1、第6章 AT89S51單片機的 定時器/計數(shù)器,1,內(nèi)容概要：介紹AT89S51單片機片內(nèi)定時器/計數(shù)器的結構與功能，兩種工作模式和4種工作方式，以及與其相關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編程及應用實例。,6.1 定時器/計數(shù)器的結構 定時/計數(shù)器的實質是加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的啟動和停止及設置溢出標志。,外部脈沖,3,圖6-1 AT89S51單片機的定時器/計數(shù)器結構框圖,6.1.1

2、 工作方式控制寄存器TMOD AT89S51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，僅由運行控制位TRx (x=0,1)來控制定時器運行 GATE=1時，用外中斷引腳INT0*（或INT1* ）上的電平與運行控制位TRx共同控制定時器運行。,4,圖6-2 寄存器TMOD格式,（2）M1、M0工作方式選擇位 M1、M0的4種編碼，對應于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，對單片機的晶體振蕩器12分頻

3、后的脈沖進行計數(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（負跳變）計數(shù)。,5,6.1.2 定時器/計數(shù)器控制寄存器TCON TCON字節(jié)地址為88H，可位尋址，位地址為88H8FH。 （1）TF1、TF0計數(shù)溢出標志位。 當計數(shù)器計數(shù)溢出時，該位置“1”。使用查詢方式時，應注意查詢有效后，使用軟件及時將該位清“0”。使用中斷方式時，中斷請求標志位在進入中斷服務程序后由硬件自動清“0”。 （2）TR1、TR0計數(shù)運行控制位。 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”

4、或清“0”。,6,圖6-3 TCON格式,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進位，TH0溢出時，置位TCON中的TF0標志，向CPU發(fā)出中斷請求。,7,圖6-4 定時器/計數(shù)器方式0邏輯結構框圖,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，當引腳上發(fā)生負跳變時，

5、計數(shù)器加1。,9,GATE位決定定時器的運行控制取決于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：,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、T

6、HX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)初值的關系為：,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)初值的關系為：,工作過程,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，因為T0已被TL0占用， TH0用 T1的 控制位：TR1、TF1；,6.2.4 方式3M1M0=11,13,T0在方式3時T1的工作模式 T1只能工作在0、1

7、、2方式，作為串行口的波特率發(fā)生器使用。因為T1的運行控制位TR1及計數(shù)溢出標志位TF1已被定時/計數(shù)器T0借用。 當作為波特率發(fā)生器使用時，只需要設置好工作方式，便可自動運行。如要停止工作，只需送入一個把T1設置為方式3的方式控制字。因為定時/計數(shù)器T1不能在方式3下工作， 因為T1處于方式3時相當于TR1=0，停止計數(shù)。,14,6.3 對外部輸入的計數(shù)信號的要求 當定時器/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。當輸入信號產(chǎn)生由1至0的跳變（即負跳變）時，計數(shù)器值增1。 由于確認一次負跳變花2個機器周期，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

8、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。,15,6.3 對外部輸入的計數(shù)信號的要求 當定時器/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。當輸入信號產(chǎn)生由1至0的跳變（即負跳變）時，計數(shù)器值增1。 由于確認一次負跳變花2個機器周期，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12

9、MHz頻率的晶體，則可輸入最高頻率為500kHz的外部脈沖。,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。,設系統(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),當初始值N=0時，如果fosc=12M

10、HZ，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,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

11、兩個8位寄存器TH0、TL0賦值呢？可將十進制數(shù)55536轉換成四位十六進制數(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)器初值的設置： TH0=-10000/256； /取-N的高8位 TL0=-10000%256； /取-N的低8位,例如：設系統(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現(xiàn)： TH0=-200； TL0=-200；,MCS-51單片機的定時器是可編

12、程的，但在進行定時或計數(shù)之前要對程序進行初始化，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/T T為計數(shù)周期，是單片機的機器周期。 （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行計數(shù)或開

13、始定時。,6.4 定時器/計數(shù)器的編程和應用,6.4.1 P1口外接的8只LED每0.5s閃亮一次。 【例6-1】在AT89S51單片機的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寄存器應初始化為0 x01=0000 0001B,（2）計算T0計數(shù)初值 設定時時間5ms（即5000s），設定時器T0的計數(shù)初值為X，假設晶振的頻率為11.0592MHz，則定時時間為： 定時時間=(216X)12/晶振頻率 則 5000=(

14、216X)12/11.0592 得：X = 60928，轉換成16進制后為：0 xee00，其中0 xee裝入TH0，0 x00裝入TL0。 （3）設置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,#include Char i=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*/ void main( ) TMOD=0 x01；/*設置定時器T0為方式1*/ TH0=0 xee；/*向TH0寫入初

15、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的中斷服務程序*/ void T0_int(void) interrupt 1 TH0=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(i=0) P1=P1； /*P1口按位取反*/ i=100；/*重新設置循

16、環(huán)次數(shù)*/ ,23,案例2 如圖所示，P0口接8只發(fā)光二極管，編程使發(fā)光管輪流點亮，點亮時間為500ms，要求使用定時器T0來控制，設晶振為12MHz。,設計思想 我們可將P0口的初值設置為0 xFE，對應于發(fā)光管D1亮，每隔500ms將P0的值循環(huán)左移一位，這一周期性的定時作業(yè)用T0來完成。,當時鐘頻率為12MHZ時，在定時器的4種工作方式中，方式1的最大溢出時間最長，但即使在方式1，最大的溢出時間也只有65.536ms，所以我們不能在每次中斷時都執(zhí)行上述移位操作。可以這樣處理：將定時器T0的溢出時間設定為50ms，累計滿10次中斷正好500ms，才允許程序執(zhí)行1次移位動作。,主函數(shù) uch

