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1、单片机原理及应用第八章第八章 定时器定时器1章节概述n8.1 8.1 概述概述n8.2 8.2 定时器定时器T0T0和和T1T1的结构的结构n8.3 8.3 定时器工作模式定时器工作模式n8.4 8.4 定时器定时器T2T228.1 8.1 概述概述n定时器是单片机的重要功能模块之一，在检测、控制领域有广泛应用。n定时器常用作定时时钟，以实现定时检测、定时响应、定时控制，并且可用于产生ms宽的脉冲信号，驱动步进电机n定时和计数功能最终都是通过计数实现的，若计数的事件源是周期固定的脉冲，则可以实现定时功能，否则只能实现计数功能。因此可以将定时和计数功能由一个部件实现。3n实现定时和计数的方法一般
2、有：软件定时、专用硬件电路和可编程定时器/计数器三种方法。q软件定时软件定时：执行一个循环程序进行时间延迟。定时准确，不需要外加硬件电路，但增加CPU开销。q专用硬件电路定时：专用硬件电路定时：可实现精确的定时和计数，但参数调节不便。q可编程定时器计数器：可编程定时器计数器：不占用CPU时间，能与CPU并行工作，实现精确的定时和计数，又可以通过编程设置其工作方式和其它参数，因此使用方便。4n定时器的基本工作原理是：利用计数器对固定周期的脉冲计数，通过寄存器的溢出来触发中断。q具体应用步骤：n1）根据需要的定时时间，结合单片机的晶振频率，计算出寄存器的初始值n2）根据需要开中断n3）启动定时器q
3、若已规定用软件启动，则可把TR0、TR1或TR2置“1”；若已规定由外中断引脚电平启动，则需给外引脚步加启动电平。当实现了启动要求后，定时器即按规定的工作方式和初值开始计数或定时。5nXC866单片机有三个16位的定时器定时器0、定时器1和定时器2。n定时器0、1各具有四种工作模式；定时器2有两种工作模式。n定时器0、1和定时器2的任何一种工作模式均可通过程序对相应寄存器进行设置来选择。n定时器在定时时间到时，可以由程序决定是否产生中断请求信号，进而判断是否执行中断程序。n但是，无论中断请求信号是否产生，当定时器在定时时间到时，定时器的溢出标志位TF0（TF1）由硬件置“1”。68.2 8.2
4、 定时器定时器T0T0和和T1T1的结构的结构n定时器T0和T1的结构如图8-1所示。图8-1 定时器T0和T1结构图核心寄存器核心寄存器16位加位加法计数器法计数器定时器模定时器模式寄存器式寄存器71.161.16位加法计数器位加法计数器n16位加法计数器是定时器的核心，图8-1中用寄存器TH0、TL0及TH1、TL1表示。nT0加法计数器的高8位和低8位分别用TH0、TL0表示nT1加法计数器的高8位和低8位分别用TH1、TL1 表示n高8位和第8为可分别单独使用n当定时器工作时，加法计数器对内部机器周期脉冲Tcy计数。Tcy8n2.2.模式寄存器（模式寄存器（TMODTMOD）TMOD用
5、来选择定时器0、1的工作模式，低4位用于定时器0，高4位用于定时器1，其组成如图8-2所示。图8-2 模式寄存器组成方式方式选择选择0000：模式：模式0 00101：模式模式1 11010：模式模式2 21111：模式模式3 3方式方式选择选择T1T1T0T09n3.3.控制寄存器（控制寄存器（TCONTCON）qTCON高4位用于控制定时器0、1的运行；低4位用于控制外部中断，与定时器无关。定时器定时器0 0、1 1运行控运行控制位制位TR0TR0（TR1TR1）：）：TR0(TR1)=1 TR0(TR1)=1 启动启动TR0(TR1)=0 TR0(TR1)=0 停止停止定时器定时器0 0
6、、1 1溢出标志溢出标志TF0TF0（TF1TF1）：）：溢出时该位由硬件自溢出时该位由硬件自动置动置1 1，响应中断后，响应中断后，由硬件自动清由硬件自动清0 0图8-3 控制寄存器组成10n4.4.中断使能寄存器（中断使能寄存器（IEN0IEN0）qIEN0中的ET0（ET1）位控制定时器0、1是否产生中断请求信号。为0时不产生中断请求信号，为1时允许产生中断请求信号。其结构如图8-4所示。图8-3 中断使能寄存器组成定时器定时器0 0中中断使能位断使能位定时器定时器0 0中中断使能位断使能位118.3 8.3 定时器工作模式定时器工作模式n定时器0 和定时器1 完全兼容，均可设定为四种不
