单片机原理及应用-蔡启仲-第5章-定时器计数器演示幻灯片.ppt
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101110111000,。,(3),5,个时钟脉冲周期之后,即时间恰好为,5,秒,此时计数状态由,111 000,,溢出。,计数功能(需,3,次计数):,(1),设置,Q0,、,Q1,、,Q2,的初始状态为“,101”,(定时初值),(2),外部待计数的触发脉冲(频率未知)作用下,,Q0,、,Q1,、,Q2,状态变换历经,101110111000,。,(3),3,个计数触发脉冲之后,即计数次数恰好为,3,,此时计数状态由,111 000,,溢出。,5.1.2,定时器,/,计数器的组成,51,单片机内部一般有,2,3,个可编程定时器,/,计数器,,其结构基本相同。常规系列,80C51,单片机内部设有,2,个,16,位,可编程定时器,/,计数器,分别是,T0,和,T1,。,图,53,定时器,/,计数器结构框图,特点:,(1),独立性,:定时器,/,计数器和内部,CPU,相互独立,互不,影响,即,计数过程,与单片机,执行程序并行进行,。,(2),51,单片机内部有,T0,、,T1,两个定时器,/,计数器。,(3),两个定时器,/,计数器,结构相同,。,(4),每个定时器,/,计数器均具备独立的,+1,计数器,THx,和,TLx,(x,取,0,或,1),。,(5),两个定时器,/,计数器共同受,TMOD,(,工作方式寄存器,),和,TCON,(,控制寄存器,),相应位,的,控制,其工作。,(1),GATE,门控位,(2),工作模式选择位,(3),M1,和,M0,工作方式选择位,5.1.3,工作方式寄存器,TMOD,特殊功能寄存器,TMOD,用于,设置,定时器,/,计数器,T0,和,T1,工作方式,。字节地址为,89H,,不能位寻址。,图,54 TMOD,的位定义,GATE,门控位,GATE=0,:,定时器,/,计数器的运行启动控制与外部引脚无关,,,仅由,TRx,(x,取,0,或,1),位通过,置,1,实现。,GATE=1,:定时器,/,计数器的运行启动控制与外部引脚有关,即由,TRx(x,取,0,或,1),位和外部引脚,(x,取,0,或,1),的电平情况共同作用。,当 ,,TRx=1,,启动,Tx/Cx,工作。,TMOD,工作方式寄存器,工作模式选择位,=0,,定时器,/,计数器的,工作模式,为,定时器,,固定的定时时钟脉冲来自于,12,分频,的单片机,时钟脉冲,。,=1,,定时器,/,计数器的,工作模式,为,计数器,,,计数脉冲,来自于,P3.4,(T0)/,P3.5,(T1),引脚输入,的计数脉冲。,11,M1,和,M0,工作方式选择位,M1,M0,工作方式,备 注,0,0,方式,0,13,位计数长度,软件程序装载初值,,T0,和,T1,均适用,0,1,方式,1,16,位计数长度,软件程序装载初值,,T0,和,T1,均适用,1,0,方式,2,8,位计数长度,自动重新装载初值,,T0,和,T1,均适用,1,1,方式,3,特殊情况,仅适用于,T0,,分成两个,8,位计数器,,T1,停止计数,(1),TFx ,溢出标志位,(2),TRx,运行控制位,(3),IEx ,外部中断请求标志位,(,与定时器,/,计数器无关,),(4),ITx ,外部中断触发模式选择位,(,与定时器,/,计数器无关,),5.1.4,控制寄存器,TCON,控制寄存器,TCON,用来完成启动控制、溢出判断、中断标志等功能配置。字节地址为,88H,,位寻址,8FH88H,。,图,55 TCON,的位定义,TFx,溢出标志位,TFx=0,,计数值无溢出。,TFx=1,,计数值有溢出。