/*以下為定時器T0的中斷服務(wù)程序*/voidT0_int(void)interrupt1using0/*外中斷處理部分*/,36,6.4.4P1.0上產(chǎn)生周期為2ms的方波【例6-4】系統(tǒng)時鐘為12MHz，編程實(shí)現(xiàn)從P1.0引腳上輸出一個周期為2ms的方波，如圖6-14所示。基本思想：要在P1.0上產(chǎn)生周期為2ms的方波，定時器應(yīng)產(chǎn)生1ms的周期性的定時，定時對P1.0求反。選擇定時器T0，方式1定時，采用中斷方式，GATE不起作用。,圖6-14定時器控制P1.0輸出一個周期為2ms的方波,37,計算T0的初值計算：設(shè)T0的初值為X，則(216X)1106=1103=65536X=1000則初值為：655361000=64536，因此TH0=(655361000)/256，TL0=(655361000)%256。參考程序如下：,38,#includesbitP1_0=P10;voidmain(void)TMOD=0 x01；/*設(shè)置定時器T0為方式2計數(shù)*/P1_0=0;TH0=(655361000)/256；/*給T0裝入初值*/TL0=(655361000)%256；/*給T0裝入初值*/ET0=1；/*允許T0中斷*/EA=1；/*總中斷開*/TR0=1/*接通T0計數(shù)*/dowhile(1);/*無限循環(huán)等待*/voidT0_int(void)interrupt1using1P1_0=!P1_0;TH0=(655361000)/256；TL0=(655361000)%256；,39,6.4.5P1.1上產(chǎn)生周期為1s的方波【例6-5】假設(shè)系統(tǒng)時鐘為12MHz，編程實(shí)現(xiàn)從P1.1引腳上輸出一個周期為1s的方波。基本思想：要在P1.0上產(chǎn)生周期為1s的方波，定時器應(yīng)產(chǎn)生500ms的周期性定時，定時到則對P1.0求反。由于定時時間較長，用定時器不能直接實(shí)現(xiàn)，直接定時時間最長的就是方式1，僅為65ms(系統(tǒng)時鐘12MHz)多一點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)：T0定為10ms定時，每10ms對P1.0求反一次，P1.0輸出的脈沖加到定時器T1的計數(shù)輸入腳P3.5（T1腳），作為計數(shù)輸入，定時500ms需計數(shù)50次。T1設(shè)為方式2計數(shù)，初值X為：28X=50，則X=206，,40,所以TH1=TL1=206。T0設(shè)為方式1定時，則控制字為61H。定時器T0和T1均采用中斷方式工作。參考程序如下：#includesbitP1_0=P10;sbitP1_1=P11;voidmain(void)TMOD=0 x61；/*設(shè)置定時器T0為方式1定時，T1為方式2計數(shù)*/P1_0=0;TH0=(6553610000)/256；/*給T0裝初值*/TL0=(6553610000)%256；TH1=206；/*給T1裝初值*/TL1=206；,41,EA=1；/*總中斷開*/ET0=1；/*允許T0中斷*/ET1=1；/*允許T1中斷*/TR0=1;TR1=1;while(1);voidT0_int(void)interrupt1TH0=(655361000)/256；TL0=(655361000)%256；P1_0=!P1_0;voidT1_int(void)interrupt3P1_1=!P1_1;；/*P1.1腳產(chǎn)生1s的方波*/。,42,6.4.6T1控制發(fā)出1KHz的音頻信號【例6-6】利用定時器T1的中斷來控制蜂鳴器發(fā)出1KHz的音頻信號，電路圖見圖6-15。假設(shè)系統(tǒng)時鐘為11.0592MHz，則每個脈沖的周期為12/11.0592=1.085s。1KHz的音頻信號周期為1ms，因此要計數(shù)的脈沖數(shù)為1000/1.085=921次。所以T1的初值：TH1=(65536921)/256；TL1=(65536921)%256參考程序如下：,#includesbitsound=P17;,43,voidmain(void)EA=1；/*總中斷開*/ET1=1；/*允許T0中斷*/TMOD=0 x10；/*設(shè)置定時器T1為方式1定時*/sound=0;TH1=(65536921)/256；/*給T1裝初值*/TL1=(65536921)%256；TR1=1;while(1);voidT1_int(void)inte