89C51單片機(jī)原理及應(yīng)用89C51單片機(jī)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器

單片機(jī)的定時(shí)／計(jì)數(shù)器

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中定時(shí)計(jì)數(shù)的需求：

如用單片機(jī)控制的打鈴器、空調(diào)的定時(shí)開關(guān)、啤酒自動(dòng)生產(chǎn)線上對(duì)酒瓶的計(jì)數(shù)裝置等。

89C51單片機(jī)片內(nèi)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器：

兩個(gè)１６位可編程的定時(shí)／計(jì)數(shù)器：T0和T1，都能定時(shí)和對(duì)外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)。此外，T1還可以作為串行接口的波特率發(fā)生器。定時(shí)／計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)１.定時(shí)和計(jì)數(shù)的原理（1）計(jì)數(shù)

定時(shí)／計(jì)數(shù)器的實(shí)質(zhì)是在處置基礎(chǔ)上的加１計(jì)數(shù)器（１６位），16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)容量是65536單片機(jī)是對(duì)脈沖個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器每接收到一個(gè)脈沖，計(jì)數(shù)值加1，當(dāng)接收滿65535個(gè)脈沖后，再來一個(gè)脈沖，計(jì)數(shù)值清0表明這一輪計(jì)數(shù)結(jié)束，同時(shí)將標(biāo)志位TF0或TF1置1。

（2）定時(shí)單片機(jī)內(nèi)部的計(jì)數(shù)器用作定時(shí)器時(shí)，是對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)鐘進(jìn)行了計(jì)數(shù)，每來一個(gè)時(shí)鐘脈沖，計(jì)數(shù)器加1，只要保證計(jì)數(shù)脈沖的間隔相等，則計(jì)數(shù)值就代表了時(shí)間的流逝。計(jì)數(shù)器如何能作為定時(shí)器使用呢？單片機(jī)中的定時(shí)器和計(jì)數(shù)器其實(shí)是一個(gè)器件：計(jì)數(shù)器：是對(duì)外部發(fā)生的事件進(jìn)行計(jì)數(shù)，定時(shí)器：是對(duì)單片機(jī)內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。單片機(jī)內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘脈沖是如何獲得的呢？由單片機(jī)的晶振經(jīng)過12分頻后得到。由于晶振的頻率很準(zhǔn)，所以這個(gè)時(shí)鐘脈沖的時(shí)間間隔也很準(zhǔn)。當(dāng)單片機(jī)采用12ＭＨｚ的晶振時(shí)，它提供給計(jì)數(shù)器的脈沖頻率是１２ＭＨｚ／１２＝１ＭＨｚ，脈沖周期就是１微秒。定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0的結(jié)構(gòu)示意圖獲得標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間單片機(jī)內(nèi)部的16位定時(shí)／計(jì)數(shù)器由高8位和低8位兩個(gè)寄存器組成：

T0由TH0和TL0組成，

T1由TH1和TL1組成，定時(shí)／計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值就存放在這里面。定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1的結(jié)構(gòu)與T0相同。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的控制寄存器TMOD：選擇定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0、T1的工作模式和工作方式。TCON：控制T0、T1的啟動(dòng)和停止計(jì)數(shù)，同時(shí)包含了

T0、T1的狀態(tài)。定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)單片機(jī)復(fù)位時(shí)，兩個(gè)寄存器的所有位都被清0。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制寄存器TCON

低4位與外部中斷有關(guān)，已介紹。高4位的功能如下：

(1)TF1、TF0——計(jì)數(shù)溢出標(biāo)志位(2)TR1、TR0——計(jì)數(shù)運(yùn)行控制位 1：?jiǎn)?dòng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作

0：停止定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作

工作方式控制寄存器TMOD8位分為兩組，高4位控制T1，低4位控制T0。（1）GATE——門控位 0：以TRX（X=0,1）來啟動(dòng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器運(yùn)行。 1：用外中斷引腳(INT0*或INT1*)上的高電平和TRX來啟動(dòng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器運(yùn)行。（2）M1、M0——工作方式選擇位M1M0工作方式00 方式0，13位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。01 方式1，16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。10 方式2，8位常數(shù)自動(dòng)重新裝載11 方式3，僅適用于T0，T0分成兩個(gè)8位計(jì)數(shù)器，T1停止計(jì)數(shù)。(3)C/T*——計(jì)數(shù)器模式和定時(shí)器模式選擇位

