修改NEWMCS51定时器与计数器概述.pptx
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1、 第六章第六章 MCS-51单片机定时单片机定时/计数器计数器问题的提出 什么是什么是“定时定时”?回答:定时就是通过硬件或软件的定时就是通过硬件或软件的方法产生一个时间基准,以方法产生一个时间基准,以此来实现系统的定时或延时此来实现系统的定时或延时控制。控制。定时和计数在各种场合应用普遍,常用方法有:定时和计数在各种场合应用普遍,常用方法有:定时和计数在各种场合应用普遍,常用方法有:定时和计数在各种场合应用普遍,常用方法有:p硬件定时硬件定时硬件定时硬件定时 定时时间调整较大时,需要重新设计电路。定时时间调整较大时,需要重新设计电路。p软件定时软件定时软件定时软件定时 CPUCPU效率不高,
2、不适合应用于较大延时场合。效率不高,不适合应用于较大延时场合。p可编程的定时器可编程的定时器可编程的定时器可编程的定时器/计数器法计数器法计数器法计数器法 综合硬件定时和软件定时的优点,控制简单。综合硬件定时和软件定时的优点,控制简单。n6.1定时定时/计数器的结构和工作原理计数器的结构和工作原理n6.2定时定时/计数器的功能计数器的功能n6.3定时定时/计数器的控制计数器的控制n6.4定时定时/计数器工作方式及其设置计数器工作方式及其设置n6.5定时定时/计数器应用举例计数器应用举例8051内部集成了内部集成了2 2个个个个1616位位位位可编程定时可编程定时/计数器,称计数器,称为定时为定
3、时/计数器计数器0(T0)和定时)和定时/计数器计数器1(T1)。)。图6-1 MCS-51定时器/计数器逻辑结构图T0T0:是:是1616位加法位加法位加法位加法计数器,计数器,分别由两个八位专用寄存分别由两个八位专用寄存器器TH0TH0和和TL0TL0组成。组成。T1T1:是:是1616位加法位加法位加法位加法计数器,计数器,分别由两个八位专用寄存器分别由两个八位专用寄存器TH1TH1和和TL1TL1组成。组成。用来设置定用来设置定时器的时器的工作工作工作工作方式方式方式方式。用来控制定时器的用来控制定时器的启启启启动、停止及溢出查询动、停止及溢出查询动、停止及溢出查询动、停止及溢出查询。
4、6.1 定时定时/计数器的结构和工作原理计数器的结构和工作原理定时定时/计数器的计数器的核心部件核心部件是一个加是一个加1 1计数器,计数器,外部脉冲源外部脉冲源 系统的时钟振荡器系统的时钟振荡器其脉冲有两个来源:其脉冲有两个来源:振荡器振荡器12 加加1 1计数器计数器TFx中断中断引脚引脚TX端端C/T=0C/T=0C/T=1C/T=1 控制信号控制信号定时定时/计数器的原理计数器的原理6.2 定时定时/计数器的功能计数器的功能 一、一、定时功能定时功能用作定时器用作定时器n是是通通过过内内部部计计数数器器的的计计数数来来实实现现的的,计计数数脉脉冲冲来来自自单单片片机机内内部部的的时时钟
5、钟振振荡荡器器,其其频频率率是是振振荡荡频频率率的的1/12,即即每每个个机机器器周周期期产产生生一一个个计计数数脉脉冲冲,计计数器加数器加1,直至计满溢出。,直至计满溢出。振荡器振荡器12 加加1 1计数器计数器TFx中断中断引脚引脚TX端端C/T=0C/T=0C/T=1C/T=1 控制信号控制信号对对8051时钟信号的时钟信号的12分频信号进行计数分频信号进行计数。6.2 定时定时/计数器的功能计数器的功能 二、二、计数功能计数功能用作计数器用作计数器n计数脉冲来自外部输入引脚计数脉冲来自外部输入引脚T0(P3.4)或或T1(P3.5),当当输入信号发生一个由输入信号发生一个由1到到0的跳
6、变时,计数器加的跳变时,计数器加1。由于识别一个从由于识别一个从1到到0的跳变要用两个机器周期,的跳变要用两个机器周期,所以最快的计数频率是振荡器频率的所以最快的计数频率是振荡器频率的1/24。振荡器振荡器12 加加1 1计数器计数器TFx中断中断引脚引脚TX端端C/T=0C/T=0C/T=1C/T=1 控制信号控制信号6.2 定时定时/计数器的功能计数器的功能 二、二、计数功能计数功能用作计数器用作计数器n计数脉冲来自外部输入引脚计数脉冲来自外部输入引脚T0(P3.4)或或T1(P3.5),当当输入信号发生一个由输入信号发生一个由1到到0的跳变时,计数器加的跳变时,计数器加1。由于识别一个从