当,+1,计数器的计数值达到最大值时,在下一个输入脉冲作用下产生溢出,由硬件完成,TFx,的置,1,操作,并同时申请中断。,控制寄存器,TCON,14,TRx,运行控制位,TRx=0,,停止定时器,/,计数器,Tx,工作,(,绝对控制,计数器此时停止工作,),。,TRx=1,,启动定时器,/,计数器,Tx,工作,(,相对控制,是否计数开始还需要考虑,GATE,位的配置,),。,15,5.2,定时器,/,计数器的工作方式,通过对定时器,/,计数器的工作方式寄存器,TMOD,的配置,编程,M1,位,和,M0,位,,可以实现定时器,/,计数器的工作方式选择。,51,单片机的定时器,/,计数器具备,4,种工作方式,,分别是,方式,0,,方式,1,,方式,2,,方式,3,。,现以,T0,为例来说明定时器,/,计数器的各个工作方式。,5.2.1,方式,1,方式,1,为,16,位,定时器,/,计数器工作方式,其,16,位计数器由,TH0,和,TL0,共同组成,,其中,TH0,为高,8,位,,TL0,为低,8,位。,图,56,方式,1,基本电路结构框图,工作模式选择,定时,/,计数,(,计数脉冲来源,),启动,/,停止控制电路,(,启动:与门输出为,1),(,停止:与门输出为,0),启动,/,停止模拟开关,(,闭合:控制端为,1),(,打开:控制端为,0),16,位计数器模块,(TH0,:高,8,位,),(TL0,:低,8,位,),中断标志,(,溢出:,TF0=1),(,正常:,TF0=0),启动,/,停止控制电路,计数器模块,模拟,开关,溢出,中断,工作模式选择,定时,/,计数,(,计数脉冲来源,),=0,时,开关,S1,拨至上侧,定时模式。,16,位,+1,计数器的计数脉冲信号来自于,51,单片机时钟振荡器的时钟脉冲的,12,分频。,=1,时,开关,S1,拨至下侧,计数模式。外部计数触发脉冲来自于单片机的引脚,T0,(,P3.4,)。,计数触发脉冲,启动,/,停止控制电路,计数器模块,溢出,中断,模拟开关,(,闭合:控制端为,1),(,打开:控制端为,0),模拟开关,当控制端电平信号为,1,(高电平)时,模拟开关闭合,通道导通,触发脉冲加载到计数器模块。,当控制端电平信号为,0,(低电平)时,模拟开关打开,通道断开,触发脉冲无法加载到计数器模块。,计数触发脉冲,计数器模块,模拟开关,溢出,中断,启动,/,停止控制电路,(,启动:与门输出为,1),(,停止:与门输出为,0),TR0=0,,与门输出锁定为,0(,低电平,),,模拟开关打开,停止计数,,T0,停止工作。,TR0=1,,与门输出需考虑另一端电平(即或门输出)。,GATE=0,,,非门控状态,。,或门输出锁定为,1(,高电平,),,此时,T0,启,/,停只受,TR0,控制。,GATE=1,,门控状态。,或门输出受外部引脚,P3.2,(,INT0,)控制,仅有,P3.2,引脚为高电平时,或门输出为,1,,结合,TR0,,共同控制,T0,的启,/,停。,计数触发脉冲,启动,/,停止控制电路,模拟开关,溢出,中断,16,位计数器模块,(TH0,:高,8,位,),(TL0,:低,8,位,),计数器模块,:,16,位计数器,,例如指定计数初值为,5000H,,则计数器变化,5000H5001H5002HFFFEHFFFFH0000H,在计数触发脉冲作用下,从指定的计数初值开始,+1,操作,每一个脉冲,进行一次,+1,操作。,当计数值由,FFFFH0000H,变化时,产生溢出,置位溢出标志位。,其中,高,8,位存放在,TH0,中,低,8,位存放在,TL0,中,组合生成,16,位计数值。,计数触发脉冲,启动,/,停止控制电路,计数器模块,中断标志,(,溢出:,TF0=1),(,正常:,TF0=0),计数器模块,计数触发脉冲,计数器模块,启动,/,停止控制电路,计数触发脉冲,计数器模块,模拟开关,中断标志模块,:,当,16,位计数器计数值由,FFFFH0000H,跳变时,硬件置位,TF0,,标明定时器,/,计数器,T0,已经发生溢出,供处理器中断查询。