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1、单片机课件单片机课件5MCS51单片机单片机定时器计数器定时器计数器2（1） 定时器/计数器的概念定时器计数器定时/计数器 内部计数器内部计数器外部计数器（2） MCS-51的定时器/计数器简介 2个16位的定时/计数器，有多种工作方式。 定时/计数器工作在定时模式时，计数脉冲信号来自单片机的内部，计数速率是晶振频率的1/12，当计数器启动后，每个机器周期计数器自动加1。 定时/计数器工作在计数模式时，计数器对外部脉冲进行计数，计数器计P3.4(T0脚）P3.5(T1脚）负跳变次数。每产生一次负跳变，计数器自动加1。5.1 概述95.3.1 方式05.3 定时器/计数器的工作方式及工作原理定时
2、器计数器T0工作方式0的逻辑结构计数器的低五位计数器的高八位TH0TL010 当GATE=0时，只要TR0为1，TL0及TH0组成的13位计数器就开始计数； 当GATE=1时，仅当TR0为1，且引脚输入信号状态为1时，13位计数器开始计数。 计数器开始工作时，当13位计数器从初始值开始加1计数，当13位计数器各位全1以后，再计数1次，计数器就产生溢出，则TF0位由硬件自动置1，同时把计数器清0。 在方式0下，计数器计数范围是18192（213）。定时时间范围为18192个机器周期。 5.3 定时器/计数器的工作方式及工作原理5.3.1 方式011 在工程设计时，我们经常碰到的是这样的问题：要求
3、在计数次或者定时（延时）秒后，再进行下一步的动作。如果采用定时/计数器实现，最直接的方法是让定时/计数器计数次或者定时秒后溢出，溢出标志TF0（或TF1）为我们提供了测试判断条件。然而，计数器只有在计满后才会溢出，上述问题转换为在某个初始值的基础上再计N次或再定时t秒使定时/计数器溢出。因此，求初始值是解决上述问题的关键。5.3 定时器/计数器的工作方式及工作原理5.3.1 方式012 （1）计数器工作模式计数N次，要求计数器溢出，设初始值为 ，则： ，那么， 预先给计数器装入初始值 ，当计数器计数 次后，溢出标志TF0为1。5.3 定时器/计数器的工作方式及工作原理5.3.1 方式0X132
4、 NXNX132NX132N13 （2）定时器模式 定时td，要求计数器溢出。 首先计算定时td需要多少个机器周期， 即 ： 设初始值为X， 则： ， 预先给计数器装入初始值，当计数器计个机器周 期后，溢出标志TF0为1，定时时间到。N2X13132NXMTNdt5.3 定时器/计数器的工作方式及工作原理5.3.1 方式014定时器计数器T0工作方式1的逻辑结构5.3 定时器/计数器的工作方式及工作原理5.3.2 方式115 当GATE=0时，只要TR0为1，TL0及TH0组成的16位计数器就开始计数； 当GATE=1时，仅当TR0为1，且引脚输入信号状态为1时，16位计数器开始计数。 计数器
5、开始工作时，当16位计数器从初始值开始加1计数，当16位计数器各位全1以后，再计1次，计数器就产生溢出，则硬件自动把TF0位置1，同时把计数器清0。 5.3 定时器/计数器的工作方式及工作原理5.3.2 方式116（1）计数器工作模式 计数N次，要求计数器溢出，设初始值为X，则： ， 那么， 预先给计数器装入初始值 ，当计数器计数N次后，溢出标志TF0为1。 162 NXNX162NX1625.3 定时器/计数器的工作方式及工作原理5.3.2 方式117（2）定时器工作模式 定时td秒，要求计数器溢出。首先计算定时td需要多少个机器周期才能实现，即： 设初始值为X，则： ，那么， 。 预先给计