7、由于识别一个从1到到0的跳变要用两个机器周期,的跳变要用两个机器周期,所以最快的计数频率是振荡器频率的所以最快的计数频率是振荡器频率的1/24。因此外部脉冲的最高频率不能超过振荡频率的因此外部脉冲的最高频率不能超过振荡频率的1/24,如如fosc=12MHz,则外部事件脉冲频率不,则外部事件脉冲频率不能能于于500kHz,否则否则CPU无法识别一次跳变。无法识别一次跳变。高高 举例说明举例说明(1)定时功能:定时功能:定时功能:定时功能:(每隔每隔每隔每隔1 1个个个个机器周期机器周期机器周期机器周期加加加加1)1)例如某机械零件的热处理工艺曲线为:例如某机械零件的热处理工艺曲线为:温度温度开
8、始定时开始定时保温保温5分钟分钟淬火淬火清洗清洗开始定时开始定时回火回火3小时小时空冷空冷实际控制可以由单实际控制可以由单片机定时发出信号片机定时发出信号控制自动完成整个控制自动完成整个工艺过程。工艺过程。举例说明举例说明(2 2)计数功能计数功能计数功能计数功能:(每来每来每来每来1 1个脉冲个脉冲个脉冲个脉冲加加加加1)1)例如一啤酒生产线,如下图所示:例如一啤酒生产线,如下图所示:计数计数2424瓶瓶光电信号检测光电信号检测2424瓶装完申请中断瓶装完申请中断转入中断服务程序装箱转入中断服务程序装箱输送带输送带发射装置发射装置发射装置发射装置6.3 定时定时/计数器的控制计数器的控制涉及
9、涉及3个寄存器:个寄存器:1.定时器控制寄存器:定时器控制寄存器:TCON2.定时器方式寄存器:定时器方式寄存器:TMOD3.定时器初值寄存器:定时器初值寄存器:TH0 TL0 TH1 TL11.定时器控制寄存器定时器控制寄存器TCOND7D6D5D4D3D2D1D0TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0l TF0和和TF1计数溢出标志位。计数溢出标志位。l TR0和和TR1定时器运行控制位定时器运行控制位。TR0(TR1)=0 停止定时停止定时/计数器工作计数器工作 TR0(TR1)=1 启动定时启动定时/计数器工作计数器工作2.定时器方式寄存器定时器方式寄存器TMOD 位位 7
10、6 5 4 3 2 1 0 GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 定时器定时器1 定时器定时器0C/TC/T:1计数计数;0定时定时M1M0:M1M0:0000方式方式方式方式0 0;0101方式方式方式方式1 1;1010方式方式方式方式22;1111方式方式方式方式3 3GATEGATE:门控位,为门控位,为1时要求时要求INTi引脚高电平才计数引脚高电平才计数GATE:门门控控位位,用用来来控控制制定定时时器器/计计数数器器的的启启动动是是否受外部中断请求信号的影响。否受外部中断请求信号的影响。GATE=0,不受影响,不受影响,仅由控制位仅由控制位TRx控制;控制;
11、GATE=1,受,受TRx和外部中断请求信号共同控制。和外部中断请求信号共同控制。lC/T:选择定时器功能还是计数器功能。选择定时器功能还是计数器功能。C/T=1 选择选择计数器计数器功能功能 C/T=0 选择选择定时器定时器功能功能 (计出现在计出现在T0或或T1引脚上的负跳变引脚上的负跳变)(计机器周期计机器周期)M1 M0方式方式说明说明000TLx低低5位与位与THx8位构成位构成13位计数器位计数器011TLx与与THx构成构成16位计数器位计数器102可自动重装初值的可自动重装初值的8位计数器位计数器113定时器定时器0分成两个分成两个8位独立计数器位独立计数器定时器定时器1停止计
12、数停止计数lM1M0:指定定时指定定时/计数器的工作方式计数器的工作方式,可形成可形成四种编码,对应四种工作方式:四种编码,对应四种工作方式:例例6-1:某一系统使某一系统使T1作为定时器,采用方式作为定时器,采用方式2,使使T0作为计数器采用方式作为计数器采用方式1,T0、T1的门控位均的门控位均为为0,请设置,请设置TMOD的值。的值。00100101即:即:TMOD=25HTMODGATEC/TM1M0GATEC/TM0M1D7D6D5D4D3D1D2D0T1方式控制T0方式控制 用用于于存存放放计计数数初初值值,具具有有自自动动加加1功功能能,加加满满后后溢溢出,它们的字节地址是出,它