,5.2.2,方式,2,方式,2,为,自动装载初值,的,8,位,定时器,/,计数器工作方式,,其,8,位计数器,由,TL0,组成。而,TH0,作为,自动重载,初值备用寄存器,当溢出发生后,由,硬件完成计数初值,的,重新赋值,。,图,57,方式,2,基本电路结构框图,与方式,1,的区别,5.2.3,方式,3,方式,3,:只能用于设置,定时器,/,计数器,T0,。,工作方式,3,的引入,目的在于通过该方式的设置,实现增加一个,8,位定时器的目的。,T0,工作于方式,3,时,,T0,被设置为两个,8,位,定时器,/,计数器,一个占用,T0,的资源,另一个在,硬件上占用了,T1,的,TR1,和,TF1,,导致,T0,工作于方式,3,时,,T1,不能够使用,TR1,和,TF1,,使得,T1,的功能弱化。,方式,3,结构框图,图,58 T0,方式,3,基本电路结构框图,定时器,/,计数器功能,只有定时器功能,与,T0,工作于方式,3,时,T1,的工作状态,图,59 T1,工作于方式,1,基本电路结构框图,图,510 T1,工作于方式,2,基本电路结构框图,或,5.2.4,方式,0,方式,0,为,13,位,定时器,/,计数器工作方式,其,13,位计数器由,TH0,和,TL0,的低,5,位共同组成。,方式,0,基本电路结构框图,5.3,定时器,/,计数器的应用,定时器,/,计数器是所有的微处理器不可或缺的组成部件,应用广泛。,其,应用,方面:定时和计数。,其,编程方法,:查询法和中断法。,其编程过程:,(1),计算初值。,(2),定时器,/,计数器的初始化编程。,(3),定时器,/,计数器所要完成功能的程序设计。,计算初值,X,计算初始计数开始的值,,即从哪个值开始进行,+1,操作,直至计数溢出或被停止。,初值,:,计数的最大值,确定的定时时间,t,所需要的计数个数,或计数的最大值,确定的计数值,M,所需要的计数个数,计数功能,定时功能,方式,1,方式,1,:,方式,1,:,方式,2,、,3,:,方式,2,、,3,方式,2,、,3,方式,2,、,3,:,5.3.1,方式,1,的应用举例,例,5-1,某,51,单片机应用系统,系统晶振的时钟频率采用,12MHz,,在,P1.0,引脚输出一个周期为,10ms,的方波信号,如图,511,所示。,图,511,(1),计算定时初值,X,时钟频率,f,OSC,=12MHz,,,12,分频后为,1MHz,,周期为,1s,,定时时间,5ms,。,(2),初始化定时器,T1,:,查询方法编程。,初始化,TL1,、,TH1,、,TMOD,、,TCON,ORG 0000H,LJMP MAIN,ORG 0030H,MAIN:MOV SP,#60H ;,开辟堆栈空间,栈底的地址设置为,60H,MOV TMOD,#10H,;,设置,T1,为工作方式,1,,非门控的定时器模式,MOV TCON,#00H ;,设置,T1,相关标志位,,TR1=0,,,TF1=0,MOV TL0,#78H ;,设置定时初值低,8,位,MOV TH0,#0ECH ;,设置定时初值高,8,位,SETB TR1 ;,启动,T1,开始定时,LOOP:JBC TF1,TIME1 ;,判断,T1,是否溢出,若,TF1=0,,顺序执行,;,如果,TF1=1,,清,TF1,,转移到,TIME1,执行,SJMP LOOP ;TF1=0,,返回,LOOP,再继续查询,TIME1:LCALL CPLP10 ;TF1,溢出位有效,调用定时处理子程序,CPLP10,SJMP LOOP ;,实现产生方波脉冲的循环输出,ORG 0090H ;,定时处理子程序入口地址,CPLP10:MOV TL1,#78H ;,重新设置定时初值低,8,位,MOV TH1,#0ECH ;,重新设置定时初值高,8,位,CPL P1.0 ;,取反,P1.0,,输出,10ms,方波,RET ;,子程序返回,END ;,汇编源文件编译结束,(,3,)完成功能程序设计:,查询,TF1,是否为,1,,判断是否溢出,定时时间到,完成,P1.0,引脚的取反操作。