6、数器装入初始值 ，当计数器计N个机器周期后，溢出标志TF0为1，定时时间到。 方式1时，定时/计数器的最大计数次数为65536（初始值为0），最大定时时间为65536TM（初始值为0）。5.3 定时器/计数器的工作方式及工作原理5.3.2 方式1MdTtNNX162162 NXNX16218定时器计数器0在工作方式2的逻辑结构5.3 定时器/计数器的工作方式及工作原理5.3.3 方式219 当GATE=0时，只要TR0为1，计数器TL0开始计数； 当GATE=1时，仅当TR0为1，且引脚输入信号状态为1时，计数器TL0开始计数。 计数器开始工作时，当8位计数器TL0从初始值开始加1计数，当计数
7、器各位全“1”以后，再计1次，计数器产生溢出，则TF0位由硬件自动置1，同时把TH0的内容装载到TL0。5.3 定时器/计数器的工作方式及工作原理5.3.3 方式220（1）计数器工作模式 计数N次，要求计数器溢出，设初始值为X，则： ， 那么， 预先给计数器装入初始值 ，当计数器计数N次后，溢出标志TF0为1。82 NXNX82NX825.3 定时器/计数器的工作方式及工作原理5.3.3 方式221 （2）定时器工作模式 定时td秒，要求计数器溢出。首先计算定时td需 要多少个机器周期才能实现，即： 。设初始值为X，则： ，那么， 。 预先给计数器装入初始值 ，当计数器计N 个机器周期后，溢
8、出标志TF0为1，定时时间到。 方式2时，定时/计数器的最大计数次数为256（初始值为0），最大定时时间为256TM（初始值为 0）。 MdTtN 82 NXNX82NX825.3 定时器/计数器的工作方式及工作原理5.3.3 方式222 当M1M0设置为11时，定时/计数器T0的工作方式为方式3。只有定时/计数器T0有方式3，定时/计数器T1没有工作方式3，如果把T1设置为方式3，计数器将停止工作。 在工作方式3下，定时器/计数器T0被拆分成2个独立的8位计数器TL0和TH0。 5.3 定时器/计数器的工作方式及工作原理5.3.4 方式3235.3 定时器/计数器的工作方式及工作原理5.3.
9、4 方式3TL0定时/计数器逻辑结构定时器/计数器T0工作方式3的逻辑结构24TH0定时/计数器逻辑结构定时器/计数器T0工作方式3的逻辑结构5.3 定时器/计数器的工作方式及工作原理5.3.4 方式325 5.4.1 定时器计数器初始化 定时/计数器的初始化包括设置工作方式、计数器或定时器模式、计算计数初始值、启动定时/计数器、设置中断控制位等。 定时和计数可以采用查询方式和中断方式实现。 5.4 定时器/计数器的编程应用举例26 （一）采用查询方式实现定时和计数 （1）确定工作方式、计数器或定时器模式及启动控制方式，构造方式控制码并写入特殊功能寄存器TMOD：MOV TMOD, #控制码。
10、 （2）计算定时器或计数器的计数初始值，根据工作方式把初始值送人TH0、TL0或TH1、TL1。 （3）启动定时/计数器：SETB TRx，x=0,1。 定时/计数器开始工作，通过查询TFx是否为1来判断定时或计数是否达到要求。5.4 定时器/计数器的编程应用举例 5.4.1 定时器计数器初始化27 （二）采用中断方式实现定时和计数 （1）确定工作方式、计数器或定时器模式及启动控制方式，构造控制码并写入特殊功能寄存器TMOD。 （2）计算定时器或计数器的计数初始值，根据工作方式把初始值送人TH0、TL0或TH1、TL1。 （3）开放CPU中断，允许定时/计数器溢出中断CPU的工作：对IE寄存器
11、编程。 （4）启动定时/计数器：SETB TRx，x=0,1。 当计数器溢出时，定时或计数达到要求，CPU响应中断，程序转移到相应的中断处理程序入口处。 5.4 定时器/计数器的编程应用举例 5.4.1 定时器计数器初始化28 定时/计数器有多种工作方式，每一种工作方式都能提供定时和计数功能，我们在应用中如何选择合适的工作方式呢？ （1）掌握每种工作方式下定时/计数器的工作原理和特点。 （2）了解每种工作方式下定时/计数器的最大计数次数和最大定时时间。5.4 定时器/计数器的编程应用举例 5.4.2 定时器计数器应用29 13位定时/计数器（方式0）最大计数次数为8192，当晶振频率时，最大定
