4.1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的基本概念

1.計(jì)數(shù)：數(shù)字的累加。如：選票的畫“正”字統(tǒng)計(jì)票數(shù)，錄音機(jī)上的計(jì)數(shù)器、家里用的電度表、汽車上的里程表等。

線纜行業(yè)在電線生產(chǎn)出來(lái)之后要計(jì)米，也就是測(cè)量長(zhǎng)度，如何測(cè)量？用尺量？項(xiàng)目四制作電子時(shí)鐘

線纜行業(yè)長(zhǎng)度怎么計(jì)量？

方法：行業(yè)中用一個(gè)周長(zhǎng)是1m的輪子，將電纜繞在上面一周，由線帶輪轉(zhuǎn)，這樣輪轉(zhuǎn)一周就是線長(zhǎng)1m，所以只要記下輪轉(zhuǎn)了多少

圈，就可以知道走過(guò)的線有多長(zhǎng)了。4.1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的基本概念項(xiàng)目四制作電子時(shí)鐘長(zhǎng)短的計(jì)量變成了什么？？圈數(shù)的計(jì)數(shù)！

1.計(jì)數(shù)：數(shù)字的累加。2.計(jì)數(shù)器的容量:計(jì)數(shù)的最大值。

從一個(gè)生活中的例子說(shuō)起：水龍頭下有一個(gè)水盆，水龍頭沒(méi)關(guān)緊，水一滴一滴地滴入盆中。水滴持續(xù)落下，盆的容量是有限的，過(guò)一段時(shí)間之后，水就會(huì)逐漸變滿。錄音機(jī)上的計(jì)數(shù)器最多計(jì)到999，那么單片機(jī)中的計(jì)數(shù)器有多大的容量呢？

MCS-51單片機(jī)內(nèi)部有兩個(gè)計(jì)數(shù)器，分別稱為T0和T1，這兩個(gè)計(jì)數(shù)器分別由兩個(gè)8位的RAM單元組成，即每個(gè)計(jì)數(shù)器都是16位的計(jì)數(shù)器，最大的計(jì)數(shù)量是65536。項(xiàng)目四制作電子時(shí)鐘項(xiàng)目四制作電子時(shí)鐘

如果計(jì)數(shù)時(shí)間間隔一定，定時(shí)就是計(jì)數(shù)值乘以時(shí)間間隔。

C:代表計(jì)數(shù)，對(duì)振蕩器的12分頻信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。T代表時(shí)間，每個(gè)12分頻信號(hào)時(shí)間是1μs，則定時(shí)就轉(zhuǎn)換成了計(jì)數(shù)值*1μs。T1引腳采樣外部脈沖信號(hào)，此時(shí)T1作為計(jì)數(shù)器使用。3.定時(shí)

4.溢出

水滴的例子，當(dāng)水持續(xù)落下，盆中的水持續(xù)變多，最終有一滴水使得盆中的水滿了。這時(shí)如果再有一滴水落下，就會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？水會(huì)溢出來(lái)，用術(shù)語(yǔ)來(lái)講就是“溢出”。單片機(jī)計(jì)數(shù)器的容量是16位，也就是說(shuō)，最大的計(jì)數(shù)值為65536，因此計(jì)數(shù)計(jì)到65536時(shí)就會(huì)產(chǎn)生溢出。一旦產(chǎn)生溢出，單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器控制寄存器TCON中的TF0/TF1變?yōu)椤?”(下面將介紹TF0/TF1)。一旦TF0/TF1由0變成1，就是產(chǎn)生了變化，產(chǎn)生了變化就會(huì)引發(fā)事件，就像定時(shí)的時(shí)間一到，鬧鐘就會(huì)響一樣。

項(xiàng)目四制作電子時(shí)鐘

定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)①8051單片機(jī)內(nèi)部有兩個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1，其核心是計(jì)數(shù)器，基本功能是加1。②對(duì)外部事件脈沖(下降沿)計(jì)數(shù)，是計(jì)數(shù)器；對(duì)內(nèi)部脈沖計(jì)數(shù)，是定時(shí)器。③計(jì)數(shù)器由兩個(gè)8位計(jì)數(shù)器組成。

4.2定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理項(xiàng)目四制作電子時(shí)鐘圖4-2MCS-51單片機(jī)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的基本結(jié)構(gòu)4.2定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理項(xiàng)目四制作電子時(shí)鐘