,初,始,化,查询溢出标志位,调用,子程序,方式,1,的应用举例,例,5-2,某,51,单片机应用系统,系统晶振的时钟频率采用,12MHz,,通过定时器,T0,产生,1s,的定时,驱动,P1.0,引脚电平取反操作程序。,时钟频率为,12MHz,时,各工作方式最长定时时间如下:,方式,0,最长定时时间:,8.192ms,方式,1,最长定时时间:,65.536ms,方式,2,最长定时时间:,0.256ms,方式,3,最长定时时间:,0.256ms,根据题目要求,需要定时,1,秒,即便选择方式,1,,也无法直接实现,1,秒定时需要。此时可采用“,硬件,(,定时器,),定时,+,软件计数,”的方法达到目标要求。,设定定时时间为,50ms,,通过程序设置循环变量计数,20,次,,可得到,20,50ms=1000ms=1s,的定时时间。,(1)50ms,定时初值,X,(2),初始化定时器,T0,初始化程序主要完成对,TL0,、,TH0,、,TMOD,、,TCON,的设置,以及循环变量计数值的初始化设置。设循环变量,R0,存放计数值,则初始化其值为,(R0)=20,。,设定定时时间为,50ms,。,(3),完成功能程序设计,ORG 0000H,LJMP MAIN,ORG 0030H,MAIN:MOV SP,#60H,MOV TMOD,#01H,MOV TCON,#00H,MOV TL0,#0B0H,MOV TH0,#3CH,MOV R0,#20,SETB TR0,LOOP:JBC TF0,TIME0,SJMP LOOP,TIME0:LCALL MS50,SJMP LOOP,ORG 0090H,MS50:,DJNZ,R0,NEXT,CPL P1.0,MOV R0,#14H,NEXT,:MOV TL0,#0B0H,位,MOV TH0,#3CH,RET,END,5.3.2,方式,2,的应用举例,例,5-3,编写应用,T0,实现对,T0(P3.4),引脚的方波脉冲个数检测程序。每检测到,100,个脉冲,驱动,P1.0,引脚电平取反,如图,512,。,图,512,方波脉冲,(1),计算定时初值,X,(2),初始化定时器,T1,查询方法编程。初始化,TL1,、,TH1,、,TMOD,、,TCON,(3),完成功能程序设计,ORG 0000H,LJMP MAIN ;,跳转到主程序,ORG 0030H,MAIN:MOV SP,#60H ;,开辟堆栈空间,MOV TMOD,#06H ;,初始化,T0,为工作方式,2,,计数器模式,MOV TCON,#00H ;,初始化,T0,相关标志位,MOV TL0,#9CH ;,初始化,8,位计数初值,MOV TH0,#9CH ;,初始化,TH0,,必须满足,(TH0)=(TL0),SETB TR0 ;,启动,T0,工作,LOOP:JBC TF0,CNT100 ;,判断,T0,是否溢出,若,TF0=0,,顺序执行,;,如果,TF0=1,,清,TF0,,转移到,CNT100,执行,;,当,TF0,由,01,时,单片机自动将,(TH0)TL0,SJMP LOOP ;,反复查询,CNT100:LCALL CPLP10 ;TF0,溢出位有效,调用计数处理子程序,SJMP LOOP ;,实现产生方波脉冲的循环输出,ORG 0090H ;,计数处理子程序入口地址,CPLP10:CPL P1.0 ;,已计数,100,个脉冲,取反,P1.0,RET ;,子程序返回,END ;,汇编源文件编译结束,5.3.3,方式,3,的应用举例,例,5-4,某,51,单片机应用系统,要求,P1.0,引脚以,200,s,的周期输出方波,,P1.1,引脚以,482s,的周期输出方波,且同时以,T1,作为串行通信的波特率发生器。