12、时时间为8.192 ms。 16位定时/计数器（方式1）最大计数次数为65536，当晶振频率时，最大定时时间为65.536 ms。 8位定时/计数器（方式2和方式3）最大计数次数为256，当晶振频率时，最大定时时间为0.256 ms。5.4 定时器/计数器的编程应用举例 5.4.2 定时器计数器应用30 （一）方式0的应用5.4 定时器/计数器的编程应用举例 5.4.2 定时器计数器应用8051P1.0T1KA光电传感器产品传送带VccDKV24VDC顶推气缸电磁阀线圈控制系统原理31 （一）方式0的应用 例1：已知某生产线传送带上产品单向传送到包装机， 传送带上的产品之间有间隔，使用光电开关
13、检测的产品个数，每计数到12个产品时，由气缸驱动的顶推装置把这批产品推入包装机包装，顶推装置的顶推气缸动作响应时间为50ms。系统采用单片机控制，采用定时/计数器实现产品计数。5.4 定时器/计数器的编程应用举例 5.4.2 定时器计数器应用32 解：（1）计数采用定时/计数器T1的方式0，则方式控制字为： 即：（TMOD）= 01000000B。 （2）期望计数的次数为12次，方式0实现计数， 则计数初始值为： 则（TH1）=11111111B，（TL1）=00010100B。 GATEGATETCTCM1M0M1M001000000818012213X5.4 定时器/计数器的编程应用举例
14、（一）方式0的应用 5.4.2 定时器计数器应用33 （3）查询方式程序： CLR P1.0 ；顶推气缸复位MOV TMOD, #01000000B ；设置工作方式0和计数器模式MOV TH1, #11111111B ；设置计数初始值高8位MOV TL1, #00010100B ；设置计数初始值低5位SETB TR1 ；计数器启动CNTING: JBC TF1, OK ；检测是否溢出，若溢出，清溢出标志SJMP CNTING ；等待，计数OK: MOV TH1, #11111111B ；重新装入计数常数值，以便下一 ；个计数循环同样计数12次溢出 MOV TL1, #00010100B5.4
15、定时器/计数器的编程应用举例 （一）方式0的应用 5.4.2 定时器计数器应用34SETB P1.0 ；顶推气缸动作ACALL DL50MS ；控制信号保持50ms，以便气缸动作到位CLR P1.0 ；顶推气缸复位SJMP CNTING;延时50ms子程序，晶振频率为12M HzDL50MS:MOV R7, #50DL1MS: MOV R6, #200DL: NOPNOPNOP5.4 定时器/计数器的编程应用举例 （一）方式0的应用 5.4.2 定时器计数器应用 （3）查询方式程序： DJNZ R6, DLDJNZ R7, DL1MSRET35 例2：设单片机应用系统晶振频率为6MHz，使用定
16、时 器T0以方式0产生频率为500Hz的等宽方波连续脉冲，并从P1.0输出。5.4 定时器/计数器的编程应用举例 （一）方式0的应用 5.4.2 定时器计数器应用36 解：等宽方波的高低电平持续时间相同，占空比为1:1。500Hz的等宽方波脉冲信号的周期为2ms，只需在P1.0引脚输出持续时间为1ms的高低电平交替变化的信号即可，则定时时间应为td=1ms。 5.4 定时器/计数器的编程应用举例 （一）方式0的应用 5.4.2 定时器计数器应用37 （1）计算计数初始值 因为系统的晶振频率为 ，则机器周期 。设计数初始值为X： 则（TH0）=11110000B0F0H，（TL0）=000011