7、同的工作模式，如表8-1 所示。寄存器TMOD 的位域TxM选择定时器的工作模式。n两个定时器在模式0、1 和2 时独立工作；在模式3 时具有特定功能。12表8-1 定时器0 和定时器1 工作模式 13n1.1.工作模式工作模式0 0n当T0M（T1M）=00时定时器设定为工作模式0，此时定时器工作于13位定时状态。n其中TH0是高8位加法计数器，TL0是低5位加法计数器（TL0只用了低5位，高3位未用）。TL0加法计数溢出时向TH0进位，TH0加法计数溢出时硬件置TF0=1。n加法计数器对机器周期脉冲Tcy计数，每个机器周期TL0加1。14n定时器的定时时间n计数初始值Xn最大定时能力：15
8、模式0的结构图如图8-4所示。图8-4 方式0结构图门控位GATE=0 定时器不受定时器不受控于外部信号；仅打控于外部信号；仅打开与门，是定时器仅开与门，是定时器仅有有TR位控制；位控制；GATE=1 定时器受控定时器受控于外部信号，此时要于外部信号，此时要求求TR=1；13位加法位加法计数器计数器16p例题例题：生成周期为1.2 ms的等宽正方波。机器晶振26.67MHz。使用T0以方式0工作，由P0.0输出1.2 msn机器周期：37.5ns。计数周期Tcy是机器脉冲的2分频，因此Tcy=75ns；n定时时间0.6ms。n以0.6 ms为周期在P1.0端交替输出高低电平。17n定时器初始化
9、程序 MOV TL0,#0X00 MOV TH0,#0X06 MOV TMOD,#0X00 SETB ET0 SETB TR0n定时器中断服务程序 PUSH.CPL P0_0 POP T0从从192开始计数，直到开始计数，直到超过超过8192即溢出，置即溢出，置TF0=1,产生中断信号产生中断信号18n2.2.工作模式工作模式1 1nT0M（T1M）=01时定时器设定为工作模式1，此时定时器0（定时器1）被设置为16位定时器。此时TH0、TL0都是8位加法计数器。其他与工作方式0相同。n定时器的定时时间n计数初始值19模式1的结构图如图8-5所示。图8-5 方式1结构图16位加法位加法计数器计
10、数器20n3.3.工作模式工作模式2 2n当T0M（T1M）=10时定时器设定为工作模式2，此时定时器0（定时器1）被设置为可自动重载的8 位定时器。qTL0为8位加法计数器，qTH0为存放该8位加法计数器初值的寄存器。qTH0、TL0的初值都由程序预置。n在工作模式2中，定时器的定时时间由下式确定：只有只有T0可工可工作于此模式作于此模式21模式2的结构图如图8-6所示。图8-6 方式2结构图8位加法位加法计数器计数器初值寄初值寄存器存器22n4.4.工作模式工作模式3 3n当T0M（T1M）=11时定时器设定为工作模式3，只有定时器0可以工作在工作模式3下。如把定时器1设置为工作模式3，则
11、定时器1停止工作。nTL0、TH0成为两个独立的8位加法计数器。它的工作情况与模式0、模式1类似，差别在于定时范围为：n模式3的结构图如图8-7所示。nTL0 占用定时器0 的控制位：GATE0，TR0 和TF0nTH0占用定时器1 的控制位TR1 和TF1，TH0 溢出时将置位TF1,并且在ET1 置位时产生中断。23图8-7 方式3结构图24T0和T1的应用举例n例 若fOSC=26.67MHz，T1工作于方式1，产生45ms的定时中断，TF1为其中断源标志。试编写主程序和中断服务程序，使P1.0产生周期为90ms的方波。（忽略中断响应时间和指令执行时间）n解：q让P1.0每45ms取反一
12、次即可实现。定时器的单次定时时间不可能达到45ms，如果设定16位的工作模式1，最大定时时间也才为4.9152ms。q可让定时器多次定时产生4.5ms的定时时间，如让T1工作在方式1，单次定时时间为4.5ms，那么T1中断10次就是45ms的时间。25n（1）确定定时常数q假设使用fOSC的2分频作为计数源，则Tcy2/fOSC 2/（26.67106）75nsq由公式q可知计数初值qTH1=0 x15，TL0=0 xA0。26n（2）初始化程序 包括T1初始化和中断系统初始化，主要是对IP、IE、TCON、TMOD的相应位进行正确的设置，并将时间常数送入T1。一般将初始化操作放在主程序中完成