17、ar count=0; /50ms定時中斷次數(shù)計數(shù)器 void main(void) led=0 xfe; TMOD=0 x01; /T0工作于方式1 TH0=-50000/256; /定時時間為50ms TL0=-50000%256; ET0=1; /允許T0中斷 TR0=1; /啟動T0定時 EA=1; /CPU開中斷 while (1); ,void time0(void) interrupt 1 TH0=-50000/256; TL0=-50000%256; count+; if(count=10) count=0; led=_crol_(led,1); P0=led; ,定時器T0中

18、斷服務程序,重新裝入時間常數(shù),每中斷一次，計數(shù)器加1,10次中斷為0.5秒,滿10次變量led左移1位送P0口,6.4.2 計數(shù)器的應用 【例6-2】 采用定時器T1的方式1的中斷計數(shù)方式，如圖6-13所示，計數(shù)輸入引腳T1（P3.5）上外接開關K1，作為計數(shù)信號輸入。按4次K1后，P1口的8只LED閃爍不停。,28,（1）設置TMOD寄存器 T1工作在方式1，應使TMOD的M1、M0=01；設置計數(shù)器工作模式C/T*=1；對T0的運行控制僅由TR0來控制，應使GATE0=0。定時器T0不使用，各相關位均設為0。所以，TMOD寄存器應初始化為0 x50。,圖6-13,（2）計算T1計數(shù)初值 由

19、于每按4次K1，計數(shù)一次，因此計數(shù)器的初值為65536-4 =65532，將其轉換成16進制后為：0 xfffc，因此，TH0=0 xff，TL0=0 xfc。 （3）設置IE寄存器 本例由于采用定時器T1中斷，因此需將IE寄存器中的EA、ET1位置1。 （4）啟動和停止定時器T1 將定時器控制寄存器TCON中的TR1=1，則啟動定時器T1計數(shù)；TR1=0，則停止定時器T1計數(shù)。 參考程序如下：,29,#include /* 定義延時函數(shù)Delay( )，i是形式參數(shù)，不能賦初值*/ void Delay(unsigned int i) unsigned int j； /* 變量i由實際參數(shù)傳

20、入一個值，因此i不能賦初值*/ for(；i0；i-) for(j=0；j125；j+) ；/*空函數(shù)*/ void main( )/*主函數(shù)*/ TMOD=0 x50；/*設置定時器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的中斷服務程序*/ void T1_int(void) interrupt 3 for(；) /*無限循環(huán)*

21、/ 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置為0 xfe）送位選口，點亮一位數(shù)碼管，并將bsel左移一位，為下一位的顯示做好準備，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，無需在主程序中調用,主程序

22、 uchar bsel , n; void main(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2 TH0=-1000/256; /T0的定時時間為1000us TL0=-1000%256; ET0=1; /允許T0中斷 TR0=1; /啟動定時 EA=1; /開中斷 while(1); ,uchar code segtab=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

23、 x8e,0 x89,0 x8c; uchar dbuf4=4,3,2,1;,字符0F的字形碼表,顯示緩存，存放要顯示字符,void time0(void) interrupt 1 TH0=-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中斷服務程序,熄滅數(shù)碼管，防止上一位字符在當前位置顯示出來。,點亮當前位,根據(jù)顯示緩存查字段碼,準備顯示下一位,指向下一位要顯示的數(shù)據(jù),如果四位已顯示完,重新

24、從最低位開始,6.4.3 擴展一個外部中斷源 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。 當某個定時器/計數(shù)器不使用時，可為AT89S51擴展一個負跳沿觸發(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引腳上T0腳（或T1腳），并把定時器被設置為方式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。當檢測到T0腳（或T1腳）引腳電平發(fā)生負跳變時，計數(shù)器TF0(或TF1)溢出，這時將產(chǎn)生一個中斷請求。 【例6-3】擴展一個負跳沿觸發(fā)的外部中斷源，把定時器T0計數(shù)輸入引腳作為外部

25、中斷請求信號的輸入端。,35,#include void main( ) TMOD=0 x06；/*設置定時器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的中斷服務程序*/ void T0_int(void) interrupt 1 using 0 /*外中斷處理部分*/,36,6.4.4 P1.0上產(chǎn)生周期為2ms的方

26、波 【例6-4】系統(tǒng)時鐘為12MHz，編程實現(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。,37,圖6-14 定時器控制P1.0輸出一個周期為2ms的方波,計算T0的初值計算： 設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,#i

27、nclude sbit P1_0=P10; void main(void) TMOD=0 x01；/*設置定時器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) * / do while (1); /* 無限循環(huán)等待 * / void T0_int(void) interrupt 1 using 1 P1_0=! P1_0; TH0=(655361000)/256； TL0

28、=(655361000)%256； ,39,6.4.5 P1.1上產(chǎn)生周期為1s的方波 【例6-5】假設系統(tǒng)時鐘為12MHz，編程實現(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。 實現(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設為方式2計數(shù)，初值X為：28X=

29、50，則X=206，,40,所以TH1= TL1=206。T0設為方式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： #include sbit P1_0=P10; sbit P1_1=P11; void main(void) TMOD=0 x61；/*設置定時器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 */ ET

30、1=1； /* 允許T1中斷 */ TR0=1; TR1=1; while (1); void T0_int(void) interrupt 1 TH0=(655361000)/256； TL0=(655361000)%256； P1_0=! P1_0; void T1_int(void) interrupt 3 P1_1=! P1_1; ；/* P1.1腳產(chǎn)生1s的方波*/ 。,42,6.4.6 T1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：,43,#include sbit sound=P17;,void main(void) EA=1； /* 總中斷開 */ ET1=1； /* 允許T0中斷 */ TMOD=0 x10；/*設置定時器T1為方式1定時*/ s