17、00B=0CH （2）设置工作方式 方式0：M1M0=00； 定时器模式： ； 定时/计数器启动不受外部控制： GATE=0； 因此，（TMOD）=00H。MHz6oscfs212oscMfT7692210122313Md13TtX5.4 定时器/计数器的编程应用举例 （一）方式0的应用 5.4.2 定时器计数器应用0TC/38 （二）方式1的应用 例3：单片机应用系统的晶振频率为6M Hz，使用定时/计数器定时方法在P1.0引脚输出周期为100ms占空比1 : 4的信号序列。 5.4 定时器/计数器的编程应用举例 5.4.2 定时器计数器应用20ms100msP1.0引脚输出的信号序列39
18、解：以20ms为一个基本定时单位，高电平保持1个基本定时单位之后，P1.0变为低电平，保持4个基本定时单位，然后，P1.0再次改变为高电平，周而复始地重复上述过程，就可以实现题目要求的信号序列。 5.4 定时器/计数器的编程应用举例 （二）方式1的应用 5.4.2 定时器计数器应用40 （1）计算计数初始值 系统的晶振频率为fosc=6MHz，机器周期TM=2s。选用定时/计数器T0的方式1实现，确定定时时间为td=20ms，设计数初始值为X： 则（TH0）=0D8H，（TL0）=0F0H。 （2）设置工作方式 方式1：M1M0=01；定时器模式： ； 定时/计数器启动不受外部控制：GATE=
19、0； 因此，（TMOD）=01H。553652102022316Md16TtX5.4 定时器/计数器的编程应用举例 （二）方式1的应用 5.4.2 定时器计数器应用0TC/41 例4：利用定时/计数器T0测量引脚上出现的正脉冲宽度，已知系统的晶振频率为12MHz，将所测得值高位存入片内71H，低位存入片内70H。 5.4 定时器/计数器的编程应用举例 （二）方式1的应用 5.4.2 定时器计数器应用42 解：当特殊功能寄存器TMOD中的GATE位为1时，MCS-51单片机的定时/计数器的启动和停止受外部信号的控制，T0受控制，T1受控制。测量引脚上出现的正脉冲宽度是一个定时/计数器T0受控制的
20、定时方式，当 时，定时/计数器启动计数，当 时，停止计数。5.4 定时器/计数器的编程应用举例 （二）方式1的应用 5.4.2 定时器计数器应用1INT0 0INT0 T0开始计数INT0引脚T0停止计数脉冲宽度测量原理43 （1）设置工作方式 方式1：M1M0=01， 定时器模式： ， 定时/计数器启动受外部控制：GATE=1， 因此，（TMOD）=09H （2）设置计数初始值 因为统计脉冲宽度，因此，计数器从0开始计数，（TH0）= 00H，（TL0）= 00H。5.4 定时器/计数器的编程应用举例 （二）方式1的应用 5.4.2 定时器计数器应用0TC/44 例5：低频信号T0（P3.4
21、）引脚输入，要求当T0（P3.4发生负跳变时，从P1.0引脚上输出1个500的同步脉冲。设系统的晶振频率为6M Hz。 5.4 定时器/计数器的编程应用举例 （三）方式2的应用 5.4.2 定时器计数器应用45 解：采用定时/计数器计数方式和定时方式结合的方法。当P3.4引脚出现负跳变时，计数器溢出，此时，使P1.0引脚输出低电平，并且改变定时/计数器的工作方式为定时方式，使低电平保持500（延时），当计数器再次溢出时，使P1.0引脚输出高电平，同时把定时/计数器的工作方式改变为计数方式，原理如下图所示。选用定时/计数器T0的方式2实现上述要求。5.4 定时器/计数器的编程应用举例 （三）方式
22、2的应用 5.4.2 定时器计数器应用46 5.4 定时器/计数器的编程应用举例 （三）方式2的应用 5.4.2 定时器计数器应用P3.4脚输入信号P1.0脚输出信号500s定时外部计数脉冲外部计数脉冲同步脉冲输出原理47 （1）外部事件计数的初始化 工作方式：M1M010，GATE=0,计数方式： ，则（TMOD）= 06H。 计数初始值：由于P3.4引脚上的信号，每发生一次负跳变，要求计数器溢出，所以，（TL0）= 0FFH，同时，令（TH0）= 0FFH，以便下一个负跳变出现时，计数器也可溢出。 1TC/5.4 定时器/计数器的编程应用举例 （三）方式2的应用 5.4.2 定时器计数器应