13、，当程序规模较大时，应编写单独的初始化程序，以利于程序的模块化设计。n（3）中断服务程序 中断服务程序除了完成要求的方波产生这一工作之外，还要注意将时间常数重新送入T1中，为下一次产生中断作准备。27程序清单如下（主程序）：#include sbit P1_0=P10;int count=10;/10次T1中断为45msvoid main(void)TMOD=0 x10;/T1方式1 P1_0=0;TH1=0 x15;/初值 TL1=0 xA0;IEN0=0 x08;/允许T1中断 IP|=0 x08;IPH|=0 x08;/TF1中断为高级中断 TR1=1 EA=1;/总开中断 while(
14、1);/死循环，查询等待TF1置位，产生方波注：寄存器所在页的选择没有列出28程序清单如下（中断服务程序片段）：TF1=0;TH1=0 x15;TL1=0 xA0;/重填初值 If(count!=0)count-;else count=10;P1_0=!P1_0;298.4 8.4 定时器定时器T2T2n8.4.1 8.4.1 概述概述n定时器2 是一个16 位通用计数器，其具有两种操作模式：16 位自动重载模式和16 位捕获模式。n如果预分频功能被禁止，定时器2工作时，16 位通用加法计数器以12分频的周期脉冲计数，每个周期16位通用加法计数器加1或减1。30n定时器2由T2MOD寄存器、T
15、2CON存器、功能存器TH2、TL2、RC2H、RC2L等电路构成。qTH2、TL2构成16位通用计数器。qRC2H、RC2L作为16位寄存器，在自动重载模式中RC2H、RC2L作为16位通用计数器的16位初值寄存器q在捕捉模式中，当引脚T2EX上出现下降沿跳变时，把TH2、TL2的当前值捕捉到RC2H、RC2L中去。31n8.4.2 8.4.2 定时器定时器T2T2控制寄存器控制寄存器n1.1.模式寄存器模式寄存器T2MODT2MODn寄存器T2MOD 用来选择定时器2 的工作模式。其组成如图8-8所示。32启动边沿启动边沿选择位选择位 外部启动外部启动使能位使能位 捕获模式捕获模式/重载模
16、式重载模式的边沿选择位的边沿选择位 预分频使能位预分频使能位 计数器计数器递增递增/递递减使能位减使能位 图8-8 T2MOD各位功能33n2.2.控制寄存器控制寄存器T2CONT2CONn寄存器T2CON 控制定时器2 的工作模式,其各位功能如图8-9所示。上溢上溢/下溢标志位下溢标志位 外部事件标志位外部事件标志位展示展示T2EX引脚状态引脚状态 捕获捕获/重载模式选择位重载模式选择位0 0：重载；：重载；1 1：捕获：捕获 外部使能控制位外部使能控制位1：使能：使能T2EX引脚控制；引脚控制；0：禁止：禁止 T2EX引脚控制；引脚控制；启动启动/停止控制位停止控制位 图8-9 T2CON
17、各位功能348.4.3 8.4.3 定时器定时器T2T2工作模式工作模式n1.1.自动重载模式自动重载模式n控制寄存器T2CON 中的 置“0”时，定时器2被选择为自动重载模式。n该模式下，定时器2计数至溢出时，将寄存器RC2H、RC2L中的16 位初始值重新装入定时器的TH2、TL2寄存器中，开始新一轮计数循环。n并置位寄存器T2CON 的TF2 位表示计数溢出，从而向CPU 发送中断请求信号。n溢出标志TF2 必须由程序清零。根据控制寄存器T2MOD 中DCEN 控制位的设置，自动重载模式可进一步分为两种类型。35n1）禁止递增/递减计数模式n若DCEN=0，则递增/递减计数选择被禁止，此
18、时定时器只能递增计数。工作原理如图 8-10 所示。图8-10 T2禁止递增/递减计数模式27号引脚使能/禁止引入外部信号控制T2中断标志位通用16定时器寄存器重载值寄存器预分频使能位36n若EXEN2=0，置位TR2 定时器开始递增计数，计数至最大值FFFFH 后溢出并置位TF2，同时将寄存器RC2 中的16 位重载值重新装入定时器寄存器。n重载值由软件预先设置。新一轮计数循环开始，定时器同上一轮计数循环一样，从重载值开始递增计数。37n若EXEN2=1，置位TR2 定时器开始递增计数至最大值FFFFH。计数溢出或输入引脚T2EX 的负/正跳变（由寄存器T2MOD 的位EDGESEL 选择）