0：定時(shí)器模式。 1：計(jì)數(shù)器模式。

定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式一．方式0方式0是13位的定時(shí)/計(jì)數(shù)方式，因而最大計(jì)數(shù)值為2的13次冪，等于8192。如計(jì)數(shù)值為N，則置入的初值X為：

X=8192-N例如定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0的計(jì)數(shù)值為1000，則初值為7192，轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)為1110000011000B，則TH0=11100000B，TL0=00011000B。工作方式0為13位的計(jì)數(shù)器，C/T*位決定工作模式：

0：開關(guān)打在上面，為定時(shí)器工作模式； 1：開關(guān)打在下面，為計(jì)數(shù)器工作模式，計(jì)數(shù)脈沖為P3.4、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(shí)，計(jì)數(shù)器加1。GATE位：決定定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的運(yùn)行取決于TRx一個(gè)條件還是TRx和INTx*引腳兩個(gè)條件。（1）0：A點(diǎn)是否計(jì)數(shù),僅取決于TRx的狀態(tài)。（2）1：B點(diǎn)電位由INTX*的輸入電平和TRX的狀態(tài)這兩個(gè)條件來確定。是否計(jì)數(shù)是由TRx和INTx*二個(gè)條件來控制的。二、方式1方式1是16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)方式，因而最大計(jì)數(shù)值為2的16次冪，等于65536。如計(jì)數(shù)值為N，則置入的初值X為：X=65536-N如定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0的計(jì)數(shù)值為1000，則初值為65536-1000=64536，轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)為1111110000011000B，則TH0=11111100B，TL0=00011000B。三．方式2方式2，16位的計(jì)數(shù)器只用了8位來計(jì)數(shù)，用的是TL0（或TL1）的8位來進(jìn)行計(jì)數(shù)，而TH0（或TH1）用于保存初值。當(dāng)TL0（或TL1）計(jì)滿時(shí)則溢出，一方面使TF0（或TF1）置位，另一方面溢出信號(hào)又會(huì)觸發(fā)三態(tài)門，使三態(tài)門導(dǎo)通，TH0（或TH1）的值就自動(dòng)裝入TL0（或TL1）。TLX作為常數(shù)緩沖器，當(dāng)TLX計(jì)數(shù)溢出時(shí)，在置“1”溢出標(biāo)志TFX的同時(shí)，還自動(dòng)的將THX中的初值送至TLX，使TLX從初值開始重新計(jì)數(shù)。特別適合于產(chǎn)生比較精確的連續(xù)脈沖信號(hào)。由于是8位的定時(shí)/計(jì)數(shù)方式，因而最大計(jì)數(shù)值為2的8次冪，等于256。如計(jì)數(shù)值為N，則置入的初值X為：

X=256-N

如定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0的計(jì)數(shù)值為100，則初值為256-100=156，轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)為10011100B，則TH0=TL0=10011100B。注意:

由于方式2計(jì)滿后，溢出信號(hào)會(huì)觸發(fā)三態(tài)門自動(dòng)地把TH0（或TH1）的值裝入TL0（或TL1）中，因而如果要重新實(shí)現(xiàn)N個(gè)單位的計(jì)數(shù)，不用重新置入初值。方式3只有定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0才有，當(dāng)M1M0兩位為11時(shí)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0工作于方式3，定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0被分為兩個(gè)部分TL0和TH0，其中，TL0可作為定時(shí)/計(jì)數(shù)器使用，占用T0的全部控制位：GATE、C/T、TR0和TF0；而TH0固定只能作定時(shí)器使用，對(duì)機(jī)器周期進(jìn)行計(jì)數(shù)，這時(shí)它占用定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1的TR1位、TF1位和T1的中斷資源。四、方式3工作方式3相當(dāng)于增加一個(gè)附加的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，從而具有3個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。只適用于定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0。T1不能工作在方式3，T1方式3時(shí)相當(dāng)于TR1=0，停止計(jì)數(shù)（此時(shí)T1可用來作串行口波特率產(chǎn)生器）。1．工作方式3下的T0T0分為兩個(gè)獨(dú)立的8位計(jì)數(shù)器:TL0和TH0。TL0使用T0的狀態(tài)控制位C/T*、GATE、TR0、，而TH0被固定為一個(gè)8位定時(shí)器（不能作外部計(jì)數(shù)模式），并使用定時(shí)器T1的狀態(tài)控制位TR1和TF1，同時(shí)占用定時(shí)器T1的中斷請(qǐng)求源TF1。2．T0工作在方式3下T1的各種工作方式