,(,系统晶振采用,12MHz,,波特率为,9600bps),分析:,根据题目要求,至少需要三个硬件定时器,/,计数器完成该项工作,而,51,单片机内部仅仅具备两个硬件定时器,/,计数器。,T0,工作于方式,3,恰好可以解决此问题,应用,T0,实现两个硬件的,8,位定时器,(,参见图,58),,将,T1,设置为方式,2(,参见图,510),,构建三个硬件定时器,满足本题目的要求。,(1),计算定时初值,X,(2),初始化定时器,T1,:查询方法编程。初始化,T0,、,T1,相关寄存器的初始化。,TL0,作为,8,位定时器:,TH0,作为,8,位定时器:,T2,为工作于方式,2,的定时器,波特率,X,bps,计算公示为:,(3),完成功能程序设计,ORG 0000H,LJMP MAIN,ORG 0050H,MAIN:MOV SP,#60H,MOV TMOD,#23H ;,初始化,T0,定时:方式,3,;,T1,定时:方式,2,MOV TCON,#00H ;,初始化,T0,、,T1,相关标志位,MOV TL0,#9CH ;,设置,TL0,的定时初值,X,:,t=100s,MOV TH0,#0FH ;,设置,TH0,的定时初值,X,:,t=241s,MOV TL1,#0FDH ;,设置波特率发生器的定时初值,Xbps,MOV TH1,#0FDH ;,设置,TH1,的初值,,(TH1)=(TH0)=FDH,SETB TR0 ;,启动,T0,的,TL0,定时,SETB TR1 ;,启动,T0,的,TH0,定时,LOOP:JBC TF0,TIME100 ;,判断,100s,定时计数是否溢出,溢出转移,JBC TF1,TIME241 ;,判断,241s,定时计数是否溢出,溢出转移,SJMP LOOP ;,反复查询,TIME100:MOV TL0,#9CH ;100s,定时处理程序,重新装载定时参数初值,CPL P1.0 ;,每个,100s,取反一次,P1.0,SJMP LOOP ;,实现周期为,200s,的方波脉冲的循环输出,TIME241:MOV TH0,#0FH ;241s,定时处理程序,重新装载定时初值,CPL P1.1 ;,每个,241s,取反一次,P1.1,SJMP LOOP ;,实现周期为,482s,方波脉冲的循环输出,END ;,汇编源文件编译结束,例,5-5,测量外部信号电平宽度,利用定时器,T0,测量,(P3.2),引脚外部输入周期性方波信号的高电平,T,Hx,持续时间。,(,振荡频率,f,OSC,=12MHz),图,513,根据题目要求,待测方波如图,513,所示。,由于不对低电平测量,,可以应用,T0,门控,GATE,方式进行测量,设置,T0,为定时器模式,工作于方式,1,,定时初值:,(TH0)=(TL0)=00H,。,过程分析:,(1),GATE=1,,输入为低电平时,设置,TR0=1,,,T0,停止定时。,(2),GATE=1,,,TR0=1,,输入由,01,的上升沿跳变时,,T0,开始定时。,TH0,和,TL0,组成的,16,位,+1,计数器从,0000H,开始,+1,计数。,(3),当,(P3.2),引脚输入由高电平低电平时,即高电平,THx,的下降,沿,,T0,停止定时,读出并存放,TH0,和,TL0,中的定时计数值,该值,T,就是高电平,THx,的持续时间。