4.2.2定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作原理當(dāng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器設(shè)置為定時(shí)工作方式時(shí)，計(jì)數(shù)器對(duì)內(nèi)部機(jī)器周期計(jì)數(shù)，每過(guò)一個(gè)機(jī)器周期，計(jì)數(shù)器增1，直至計(jì)滿溢出。定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間與系統(tǒng)的振蕩頻率緊密相關(guān)，因MCS-51單片機(jī)的一個(gè)機(jī)器周期由12個(gè)振蕩脈沖組成，所以，計(jì)數(shù)頻率fC=1/12fOSC。如果單片機(jī)系統(tǒng)采用12MHz晶振，則計(jì)數(shù)周期為1μs，這是最短的定時(shí)周期，適當(dāng)選擇定時(shí)器的初值可獲取各種定時(shí)時(shí)間。項(xiàng)目四制作電子時(shí)鐘當(dāng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器設(shè)置為計(jì)數(shù)工作方式時(shí)，計(jì)數(shù)器對(duì)來(lái)自輸入引腳T0(P3.4)和T1(P3.5)的外部信號(hào)計(jì)數(shù)，外部脈沖的下降沿將觸發(fā)計(jì)數(shù)。在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2期間采樣引腳輸入電平，若前一個(gè)機(jī)器周期采樣值為1，后一個(gè)機(jī)器周期采樣值為0，則計(jì)數(shù)器加1。新的計(jì)數(shù)值是在檢測(cè)到輸入引腳電平發(fā)生1到0的負(fù)跳變后，在下一個(gè)機(jī)器周期的S3P1期間裝入計(jì)數(shù)器中的。

項(xiàng)目四制作電子時(shí)鐘可見(jiàn)，檢測(cè)一個(gè)由1到0的負(fù)跳變需要兩個(gè)機(jī)器周期，所以，最高檢測(cè)頻率為振蕩頻率的1/24。計(jì)數(shù)器對(duì)外部輸入信號(hào)的占空比沒(méi)有特別的限制，但必須保證輸入信號(hào)的高電平與低電平的持續(xù)時(shí)間在一個(gè)機(jī)器周期以上。當(dāng)設(shè)置了定時(shí)器的工作方式并啟動(dòng)定時(shí)器工作后，定時(shí)器就按被設(shè)定的工作方式獨(dú)立工作，不再占用CPU的操作時(shí)間，只有在計(jì)數(shù)器計(jì)滿溢出時(shí)才可能中斷CPU當(dāng)前的操作。項(xiàng)目四制作電子時(shí)鐘4.3.1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的方式寄存器TMOD

TMOD在特殊功能寄存器中，字節(jié)地址為89H，格式如圖4-3所示。圖4-3MCS-51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)4.3定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的控制字

項(xiàng)目四制作電子時(shí)鐘

(3)M1M0：4種工作方式的選擇位。通過(guò)對(duì)M1M0的設(shè)置，可使定時(shí)器工作于4種工作方式之一，如表4-1所示。表4-1工作方式選擇表項(xiàng)目四制作電子時(shí)鐘4.4定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的4種工作方式及應(yīng)用

4.4.1工作方式0

當(dāng)M1M0設(shè)置為00時(shí)，定時(shí)器選定為方式0工作。16位寄存器只用了13位，TL0的高3位未用。由TH0的8位和TL0的低5位組成一個(gè)13位計(jì)數(shù)器。當(dāng)GATE=0時(shí)，只要TCON中的TR0為1，TL0及TH0組的引腳為1才能使計(jì)數(shù)器工作。由此可知，當(dāng)GATE=1和TR0=1時(shí)，TH0+TL0是否計(jì)數(shù)取決于INT0引腳的信號(hào)，當(dāng)INT0由0變?yōu)?時(shí)，開(kāi)始計(jì)數(shù)；當(dāng)INT0由1變?yōu)?時(shí)，停止計(jì)數(shù)。項(xiàng)目四制作電子時(shí)鐘