23、用48 （2） 500 定时的初始化 工作方式：M1M010，GATE=0，定时方式： ，则（TMOD）= 02H。 计数初始值计算： 系统晶振频率为6MHz，则机器周期为2，方式2时计数器为8位，则定时500 所需的机器周期个数为： 计数器初始值为： 因此，（TL0）= 06H，同时，令（TH0）= 06H0TC/2502500N625028X5.4 定时器/计数器的编程应用举例 （三）方式2的应用 5.4.2 定时器计数器应用ss49 例8：采用定时/计数器T0的方式3分别产生2路周期为400s和800s的方波。设单片机应用系统的晶振频率为6M Hz。5.4 定时器/计数器的编程应用举例
24、（四）方式3的应用 5.4.2 定时器计数器应用50 解：方式3时，定时/计数器T0被剖分为2个8位的定时/计数器TL0和TH0。2路方波信号的周期为400s和800s，分别采用TH0和TL0实现200s和400s的定时，2路方波信号分别从P1.0和P1.1输出。采用中断方式实现。 （1）工作方式 定时/计数器T0的方式3定时模式： M1M0 = 11， ，GATE=0 因此，（TMOD）03H 0TC/5.4 定时器/计数器的编程应用举例 （四）方式3的应用 5.4.2 定时器计数器应用51 （2）计数初始值 方式3时，TH0和TL0为2个独立的8位定时/计数器，因此，200定时由TH0实现
25、，而400定时由TL0完成，计数初始值计算如下： 时， ，则（TH0）=9CH 时， ，则（TL0）=38H s200d1t1562200218Xs400d2t562400228X5.4 定时器/计数器的编程应用举例 （四）方式3的应用 5.4.2 定时器计数器应用52 （3）中断控制字及初始化 方式3时，定时/计数器TL0使用了T0所有的标志位和控制位，而定时/计数器TH0仅使用了定时/计数器T1的启停控制位TR1和溢出标志位TF1，此时，TH0仅仅能够作为一个8位的定时器使用，中断允许控制寄存器IE的内容设置如下： 因此，（IE） 8AHET0EAD0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D
26、2D3D4D5D6D7ET0ESEX0EX1111000005.4 定时器/计数器的编程应用举例 （四）方式3的应用 5.4.2 定时器计数器应用53 例9：设MCS-51单片机系统时钟频率为6MHZ，请利用定时/计数器产生1秒的定时。使指示灯以1秒为间隔闪烁。 解：MCS-51单片机的定时/计数器T0和T1作为定时/计数器使用时，所得到的定时时间比较短，当系统晶振频率为6MHz时，最长的延时时间约为131ms（方式1）。因此，直接由定时/计数器定时无法实现这么长时间的延时。5.4 定时器/计数器的编程应用举例 （五）综合应用 5.4.2 定时器计数器应用54 方法一：采用2个定时/计数器联合
27、使用的方案实现1秒 的定时。 首先采用定时/计数器T0以方式1产生100ms的定时，从P1.0引脚输出周期为200ms的连续方波信号。然后，把此信号作为定时/计数器T1的外部计数输入信号输入到引脚T1（P3.5），设置T1为计数模式，以方式2计数，T1计数5次即可实现1秒的定时。指示灯L由P1.2控制。5.4 定时器/计数器的编程应用举例 （五）综合应用 5.4.2 定时器计数器应用55P1.2P1.0T18051RL产生1秒定时及指示灯驱动显示的原理5.4 定时器/计数器的编程应用举例 （五）综合应用 5.4.2 定时器计数器应用56 （1）工作方式： 根据以上分析，设置T0定时器模式、方式