13、们的字节地址是:TH1(8TH1(8位位位位)TL1(8TL1(8位位位位)TH0(8TH0(8位位位位)TL0(8TL0(8位位位位)8DH8BH8CH8AH8DH8BH8CH8AH根根据据定定时时器器/计计数数器器工工作作方方式式,计计数数长长度度可可分分别别选选择择:8位,位,13位,位,16位。位。3.定时器初值寄存器定时器初值寄存器 TH0 TL0 TH1 TL1 6.4 定时定时/计数器的工作方式及其设置计数器的工作方式及其设置T0有方式有方式0、1、2、3四种;四种;T1有方式有方式0、1、2三种。三种。51的定时器的定时器/计数器共有四种工作方式,计数器共有四种工作方式,其中:
14、其中:6.4.1 工作方式及其特点工作方式及其特点 方式方式方式方式0 01313位计数器位计数器位计数器位计数器(无自动重装入)无自动重装入)无自动重装入)无自动重装入)定时范围:定时范围:(1 181928192)*TpTp计数范围:计数范围:18192方式方式方式方式1 11616位计数器位计数器位计数器位计数器(无自动重装入)无自动重装入)无自动重装入)无自动重装入)定时范围:定时范围:(1 16553665536)*TpTp计数范围计数范围:165536方式方式方式方式2 2、3 388位计数器(方式位计数器(方式位计数器(方式位计数器(方式2 2具有自动重装初值功能)具有自动重装初
15、值功能)具有自动重装初值功能)具有自动重装初值功能)定时范围:定时范围:(11 256256)*TpTp计数范围:计数范围:1256(注:(注:Tp为一个机器周期的时间)为一个机器周期的时间)1、方式、方式0(以(以T0为例)为例)13位定时器位定时器/计数器计数器TMOD00M0M1C/TGATEINT0(P3.2)T0(P3.4)C/T=1C/T=0振荡器 12控制TL0(低5位)TH0TCONTF0TR 0中断图 6-4 方式 0(13位计数器)(高8位)S1S2TL0的高的高3位位没有用没有用。C/T=1,S1接下面,接下面,T0作计数器,对作计数器,对P3.4引脚输引脚输入的外部脉冲
16、计数,当脉冲发生负跳变时,计数器入的外部脉冲计数,当脉冲发生负跳变时,计数器加加1,计数值公式为:,计数值公式为:N=213X=8192X其中:其中:N为计数值,为计数值,X是是THx、TLx的初值。的初值。X=8191(1FFFH)8191(1FFFH)时,时,N最小值最小值=1 1;X=0 0时,时,N最大值最大值=81928192。则则N的范围:的范围:1 181928192。讨论计数方式:讨论计数方式:C/T=0时,时,S1接上面,接上面,T0作定时器,对机器周期作定时器,对机器周期Tp计数。计数。v求定时时间由下式确定:求定时时间由下式确定:Tc=NTp=(213X)Tp=(8192
17、X)Tp其中:其中:Tc为定时时间;为定时时间;N为需要计数的次数;为需要计数的次数;X为计数初值为计数初值v求计数初值计算公式:求计数初值计算公式:X=213Tc/Tp=8192Tc/Tp讨论定时方式讨论定时方式2、方式、方式1(以(以T0为例)为例)16位定时器位定时器/计数器计数器TMOD10M0M1C/TGATEINT0(P3.2)T0(P3.4)C/T=1C/T=0振荡器12控制TL0(8位)TH0(8位)TCONTF0TR0中断图6-5 方式1(16位计数器)C/T=1,S1接下面,接下面,T0作计数器,对作计数器,对P3.4引脚输入引脚输入的外部脉冲计数,当脉冲发生负跳变时,计数
18、器加的外部脉冲计数,当脉冲发生负跳变时,计数器加1,计数值公式为:,计数值公式为:N=216X=65536X其中:其中:N为计数值,为计数值,X是是THx、TLx的初值。的初值。X=65535(FFFFH)65535(FFFFH)时,时,N最小值最小值=1 1;X=0 0时,时,N最大值最大值=6553665536;则则N的范围:的范围:1 16553665536。讨论计数方式讨论计数方式C/T=0时,时,S1接上面,接上面,T0作定时器,对机器周期作定时器,对机器周期Tp计数。计数。v求定时时间由下式确定:求定时时间由下式确定:Tc=NTp=(216X)Tp=(65536X)Tp其中:其中:
19、Tc为定时时间;为定时时间;N为需要计数的次数;为需要计数的次数;X为计数初值为计数初值求计数初值计算公式:求计数初值计算公式:X=216Tc/Tp=65536Tc/Tp讨论定时方式讨论定时方式3、方式、方式2(以(以T0为例)为例)8位定时器位定时器/计数器计数器TL0作为作为8位加法计数器,位加法计数器,TH0作为初值寄存器作为初值寄存器用。用。TL0加法计数器溢出时置加法计数器溢出时置TF0=1,而且发出,而且发出重装载信号,使三态门打开,将重装载信号,使三态门打开,将TH0中的初值自中的初值自动送入动送入TL0。C/T=1,S1接下面,接下面,T0作计数器,对作计数器,对P3.4引脚输