圖4-5工作方式0的邏輯電路結(jié)構(gòu)項(xiàng)目四制作電子時(shí)鐘

項(xiàng)目四制作電子時(shí)鐘例1：某單片機(jī)系統(tǒng)的晶振頻率為12MHz，用T1、工作方式0實(shí)現(xiàn)1s延時(shí)。分析：方式0采用13位計(jì)數(shù)器，其最大定時(shí)時(shí)間為8192×1

s=80192ms，因此，可選擇定時(shí)時(shí)間為5ms，再循環(huán)200次。定時(shí)時(shí)間為5ms，則計(jì)數(shù)值為5ms/1us=5000，T1的初值為：X=M－計(jì)數(shù)值=8192－5000=3192=C78H=0110001111000B13位計(jì)數(shù)器中TL1的高3位未用，填寫0，TH1占高8位，所以，X的實(shí)際填寫值應(yīng)為：X=0110001100011000B=6318H用T1的工作方式0實(shí)現(xiàn)1s延時(shí)函數(shù)如下：voiddelay1s(){unsignedchari;TOMD=0x00;//置T1為工作方式0 for(i=0;i<0xc8;i++)//設(shè)置200次循環(huán)次數(shù)

{TH1=0x63;//設(shè)置定時(shí)器初值

TL1=0x18;TR1=1;//啟動(dòng)T1while(!TF1);TF1=0;}}項(xiàng)目四制作電子時(shí)鐘4.4.2工作方式1

圖4-6所示是工作方式1的邏輯電路結(jié)構(gòu)。方式1和方式0的工作原理相同，唯一的差別是兩者的計(jì)數(shù)位數(shù)不同，工作方式0的最大計(jì)數(shù)值為M=2=8192，工作方式1的TH0和TL0組成一個(gè)16位計(jì)數(shù)器，最大計(jì)數(shù)值為M=2=65536。1316項(xiàng)目四制作電子時(shí)鐘圖4-6工作方式1的邏輯電路結(jié)構(gòu)項(xiàng)目四制作電子時(shí)鐘項(xiàng)目四制作電子時(shí)鐘例2：某單片機(jī)系統(tǒng)的晶振頻率為12MHz，用T1、工作方式1實(shí)現(xiàn)1s延時(shí)。分析：方式1采用16位計(jì)數(shù)器，定時(shí)時(shí)間為50ms，再循環(huán)20次即可定時(shí)到1s。用T1的工作方式1實(shí)現(xiàn)1s延時(shí)函數(shù)如下：voiddelay1s(){unsignedchari;TOMD=0x10;//置T1為工作方式1 for(i=0;i<0x14;i++)//設(shè)置20次循環(huán)次數(shù)

{TH1=0x3C;//設(shè)置定時(shí)器初值

TL1=0xB0;TR1=1;//啟動(dòng)T1while(!TF1);TF1=0;

}}項(xiàng)目四制作電子時(shí)鐘

4.4.3工作方式2

圖4-7所示是工作方式2的邏輯電路結(jié)構(gòu)。方式2把TL0配置成一個(gè)可以自動(dòng)恢復(fù)初值(初始常數(shù)自動(dòng)重新裝入)的8位計(jì)數(shù)器，TH0作為常數(shù)緩沖器，由軟件預(yù)置值。當(dāng)TL0產(chǎn)生溢出時(shí)，一方面使溢出標(biāo)志TF0置1，同時(shí)把TH0中的8位數(shù)據(jù)重新裝入TL0中。此動(dòng)作是由硬件自動(dòng)完成的，不需要軟件，這不同于方式0和方式1。

項(xiàng)目四制作電子時(shí)鐘圖4-7工作方式2的邏輯電路結(jié)構(gòu)項(xiàng)目四制作電子時(shí)鐘項(xiàng)目四制作電子時(shí)鐘例3：某單片機(jī)系統(tǒng)的晶振頻率為12MHz，用T1、工作方式2實(shí)現(xiàn)1s延時(shí)。分析：因工作方式2是8位計(jì)數(shù)器，其最大定時(shí)時(shí)間為：256×1us=256us，為實(shí)現(xiàn)1s延時(shí)，可選擇定時(shí)時(shí)間為250us，再循環(huán)4000次。定時(shí)時(shí)間選定后，可確定計(jì)數(shù)值為250，則T1的初值為：X=M－計(jì)數(shù)值=256－250=6=6H。采用T1的工作方式2，TMOD=0x20。用T1的工作方式2實(shí)現(xiàn)1s延時(shí)函數(shù)如下：voiddelay1s(){unsignedint

i;TOMD=0x20;//置T1為工作方式2 for(i=0;i<0x14;i++)//設(shè)置20次循環(huán)次數(shù)