28、1，T1为计数器模式、方式2，那么，TMOD特殊功能寄存器设置如下： 则：（TMOD） 61HGATEGATETCTCM1M0M1M0011000015.4 定时器/计数器的编程应用举例 （五）综合应用 5.4.2 定时器计数器应用57 （2）计数初始值计算 单片机系统的晶振频率为6MHz，需要定时100ms，定时/计数器T0的计数初始值X1为： 转换为二进制数X1 3CB0H。 对于定时/计数器T1来说，每计数5次需要计数器溢出，采用方式2时，计数初始值为： ，转换为二进制数。 1553621010021316XFBH02X5.4 定时器/计数器的编程应用举例 （五）综合应用 5.4.2 定
29、时器计数器应用58 方法二：采用定时/计数器T0以方式1定时100ms,定时/计数器T0溢出10次后，即可实现1秒的定时。 这种方法的优点在于节省了MCS-51单片机宝贵的定时/计数器资源，用存储单元作为计数器。当实现较长时间的延时时，延时时间为定时/计数器溢出次数乘以它的定时时间。 5.4 定时器/计数器的编程应用举例 （五）综合应用 5.4.2 定时器计数器应用59 例10：频率测量。设单片机应用系统的晶振频率为12MHz。 解：频率的物理含义为每秒多少次。每按动一次开关K，测量一次方波信号的频率，使得定时/计数器工作在受引脚输入信号电平控制的计数方式，通过单片机定时产生持续时间为1秒的引
30、脚高电平输入信号。 用定时/计数器T0统计被测信号的负跳变次数，由定时/计数器T1实现定时，输出引脚所需脉宽为1秒的高电平信号。1秒定时采用例9的方法二实现。当1秒定时时间到时，立即关闭定时/计数器，以保证1秒的脉宽。5.4 定时器/计数器的编程应用举例 （五）综合应用 5.4.2 定时器计数器应用60P1.2P1.08051R1KINT0VccT0待测信号R2Vcc)(tx频率测量原理5.4 定时器/计数器的编程应用举例 （五）综合应用 5.4.2 定时器计数器应用61 （1）定时/计数器工作方式的设定 T0为受外部控制的计数模式，假定的频率范围为0200K Hz，工作方式设置为方式1。T1
31、为定时模式，为了实现50ms的定时，它的工作方式设置为方式1，启停且不受外部控制，则 得到：（TMOD） 00011101B=1DH GATEGATETCTCM1M0M1M0000111015.4 定时器/计数器的编程应用举例 （五）综合应用 5.4.2 定时器计数器应用62 （2）计数初始值的计算 （TH0）00H，（TL0） 00H，采用1个存储单元FRE_CNT统计T0的溢出次数，则信号的频率为：溢出次数65536当前计数器（TH0）（TL0）的内容。 T1需要基本定时50ms，溢出20次后实现1秒的定时。则计数初始值计算如下：5.4 定时器/计数器的编程应用举例 （五）综合应用 5.4
32、.2 定时器计数器应用15536110502T21316Md16tX3CB0H1X63 总结 MCS-51单片机内部有2个可编程的16位定时/计数器T0和T1，它们既可以作为定时器，又可以作为外部事件的计数器，还可以作为串行口的波特率发生器。T0有4种工作方式，而T1有3种工作方式。 定时/计数器T0的计数器由TL0和TH0构成；定时/计数器T1的计数器由TL1和TH1构成。T0和T1有多种工作方式，由定时/计数器方式寄存器TMOD设置。5.4 定时器/计数器的编程应用举例645.4 定时器/计数器的编程应用举例 总结 T0和T1的启动和停止由定时/计数器控制寄存器TCON控制，当计数器计数溢出时，其溢出标志位TF0和TF1被置1，并可以以此标志向CPU提出中断请求。 定时/计数器工作在计数模式时，计数输入信号通过T0（P3.4）、T1（P3.5）两个引脚输入，信号发生1到0负跳变时，计数器自动加1。计数输入信号的频率不能高于晶振频率的1/24。定时/计数器工作在定时模式时，每个机器周期产生一个计数脉冲，计数器自动加1，计数速率是晶振频率的1/12。 65 结束语结束语