19、均会引起16 位重载，将寄存器RC2 的内容重新装入定时器寄存器。n中断标志位：q若由溢出引起重载，溢出标志TF2置位。q若由引脚T2EX 的负/正跳变引起重载，寄存器T2CON 中的EXF2 置位。q这两种情况均产生中断，定时器进入下一轮计数循环。EXF2 标志和TF2 一样必须由软件清零。38n允许硬件启动时(T2RHEN=1)qT2EX第一个上升沿/下降沿触发TR2=1启动T2;q上升沿/下降沿的选择由T2REGS选择；q如果使能外部控制（EXEN2=1），引脚T2EX的边沿跳变完成两个任务：（由T2REGS选择上升沿/下降沿）n启动T2nEXF2置位39n2）使能递增/递减计数模式n若
20、DCEN=1，则递增/递减计数选择被使能，此时定时器可以递增或递减计数。工作原理如图 8-11 所示。图8-11 T2使能递增/递减计数模式40n引脚T2EX 的逻辑电平为1 时q定时器2 递增计数，因此定时器递增计数，计数至最大值FFFFH 后溢出并置位TF2，RC2 寄存器的16 位重载值重新装入定时器寄存器。n引脚T2EX 的逻辑电平为0 时q定时器2 递减计数。定时器递减计数并当THL2 的值和寄存器RC2 中的值相等时发生下溢。下溢后置位TF2，并将值FFFFH 重新载入定时器寄存器THL2 中41n若允许硬件启动T2（当T2RHEN=1)时，根据T2EX输入的是上升沿/下降沿可将T
21、2设置为递增、递减计数nT2由上升沿启动，T2只能工作于递增模式nT2由下降沿启动，T2只能工作于递减模式42n2.2.捕获模式捕获模式n控制寄存器T2CON 中的 及EXEN2置位时，定时器进入16位捕获模式。n此模式下，递减计数功能必须禁止。16位计数器始终递增计数始终递增计数，计数至最大值FFFFH后溢出，TF2置位并将0000H 0000H 重新载入定时器寄存器TH2、TL2中。n溢出后TF2置位，则定时器向CPU发送中断请求。n捕获模式的结构图如图8-12所示。43图8-12 T2捕获模式结构图44n在引脚T2EX 的下降沿/上升沿（由T2MOD.EDGESEL 选择），将定时器寄存
22、器（THL2）的值捕获到寄存器RC2 中。如果在计数器加1 时检测到捕获信号，计数器先加1 然后执行捕获操作，从而确保总能捕获到定时计数器的最新值。执行完捕获操作，EXF2 置位、可用来产生中断请求45n若允许硬件启动T2（当T2RHEN=1)时，引脚T2EX输入的第一个下降沿/上升沿（由T2MOD.EDGESEL 选择）启动T2n在启动T2的同时，置位EXF2。n在下一个下降沿/上升沿到来时，将进行捕获操作。46例程分析n求矩形波A、B两点之间的时间，设晶振频率为26.67MHZn分析：qA和B两点处各有一个跳变q在A、B跳变的这一刻进行定时器的启动和当前计数值的捕获，即可获得计数脉冲的个数
23、q结合每个输入脉冲的周期即可计算A、B之间的时间q因此，该脉冲应加在定时器T2的外部输入引脚上ABx47n主程序：nMOV T2L,#0X00nMOV T2H,#0X00nMOV T2MOD,#0 xC0；T2外部启动使能，并上升沿启动nMOV T2CON,#0 x09；使能外部电平变化影响T2，并设置n T2为捕获模式。nMOV IEN0,#0 xA0nMOV IP,#0 x02nMOV IPH,#0 x02nSETB EA;分频模式设为分频模式设为00，即计，即计数脉冲频率为：数脉冲频率为：fclk/12，即计数周期为：，即计数周期为：450ns48n中断服务程序nINT_T2:qPUSH
24、 R0qPUSH R1qMOV PSW,#0 x00qJB TF2,d0_TF2 ；如果是T2溢出，跳转到do_TF2qJB EXF2,do_EXF2 ；如果是T2的外部输入引起EXF2置位qJB NDOV,do_NDOV；如果是分数分频器引起的中断qJB SYNEN,do_SYNEN ；如果是LIN通信引起的中断qndo_TF2:qMOV R0,RC2LqMOV R1,RC2HqLCALL COMP;调用子程序，将R1、R0构成的16位16进制数*450ns（转为16进制），通过16进制数相乘指令即可得出时间，再转为10进制。49C lic k t o e d it c o m p a n y s lo g a n .50