1、3.1定時(shí)計(jì)數(shù)器的相關(guān)概念,1.什么叫計(jì)數(shù)？,計(jì)數(shù)是指對(duì)外部事件的個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)量。其實(shí)質(zhì)就是對(duì)外部輸入脈沖的個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)量。實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能的器件稱為計(jì)數(shù)器。,2.什么叫定時(shí)？,8051單片機(jī)中的定時(shí)器和計(jì)數(shù)器是一個(gè)部件，只不過計(jì)數(shù)器記錄的是外界發(fā)生的事件，而定時(shí)器則是由單片機(jī)內(nèi)部提供一個(gè)非常穩(wěn)定的計(jì)數(shù)源進(jìn)行定時(shí)的。這個(gè)計(jì)數(shù)源是由單片機(jī)的晶振經(jīng)過12分頻后獲得的一個(gè)脈沖源。所以定時(shí)器計(jì)數(shù)脈沖的時(shí)間間隔與晶振有關(guān)。很顯然，定時(shí)器是對(duì)內(nèi)部時(shí)鐘的計(jì)數(shù)。,3.定時(shí)的種類,（1）軟件定時(shí)：利用執(zhí)行一個(gè)循環(huán)程序進(jìn)行時(shí)間延遲。其特點(diǎn)是定時(shí)時(shí)間精確，不需外加硬件電路，但占用CPU時(shí)間。因此軟件定時(shí)的時(shí)間不宜過長(zhǎng)。,（

2、2）硬件定時(shí)：利用硬件電路實(shí)現(xiàn)定時(shí)。其特點(diǎn)是不占用CPU時(shí)間，通過改變電路元器件參數(shù)來調(diào)節(jié)定時(shí)，但使用不夠靈活方便。對(duì)于時(shí)間較長(zhǎng)的定時(shí)，常用硬件電路來實(shí)現(xiàn)。,（3）可編程定時(shí)器：通過專用的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器芯片實(shí)現(xiàn)。其特點(diǎn)是通過對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)定時(shí)，定時(shí)時(shí)間可通過程序設(shè)定的方法改變，使用靈活方便。也可實(shí)現(xiàn)對(duì)外部脈沖的計(jì)數(shù)功能。,MCS-51單片機(jī)內(nèi)部有兩個(gè)16位可編程的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，簡(jiǎn)稱為T0和T1，均可作定時(shí)器用也可計(jì)數(shù)器，它們均是二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)滿回零時(shí)能自動(dòng)產(chǎn)生溢出中斷請(qǐng)求，表示定時(shí)時(shí)間已到或計(jì)數(shù)已終止。適用于定時(shí)控制、延時(shí)、外部計(jì)數(shù)和檢測(cè)等。,4.2 單片機(jī)的定時(shí)計(jì)

3、數(shù)器,計(jì)數(shù)器：對(duì)引腳T0（P 3.4 ）和T1（P3.5.）輸入的外部脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)，當(dāng)輸入脈沖信號(hào)從1到0的負(fù)跳變時(shí)，計(jì)數(shù)器就自動(dòng)加1。計(jì)數(shù)的最高頻率一般為振蕩頻率的1/24。 定時(shí)器：對(duì)系統(tǒng)晶振振蕩脈沖的12分頻輸出進(jìn)行計(jì)數(shù)。 （1）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu) 組成：16位加法計(jì)數(shù)器、工作方式寄存器TMOD和控制寄存器TCON。 T0： TL0（低8位）和TH0（高8位） T1： TL1（低8位）和TH1（高8位）,8051單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)如下圖所示。,（2）控制寄存器TCON (88H),TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0,TF0/TF1：T0/1計(jì)數(shù)

4、溢出標(biāo)志位?？捎糜谏暾?qǐng)中斷或供CPU查詢。在進(jìn)入中斷服務(wù)程序時(shí)會(huì)自動(dòng)清零；但在查詢方式時(shí)必須軟件清零。 =1 ：計(jì)數(shù)溢出； =0 ：計(jì)數(shù)未滿。 TR0/TR1：T0/1啟?？刂莆弧?=1 ：?jiǎn)?dòng)計(jì)數(shù)； =0： 停止計(jì)數(shù)。 IE0/IE1和IT0/IT1：用于管理外部中斷。,M1,M0：工作方式選擇位 。 =00：13位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器； =01：16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（常用）； =10：可自動(dòng)重裝的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（常用）； =11：T0 分為2個(gè)8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；僅適用于T0。 C/ ：定時(shí)方式/計(jì)數(shù)方式選擇位。 = 1：選擇計(jì)數(shù)器工作方式，對(duì)T0/T1引腳輸入的外部事件的負(fù)脈沖計(jì)數(shù)； =