當(dāng)T1用作串行口的波特率發(fā)生器時(shí)，T0才工作在方式3。T0處于方式3時(shí)，T1可定為方式0、方式1和方式2，用來作為串行口的波特率發(fā)生器，或不需要中斷的場(chǎng)合。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器對(duì)輸入信號(hào)的要求

外部計(jì)數(shù)脈沖的最高頻率為系統(tǒng)振蕩器頻率的1/24，例如選用12MHz頻率的晶體，則可輸入500KHz的外部脈沖。輸入信號(hào)的高、低電平至少要保持一個(gè)機(jī)器周期。如圖所示，圖中Tcy為機(jī)器周期。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的初始化定時(shí)/計(jì)數(shù)器的方式寄存器TMOD其中：M1、M0為工作方式選擇位，用于對(duì)T0的四種工作方式，T1的三種工作方式進(jìn)行選擇，選擇情況如下C/T：定時(shí)或計(jì)數(shù)方式選擇位，當(dāng)C/T=1時(shí)工作于計(jì)數(shù)方式；當(dāng)C/T=0時(shí)工作于定時(shí)方式。GATE：門控位，用于控制定時(shí)/計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)是否受外部中斷請(qǐng)求信號(hào)的影響。定時(shí)/計(jì)數(shù)器的控制寄存器TCON其中：TF1：定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1的溢出標(biāo)志位，當(dāng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1計(jì)滿時(shí)，由硬件使它置位，如中斷允許則觸發(fā)T1中斷。進(jìn)入中斷處理后由內(nèi)部硬件電路自動(dòng)清除。TR1：定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1的啟動(dòng)位，可由軟件置位或清零，當(dāng)TR1=1時(shí)啟動(dòng)；TR1=0時(shí)停止。16位定時(shí)／計(jì)數(shù)器計(jì)滿65536個(gè)脈沖時(shí)，也會(huì)發(fā)生溢出。

定時(shí)／計(jì)數(shù)器溢出后標(biāo)志位TF0（或TF1）由0變1，由此能夠引發(fā)定時(shí)中斷（在中斷定時(shí)方式下），這就像定時(shí)的時(shí)間一到，鬧鐘就會(huì)響一樣。

如果采用12ＭＨｚ的晶振，對(duì)應(yīng)的脈沖周期是１微秒，計(jì)滿65536個(gè)脈沖所對(duì)應(yīng)的時(shí)間就是65.536ms。定時(shí)/計(jì)數(shù)值的設(shè)置

計(jì)數(shù)器的道理是一樣的，只要用預(yù)置數(shù)的方法先在計(jì)數(shù)容器內(nèi)存入一個(gè)初值，如我們要計(jì)100，那就存入65436，只要再來100個(gè)脈沖，就剛好會(huì)溢出，引發(fā)中斷。在時(shí)鐘頻率為12MHz的情況下，每個(gè)時(shí)鐘脈沖是1微秒，則計(jì)滿65536個(gè)脈沖需65.536毫秒，如要定時(shí)10毫秒則存入初值55536，（10毫秒是10000微秒，需計(jì)數(shù)10000個(gè)脈沖）?？梢?，

定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間長(zhǎng)短與系統(tǒng)時(shí)鐘和定時(shí)器初值有關(guān)。

說明

1.當(dāng)定時(shí)／計(jì)數(shù)器用作計(jì)數(shù)器時(shí)，通過引腳P3.4、P3.5對(duì)外部輸入脈沖計(jì)數(shù)。

2.定時(shí)／計(jì)數(shù)器T0(T1)啟動(dòng)運(yùn)行后，會(huì)按設(shè)定的工作方式獨(dú)立進(jìn)行計(jì)數(shù)，不再占用CPU時(shí)間。當(dāng)計(jì)數(shù)器T0(T1)計(jì)滿溢出時(shí)，TF0(TF1)置1，向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)。定時(shí)器初值的設(shè)置定時(shí)器／計(jì)數(shù)器初值計(jì)算