20、入引脚输入的外部脉冲计数,当脉冲发生负跳变时,计数器加的外部脉冲计数,当脉冲发生负跳变时,计数器加1,计数值公式为:,计数值公式为:N=28X=256X其中:其中:N为计数值,为计数值,X是是THx、TLx的初值。的初值。X=255(FFH)255(FFH)时,时,N最小值最小值=1 1;X=0 0时,时,N最大值最大值=256256;则则N的范围:的范围:1 1256256。讨论计数方式:讨论计数方式:C/T=0时,时,S1接上面,接上面,T0作定时器,对机器周期作定时器,对机器周期Tp计数。计数。v求定时时间由下式确定:求定时时间由下式确定:Tc=NTp=(28X)Tp=(256X)Tp其
21、中:其中:Tc为定时时间;为定时时间;N为需要计数的次数;为需要计数的次数;X为计数初值为计数初值v求计数初值计算公式:求计数初值计算公式:X=28Tc/Tp=256Tc/Tp讨论定时方式讨论定时方式工作方式工作方式0:X=213Tc/Tp=213500us/2us=8192250=7942=1F06H=1111100000110B则则TL0=00000110B=06H,TH0=11111000B=0F8H例例6-2:已知晶振已知晶振6MHz,要求定时,要求定时0.5ms,试分别求,试分别求出出T0工作于方式工作于方式0、方式、方式1、方式、方式2时的定时初值。时的定时初值。解:解:机器周期机
22、器周期Tp=12/fosc=12/6MHz=2us;定时定时Tc=0.5ms=500us.工作方式工作方式1:X=216Tc/Tp=216500us/2us=65536250=65286=FF06H则则TL0=06H,TH0=0FFH工作方式工作方式2:X=28Tc/Tp=28500us/2us=256250=6=6H则则TL0=06HTH0=06H(重装初值寄存器,其值不变)(重装初值寄存器,其值不变)练习:n已知晶振已知晶振6MHz,要求定时,要求定时250us,试分别,试分别求出求出T1工作于方式工作于方式0、方式、方式1时的定时初值。时的定时初值。答:答:X0=213Tc/Tp=213
23、250us/2us=8067=1F83HTH1=FCH,TL1=03HX1=216Tc/Tp=216250us/2us=65411=FF83HTH1=FFH,TL1=83HTL0八位定时八位定时/计数器计数器TH0八位定时器八位定时器T1建议使用自动重装方式建议使用自动重装方式TF0TF1将将T0分解为两个计数器分解为两个计数器TL0和和TH0,其中其中TH0借借用了用了T1的的TR1和和TF1T1已无已无TR1,TF1功能功能,建议建议T1做波特率发生器做波特率发生器T1无方式无方式34、方式、方式3(只适用于(只适用于T0)组合扩展模式组合扩展模式注意!注意!方式方式3时时T0(TH0,T
24、L0)及)及T1的各自特点的各自特点:n方式方式3就是将单片机原有的就是将单片机原有的T0,T1两个计数器变成三两个计数器变成三个独立的计数器个独立的计数器,其中其中T1要事先设定为方式要事先设定为方式2(串行口串行口的波特率发生器的波特率发生器)并启动起来。并启动起来。nTH0计数脉冲来自内部计数脉冲来自内部fosc,所以它只能处于所以它只能处于”定时定时”方式。方式。nTH0分别借用了定时器分别借用了定时器T1的的TR1和和TF1来为自己工来为自己工作作,使使TH0能象能象TL0那样用那样用TR1启动定时启动定时,并用并用TF1来来作为作为TH0的溢出中断的标志。的溢出中断的标志。nT1处
25、于方式处于方式3是相当于是相当于TR1=0,此时,此时T1停止计数。停止计数。定时模式下:定时模式下:则定时模式时计数初值则定时模式时计数初值X公式:公式:X=(2nTc/Tp)n:位数,位数,Tc:定时时间,定时时间,Tp:机器周期。机器周期。计数模式下:计数模式下:小结:定时小结:定时/计数功能的计算公式计数功能的计算公式则计数模式时计数初值则计数模式时计数初值X公式:公式:X=2nNN:计数次数计数次数小结:定时小结:定时/计数器的四种工作方式计数器的四种工作方式方式方式0:13位计数器模式。位计数器模式。(以以T1为例为例)当计数器计满为全当计数器计满为全”1”时时,再来一个计数再来一
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