5、0 ：選擇定時(shí)器工作方式，對(duì)機(jī)器周期脈沖計(jì)數(shù)定時(shí)。 如下頁(yè)圖所示。,（2）工作方式寄存器TMOD,T1,T0,GATE：門控位，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的啟/?？捎绍浖c硬件兩者控制 = 0 ：軟件控制，只由TCON中的啟/?？刂莆籘R0/TR1控制定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的啟/停。 = 1 ：硬件控制，由外部中斷請(qǐng)求信號(hào) / 和TCON中的啟/?？刂莆籘R0/TR1組合狀態(tài)控制定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的啟/停。 其控制邏輯如下圖所示。,（3）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式,8051單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器共有四種工作模式，現(xiàn)以T0為例加以介紹，T1與T0的工作原理相同，但方式3下T1停止計(jì)數(shù)。方式（如F0）和用戶定義名稱等幾種方

6、式。 16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器被拆成兩個(gè)8位寄存器TH0和TL0，CPU在對(duì)它們初始化時(shí)必須裝入相同的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器初值。以TL0作計(jì)數(shù)器，而TH0作為預(yù)置寄存器。當(dāng)計(jì)數(shù)滿溢出時(shí)，TF0置“1”，同時(shí)TH0將計(jì)數(shù)初值以硬件方法自動(dòng)裝入TL0。這種工作方式很適合于那些重復(fù)計(jì)數(shù)的應(yīng)用場(chǎng)合（如串行數(shù)據(jù)通信的波特率發(fā)生器）。,1工作方式0（ M1M0=00 ，13位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器） 由TH0的全部8位和TL0的低5位（ TL0的高3位未用）構(gòu)成13位加1計(jì)數(shù)器，當(dāng)TL0低5位計(jì)數(shù)滿時(shí)直接向TH0進(jìn)位，并當(dāng)全部13位計(jì)數(shù)滿溢出時(shí)，溢出標(biāo)志位TF0置“1”。 2工作方式1 （ M1M0=01 ，16位定時(shí)器/

7、計(jì)數(shù)器） 由TH0和TL0構(gòu)成16位加1計(jì)數(shù)器，其他特性與工作方式0相同。 3工作方式2 （ M1M0=10 ，自動(dòng)重裝計(jì)數(shù)初值的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器）,4工作方式3 （ M1M0=11 ， 2個(gè)8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，僅適用于T0） TL0：8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，使用T0原有控制資源TR0和TF0，其功能和操作與方式0或方式1完全相同。 TH0：只能作為8位定時(shí)器，借用T1的控制位TR1和TF1，只能對(duì)片內(nèi)機(jī)器周期脈沖計(jì)數(shù)。 在方式3模式下，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0可以構(gòu)成兩個(gè)定時(shí)器或者一個(gè)定時(shí)器和一個(gè)計(jì)數(shù)器。 T0方式3下的T1方式2，因定時(shí)初值能自動(dòng)恢復(fù)，用作波特率發(fā)生器更為合適。,（5）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器

8、的應(yīng)用,定時(shí)器/計(jì)數(shù)器可按片內(nèi)機(jī)器周期定時(shí)，也可對(duì)由T0/T1引腳輸入一個(gè)負(fù)脈沖進(jìn)行加法計(jì)數(shù)。在應(yīng)用時(shí)，其工作方式和工作過程均可通過程序設(shè)定和控制，因此，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器在工作前必須先對(duì)其進(jìn)行初始化，計(jì)算和設(shè)置初值。 1. 定時(shí)器T0/T1 中斷申請(qǐng)過程 （1）在已經(jīng)開放T0/T1中斷允許且已被啟動(dòng)的前提下，T0/T1加1計(jì)滿溢出時(shí) TF0/TF1標(biāo)志位自動(dòng)置“1” ； （2）CPU 檢測(cè)到TCON中TF0/TF1變“1”后,將產(chǎn)生指令：LCALL 000BH/LCALL 001BH 執(zhí)行中斷服務(wù)程序； （3）TF0/TF1標(biāo)志位由硬件自動(dòng)清“0”,以備下次中斷申請(qǐng)。,2. 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器初始化

9、的步驟,（1）寫TMOD，設(shè)置定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式； （2）計(jì)算定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的初值，寫入TH0/TH1、TL0/TL1。 （3）設(shè)置IE、IP，以開放相應(yīng)的中斷和設(shè)定中斷優(yōu)先級(jí)。 3. 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器范圍 （1）工作方式0：13位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器方式 最大計(jì)數(shù)值= 213 = 8192 （2）工作方式1：16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器方式 最大計(jì)數(shù)值= 216 = 65536 （3）工作方式2和工作方式3：8位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器方式因此， 最大計(jì)數(shù)值= 28 = 256,3. 計(jì)數(shù)器初值的計(jì)算,方法：用最大計(jì)數(shù)量減去需要的計(jì)數(shù)次數(shù)。即： TC=MC 其中：TC計(jì)數(shù)器需要預(yù)置的初值； M