TH1=6;

TL1=6;For(i=0;i<4000;i++)//設(shè)置4000次循環(huán){TR1=1;//啟動(dòng)T1while(!TF1);TF1=0;

}}項(xiàng)目四制作電子時(shí)鐘4.4.4工作方式3T0被拆成兩個(gè)獨(dú)立的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器來(lái)用。

TL0可以構(gòu)成8位的定時(shí)器或計(jì)數(shù)器的工作方式，并使用T0的控制位、TF0的中斷源。TH0:作為定時(shí)器來(lái)用，使用T1中的TR1、TF1的中斷源。需要注意的是，方式3是將T0拆成兩個(gè)獨(dú)立的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器來(lái)用，而不是T1，如果把T1置于方式3，T1將處于關(guān)閉狀態(tài)。項(xiàng)目四制作電子時(shí)鐘

圖4-8工作方式3的邏輯電路結(jié)構(gòu)項(xiàng)目四制作電子時(shí)鐘4.5定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的初始化

4.5.1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的初始化步驟由于定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的功能是由軟件編程確定的，所以一般在使用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器前都要對(duì)其進(jìn)行初始化，使其按設(shè)定的功能工作。初始化的步驟一般如下。

(1)確定工作方式(即對(duì)TMOD賦值)。

(2)預(yù)置定時(shí)或計(jì)數(shù)的初值

(3)開(kāi)放相應(yīng)中斷和設(shè)定中斷優(yōu)先級(jí)。

(4)啟動(dòng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。項(xiàng)目四制作電子時(shí)鐘

1．計(jì)數(shù)器初值的計(jì)算把計(jì)數(shù)器從初值開(kāi)始作加1計(jì)數(shù)到計(jì)滿溢出所需要的計(jì)數(shù)值設(shè)定為C，計(jì)數(shù)初值設(shè)定為D，由此便可得到以下的計(jì)算通式：D=M-C(4-1)

式中，M為計(jì)數(shù)器模值，該值和計(jì)數(shù)器工作方式有關(guān)，在方式0時(shí)M為213

，在方式1時(shí)M為216

，在方式2和方式3時(shí)M為28。

項(xiàng)目四制作電子時(shí)鐘

4.5.2定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的定時(shí)/計(jì)數(shù)范圍和預(yù)置數(shù)的計(jì)算方法2．定時(shí)器初值的計(jì)算

在定時(shí)器模式下，計(jì)數(shù)器由單片機(jī)脈沖經(jīng)12分頻后計(jì)數(shù)。因此，定時(shí)器定時(shí)時(shí)間T的計(jì)算公式為：T=(TM-TC)12/fOSCμs(4-2)

式中，TM為計(jì)數(shù)器從初值開(kāi)始作加1計(jì)數(shù)到計(jì)滿溢出所需要的時(shí)間，TM為模值，與定時(shí)器的工作方式有關(guān)；fOSC是單片機(jī)晶體振蕩器的頻率；TC為定時(shí)器的定時(shí)初值。在式(4-2)中，若設(shè)TC=0，則定時(shí)器定時(shí)時(shí)間為最大(初值為0，計(jì)數(shù)從全0到全1，溢出后又為全0)。由于M的值和定時(shí)器工作方式有關(guān)，因此不同工作方式下定時(shí)器的最大定時(shí)時(shí)間也不一樣。

項(xiàng)目四制作電子時(shí)鐘

項(xiàng)目四制作電子時(shí)鐘4.6.1LED數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)圖4-9LED數(shù)碼管顯示結(jié)構(gòu)

8段LED數(shù)碼管:由8個(gè)發(fā)光二極管（以下簡(jiǎn)稱段）構(gòu)成，單個(gè)LED數(shù)碼管的外形如圖4-9（a）所示。項(xiàng)目四制作電子時(shí)鐘7個(gè)長(zhǎng)條形的發(fā)光管：排列成“日”字形；

1個(gè)圓點(diǎn)形的發(fā)光管：顯示器右下角顯示小數(shù)點(diǎn)。通過(guò)不同的發(fā)光字段組合可用來(lái)顯示數(shù)字0～9、字符A～F、H、L、P、R、U、Y、符號(hào)“-”及小數(shù)點(diǎn)“.”等。4.6.1LED數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)項(xiàng)目四制作電子時(shí)鐘4.6.2LED數(shù)碼管的工作原理（1）共陰極8段LED數(shù)碼管