,(3),完成功能程序设计,CNT_H EQU 45H,CNT_L EQU 44H,ORG 0000H ;,程序开始,LJMP MAIN ;,跳转到主程序,ORG 0050H ;,主程序入口地址,MAIN:MOV SP,,,#60H ;,开辟堆栈空间,MOV TMOD,#09H ;,设置,T0,门控方式,工作于定时方式,1,,,GATE=1,CLR A,MOV TCON,A ;,初始化,T0,相关标志位,MOV TL0,A ;,初始化定时低,8,位初值,(TL0)=00H,MOV TH0,A ;,初始化定时高,8,位初值,(TH0)=00H,SETB P3.2 ;,设置,P3.2,引脚为高电平,为正确读取输入状态作好准备,JB P3.2,$;P3.2=0,,顺序执行;,P3.2=1,,等待待测方波低电平的出现,SETB TR0 ;,为启动,T0,定时计数做好准备,LOOP:SETB P3.2 ;P3.2,输入为,0,,设置,P3.2=1,,为正确读取输入状态作好准备,JNB P3.2,LOOP ;P3.2=0,转移;,P3.2=1,顺序执行,并启动,T0,定时计数,JB P3.2,$;,等,P3.2,上待测方波低电平的出现;,P3.2=0,,顺序执行,CLR TR0 ;,测量完成,清零,TR0,,,T0,停止定时计数,MOV CNT_H,TH0 ;,存放定时计数结果的高,8,位时间数据,MOV CNT_L,TL0 ;,存放定时计数结果的低,8,位时间数据,SJMP$;,原地踏步,END,5.3.4,单片机外部输入的计数脉冲信号的要求,例,53,中,T0(P3.4),引脚输入的计数脉冲信号必须满足一定的条件:,(1),脉冲信号边沿不能够有抖动,否则计数错误;,(2),脉冲信号最大频率要小于单片机振荡时钟频率的,1/24,。,(3),脉冲占空比:高电平,TH,和低电平,TL,维持一个机器周期以上。,究其原因,主要是单片机执行指令的具体过程和特点所决定。,根据单片机执行指令的时序图,每个机器周期的,S5P2,期间,均对外部输入引脚,T0,或,T1,进行电平采样。如果在前一个机器周期的采样过程中,,T0,引脚电平为“,1”,,而在当前机器周期的采样中,T0,引脚电平为“,0”,,即表明产生了一个下降沿,则在下一个机器周期的,S3P1,期间,,+1,计数器将进行加,1,操作。,43,习题,51,51,单片机内部有几个定时,/,计数器?它们是由哪些特殊功能寄,存器组成?计数脉冲的来源?,52,如果,51,单片机晶振频率,=3MHz,,分析定时器,/,计数器工作在方,式,1,和方式,2,的最大定时时间各为多少?,53,简述定时器,/,计数器的门控信号,GATE,设置为,1,时,定时器的启,动方法。,54,编程实现选用,T1,方式,2,产生,500s,的定时程序,在,P1.0,输出周,期为,1ms,的方波,(=6MHz),。,55,已知,51,单片机应用系统采用,6MHz,晶振,应用,T0,定时,在,P1.0,输出一个高电平宽度为,100ms,,低电平宽度,50ms,的方波信号。,44,习题,56,仔细思考例,55,,请分析是否可以利用定时器实现超宽脉冲的,时间测量。如果可以,说明如何操作;如果不可以,说明为什,么。,57,利用,51,单片机产生一个实时时钟,上电初始时钟从,00:00:00,开始,以秒为单位。,58,使用定时器,/,计数器编写跑马灯的程序:实现连接在,P1,口上的,8,个,LED,依次亮灭。每次只能一个灯状态变化,且按由,P1.7P1.0,的顺序依次亮灭,每次变化时间间隔,100ms,,设,51,单片机晶振时钟频率为,6HMz,。,59,对于软件延时程序和定时器,/,计数器定时程序的执行过程,分,析比较两种定时方式的特点和优缺点,。,- 配套讲稿:
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