10、計(jì)數(shù)器的模值（最大計(jì)數(shù)值）； 方式0時(shí)，M=213；方式1時(shí)，M=216；方式2, 3時(shí)，M=28； C計(jì)數(shù)器計(jì)滿回0所需的計(jì)數(shù)值，即設(shè)計(jì)任務(wù)要求的計(jì)數(shù)值。 例如：流水線上一個(gè)包裝是12盒，要求每到12盒就產(chǎn)生一個(gè)動(dòng)作，用單片機(jī)的工作方式0來控制，則應(yīng)當(dāng)預(yù)置的初值為： TC = M C = 213 12=8180,4. 定時(shí)器初值的計(jì)算,定時(shí)時(shí)間的計(jì)算公式為： T=（MTC）T0 （或TC=MT/T0 ） 其中：T定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間，即設(shè)計(jì)任務(wù)要求的定時(shí)時(shí)間； T0計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)脈沖的周期，即單片機(jī)系統(tǒng)主頻周期的12倍； M計(jì)數(shù)器的模值； TC定時(shí)器需要預(yù)置的初值。 若設(shè)初值TC=0，則定時(shí)器定時(shí)時(shí)

11、間為最大。若設(shè)單片機(jī)系統(tǒng)主頻為12MHz，則各種工作方式定時(shí)器的最大定時(shí)時(shí)間為： 工作方式0： Tmax=2131s=8.192ms 工作方式1： Tmax=2161s=65.536ms 工作方式2和3：Tmax=281s=0.256ms,例題1 設(shè)一只發(fā)光二極管LED和8051的P1.0腳相連。當(dāng)P1.0腳是高電平時(shí)，LED發(fā)亮；當(dāng)P1.0腳是低電平時(shí)，LED不亮。編制程序用定時(shí)器來實(shí)現(xiàn)發(fā)光二極管LED的閃爍功能，設(shè)置LED每1s閃爍一次。已知單片機(jī)系統(tǒng)主頻為12MHz。 解：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的最長(zhǎng)的定時(shí)是65.536ms，無(wú)法實(shí)現(xiàn)1s的定時(shí)?？梢圆捎密浖?jì)數(shù)器來進(jìn)行設(shè)計(jì)。,設(shè)計(jì)思想：定義一個(gè)

12、軟件計(jì)數(shù)器單元30H，先用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0做一個(gè)50ms的定時(shí)器，定時(shí)時(shí)間到了以后將軟件計(jì)數(shù)器中的值加1，如果軟件計(jì)數(shù)器計(jì)到了20，取反P1.0，并清掉軟件計(jì)數(shù)器中的值，否則直接返回。則完成了20次定時(shí)中斷才取反一次P1.0，因此定時(shí)時(shí)間就為2050=1000ms=1s。 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0采用工作方式1，其初值為： 21650ms/1s=6553650000=15536=3CB0H 電路圖如下：,程序如下： ORG 0000H AJMP START ; 轉(zhuǎn)入主程序 ORG 000BH ; 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0的中斷服務(wù)程序入口地址 AJMP TIME0 ; 跳轉(zhuǎn)到真正的定時(shí)器中斷服務(wù)程序處 ORG

13、 0030H START: MOV SP, #60H ; 設(shè)置堆棧指針 MOV P1, #0FFH ; 關(guān)發(fā)光二極管LED（使其滅） MOV 30H, #00H ; 軟件計(jì)數(shù)器預(yù)清0 MOV TMOD, # 01H ; 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0工作于方式1 MOV TH0, #3CH ; 設(shè)置定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的初值 MOV TL0, #0B0H SETB EA ; 開總中斷允許 SETB ET0 ; 開定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0中斷允許 SETB TR0; 啟動(dòng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0 LOOP: AJMP LOOP ; 循環(huán)等待 （真正工作時(shí)，這里可寫任意其他程序）,定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0的中斷服務(wù)程序如下： TIME0:

14、PUSH ACC ; 將PSW和ACC推入堆棧保護(hù) PUSH PSW INC 30H ; 軟件計(jì)數(shù)器加1 MOV A, 30H CJNE A, #20, T_LP2; 軟件計(jì)數(shù)器單元中的值到了20了嗎？ 到了，繼續(xù)執(zhí)行; 否則，轉(zhuǎn)入T_LP2 T_LP1: CPL P1.0 ; 到了，P1.0取反 MOV 30H, #00H; 清軟件計(jì)數(shù)器 T_LP2: MOV TH0, #3CH; 重置定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的初值 MOV TL0, #0B0H POP PSW ; 恢復(fù)PSW和ACC POP ACC RETI; 中斷返回 END,例題2 設(shè)外部有一個(gè)計(jì)數(shù)源。編制程序，對(duì)外部計(jì)數(shù)源進(jìn)行計(jì)數(shù)并顯示。 解：將外部計(jì)數(shù)源連到定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1的外部引腳T1上，可用LED將計(jì)數(shù)的值顯示出來，我們用P1口連接的8個(gè)LED來顯示計(jì)到的數(shù)據(jù)。LED對(duì)P1口電平要求同例4。（電路圖類