8個(gè)發(fā)光二極管：陰極接低電平，連在一起，作為公共控制端（com）。

陽(yáng)極作為“段”控制端，當(dāng)某段控制端為高電平時(shí)，該段對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管導(dǎo)通并點(diǎn)亮。

LED數(shù)碼管：共陰極、共陽(yáng)極。

通過(guò)點(diǎn)亮不同的段，顯示出不同的字符。如顯示數(shù)字1時(shí)，b、c兩端接高電平，其他各段接低電平。（2）共陽(yáng)極LED數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4-9（c）所示。項(xiàng)目四制作電子時(shí)鐘4.6.2LED數(shù)碼管的工作原理8個(gè)發(fā)光二極管:陽(yáng)極都連在一起，作為公共控制端（com），接高電平。

陰極作為“段”控制端，當(dāng)某段控制端為低電平時(shí)，該段對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管導(dǎo)通并點(diǎn)亮。項(xiàng)目四制作電子時(shí)鐘4.6.3LED數(shù)碼管靜態(tài)顯示

靜態(tài)顯示是指當(dāng)數(shù)碼管顯示某一字符時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定導(dǎo)通或恒定截止。這種顯示方式的各位數(shù)碼管的公共端恒定接地（共陰極）或+5V電源（共陽(yáng)極）。項(xiàng)目四制作電子時(shí)鐘

每個(gè)數(shù)碼管的8個(gè)段控制引腳分別與一個(gè)8位I/O端口相連。只要I/O端口有顯示字型碼輸出，數(shù)碼管就顯示給定字符，并保持不變，直到I/O端口輸出新的段碼。靜態(tài)顯示在同一時(shí)間里，每一位顯示的字符可以各不相同。優(yōu)點(diǎn)：接口編程容易。缺點(diǎn)：所占用的I/O端口較多。4.6.3LED數(shù)碼管靜態(tài)顯示

圖4-10給出了兩位數(shù)碼管靜態(tài)顯示的接口電路，兩個(gè)共陽(yáng)極數(shù)碼管的段碼分別由P1、P2口控制，com端都接在+5V電源上。項(xiàng)目四制作電子時(shí)鐘4.6.2LED數(shù)碼管靜態(tài)顯示圖4-10兩位數(shù)碼管靜態(tài)顯示電路項(xiàng)目四制作電子時(shí)鐘任務(wù)實(shí)施：簡(jiǎn)易秒表控制系統(tǒng)的制作要求：用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)一位數(shù)的簡(jiǎn)易秒表控制，循環(huán)顯示0-9s，時(shí)間間隔為1s，并將計(jì)時(shí)時(shí)間在一位數(shù)碼管上顯示出來(lái)。提示：LED數(shù)碼管在與單片機(jī)連接時(shí)，需要加限流電阻，并且要注意LED數(shù)碼管是共陰極還是共陽(yáng)極。圖4-11

簡(jiǎn)易秒表控制電路圖項(xiàng)目四制作電子時(shí)鐘

動(dòng)態(tài)顯示：逐位輪流點(diǎn)亮各位LED數(shù)碼管顯示器的顯示方式。即在某一時(shí)段,只讓其中一位數(shù)碼管的“位選端”有效,并送出相應(yīng)的字型顯示碼。此時(shí)，其他位的數(shù)碼管因“位選端”無(wú)效而處于熄滅狀態(tài)；下一時(shí)段按順序選通另外一位數(shù)碼管，并送出相應(yīng)的字型顯示碼。

4.6.7LED數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示方式對(duì)于每位LED數(shù)碼管來(lái)說(shuō)，每隔一段時(shí)間被單片機(jī)點(diǎn)亮一次，并持續(xù)一定時(shí)間（通常為1ms-10ms），以造成視覺(jué)暫留效果。按此規(guī)律循環(huán)下去，即可使各位數(shù)碼管分別間斷地顯示出相應(yīng)的字符。這一過(guò)程稱為動(dòng)態(tài)掃描顯示。在同一時(shí)刻實(shí)際上只有1位LED數(shù)碼管在顯示，但利用人眼的視覺(jué)暫留和發(fā)光二極管熄滅時(shí)的余輝效應(yīng)，使人感覺(jué)好像若干位LED數(shù)碼管在同時(shí)顯示不同