定時(shí)器／計(jì)數(shù)器用于定時(shí)或計(jì)數(shù)時(shí)，必須按照需要給計(jì)數(shù)器設(shè)置初值。定時(shí)器／計(jì)數(shù)器在計(jì)數(shù)初值的基礎(chǔ)上以加1的方式進(jìn)行計(jì)數(shù)，在計(jì)數(shù)器從全1變?yōu)槿?時(shí)，將自動(dòng)產(chǎn)生溢出中斷請(qǐng)求。（1）計(jì)數(shù)初值計(jì)算假設(shè)要計(jì)數(shù)的值為X，由于計(jì)數(shù)器是加工計(jì)數(shù)器，所以定時(shí)器／計(jì)數(shù)器的初值為2－X：其中n的值依賴于工作方式， 對(duì)于方式0，n=

13；即初值=8192-X 對(duì)于方式1，n=

16；即初值=65536-X 對(duì)于方式2和方式3，n=8；即初值=256-Xn2）定時(shí)初值計(jì)算定時(shí)就是定時(shí)間，假設(shè)晶振頻率為f，定時(shí)時(shí)間為T，對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)值為X，此時(shí)計(jì)數(shù)器是將系統(tǒng)時(shí)鐘12分頻后作為計(jì)數(shù)脈沖，則以下等式成立。要裝入的計(jì)數(shù)器初值CI=2－T·fosc/12。例如：已知晶振的頻率為6MHz，要求定時(shí)為2ms，則當(dāng)為方式0時(shí)，應(yīng)裝入的計(jì)數(shù)初值為；8192－2×10×6×10/12=8192-1000=7192n36

定時(shí)時(shí)間常數(shù)初值X：方式0X=8192-T(fosc/12)

方式1X=65536-T(fosc/12)

方式2、方式3X=256-T(fosc/12)

其中T是需要定時(shí)的時(shí)間，單位是微秒；fosc是晶振

計(jì)數(shù)時(shí)間常數(shù)X：方式0X=8192-S

方式1X=65536-S

方式2、方式3X=256-S

說明：式中S是需要計(jì)數(shù)的次數(shù)

定財(cái)器／計(jì)數(shù)器初始化步驟

1）確定工作方式：把工作方式控制字寫入到TMOD中；

2）設(shè)置定時(shí)或計(jì)數(shù)的初值：根據(jù)問題要求，求出定時(shí)或計(jì)數(shù)的初值，寫入到寄存器THO、TLO或THI、TLI中。

3）如果需要中斷，使定時(shí)器中斷允許位ET0或ETI置位，如果要求中斷嵌套，還應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的中斷優(yōu)先級(jí)，然后置位EA，使CPU開放中斷；如果不需要中斷，僅以軟件方式對(duì)計(jì)數(shù)器溢出標(biāo)志TFO或TFI進(jìn)行查詢，則可略去此步驟；

4）啟動(dòng)定時(shí)器／計(jì)數(shù)器：將TRO或TRI置1即可啟動(dòng)定時(shí)器／計(jì)數(shù)器。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的編程和應(yīng)用

4種工作方式中，方式0與方式1基本相同，由于方式0是為兼容MCS-48而設(shè)，初值計(jì)算復(fù)雜，在實(shí)際應(yīng)用中，一般不用方式0，而采用方式1。方式1應(yīng)用

例1

假設(shè)系統(tǒng)時(shí)鐘頻率采用6MHz，要在P1.0上輸出一個(gè)周期為2ms的方波，如圖所示。

方波的周期用T0來確定，讓T0每隔1ms計(jì)數(shù)溢出1次(每1ms產(chǎn)生一次中斷)，CPU響應(yīng)中斷后，在中斷服務(wù)程序中對(duì)P1.0取反。(1)計(jì)算初值X

設(shè)初值為X，則有: (216-X)×2×10-6=1×10-3216-X=500X=65036X化為16進(jìn)制，即所以，T0的初值為：TH0=0FEHTL0=0CH例2假設(shè)系統(tǒng)時(shí)鐘為6MHz，編寫定時(shí)器T0產(chǎn)生1秒定時(shí)的程序。（1）T0工作方式的確定定時(shí)時(shí)間較長(zhǎng)，采用哪一種工作方式？