第5章 定时计数技术 单片机控制系统中常常用到的定时与计数问题。 5.1 定时计数概述 5.2 MCS-51单片机的定时计数器

5.1 定时/计数器概述 1、定时的定义： 定时是对周期固定、已知的脉冲计数。 2、计数的定义： 5.1 定时/计数器概述 1、定时的定义： 定时是对周期固定、已知的脉冲计数。 2、计数的定义： 计数是对外界产生的周期不固定的未知脉冲计数。计数器的计数方式可以是加1计数，也可以是减1计数。 3、定时/计数的实现方法： 定时/计数的实现方法有3种： ⑴ 硬件数字电路：用555构成的定时器和计数器等。 ⑵ 软件编程 ⑶ 可编程定时/计数器

软件编程 例：编制一个延时2mS的子程序。 D2MS： MOV R7，#2 D2MS0： MOV R6，#250 DJNZ R6，$ DJNZ R7，D2MS0 RET 例：统计开关按动次数，并存于30H单元。 MOV 30H，#0 UP: JB P1.0,$ JNB P1.0,$ INC 30H SJMP UP

可编程定时/计数器 有的控制系统是按时间间隔来进行控制的，如定时的温度检测等。虽然可以利用延迟程序来取得定时的效果，但这会降低CPU的工作效率。如果能用一个可编程的实时时钟，以实现定时或延时控制，则CPU不必通过等待来实现延时，就可以提高CPU的效率。 另外也有些控制是按计数的结果来进行的，因此在微机控制系统中常使用可编程的硬件定时／计数器。现在有很多专门用作定时／计数器的接口芯片。单片机内带有硬件定时／计数器可以 简化系统设计。 不论是独立的定时器芯片还是单片机内的定时器，都有以下特点： 1．定时／计数器可以有多种工作方式，可以是计数方式也可以是定时方式等等。 2．计数器模值是可变的，当然计数的最大值是有一定限制的，这取决于计数器的位数。计数的最大值也就限制了定时的最大值。 3．可以按照规定的定时或计数值，当定时的时间到或者计数终止时，发出中断申请，以便实现定时或计数控制。除了上述共同特点外，各种定时器还会有各自的特点，各自的工作方式和控制方式。

5.2 MCS51单片机内部的定时/计数器 5.2.1 定时/计数器结构 5.2.2 定时/计数器工作方式 5.2.3 定时/计数器应用

5.2.1 定时/计数器结构 + MCS51单片机内有2个独立的16位的可编程定时/计数器T0和T1。它们的结构相似。T0的结构如图所示： 5.2.1 定时/计数器结构 MCS51单片机内有2个独立的16位的可编程定时/计数器T0和T1。它们的结构相似。T0的结构如图所示： 振荡器 ÷12 C/T=0 加1计数器 TF0 T0 C/T=1 合/断 TR0 ＆ GATE0 + INT0 TCON TMOD TH0 TL0 TH1 TL1

TMOD + 振荡器 ÷12 ＆ TMOD：89H 只能按字节操作。 GATE1 C/T1 M11 M10 GATE1 C/T1 M11 C／T： 用来确定To(T1)是工作在计数方式还是工作在定时方式。C／T=0为定时方式，C／T=1为计数方式。即对外部引脚的外部输入脉冲计数。外部引脚上输入的每一个脉冲的负跳变使计数值加1，由于外输入脉冲的每个高、低电平持续时间各应大于一个机器周期，因此最小的计数周期为两个机器周期。例如，若单片机晶振频率为12MHZ，则外部计数脉冲的最高频率只能为500KHZ。 M1和M2： 两位用来确定To(T1)的具体工作模式。M1、M2的四种组合刚好与四种工作模式对应，分别是方式0、方式1、方式2、方式3。 GATE ： 一般称为门控标志。它对定时/数器的启动起着控制作用。当GATE=1时，定时计数器的启动除了受TR控制外，还受INT引脚的控制。当TR=0且INT引脚上出现高电平时才能启动定时计数器。 振荡器 ÷12 C/T=0 加1计数器 TF0 T0 C/T=1 合/断 TR0 ＆ GATE0 + INT0

TCON + TCON：88H 可以按字节操作，也可以按位操作。 振荡器 ÷12 ＆ TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 TF0: T0溢出中断标志位。当T0计数溢出时，TF0=1。在允许中断的情况下，CPU响应T0中断，转向T0中断服务程序，此时由硬件自动将TF0清0。该标志位可由软件查询，也可用软件清0或置1。 TR0：为T0启动控制位。当TR0=1时，启动T0；TR0=0时，关闭T0。该位由软件进行设置。 振荡器 ÷12 C/T=0 加1计数器 TF0 T0 C/T=1 合/断 TR0 ＆ GATE0 + INT0

计数寄存器 + MCS-51单片机内部有两个16位的定时/计数器T0和T1。每个定时/计数器占用两个特殊功能寄存器： T0由TH0和TL0两个8位计数器组成，字节地址分别是8CH和8AH。 T1由TH1和TL1两个8位计数器组成，字节地址分别是8DH和8BH。 用于存放定时或计数的初值。当计数器工作时，其值随计数脉冲做加1变化。 振荡器 ÷12 C/T=0 加1计数器 TF0 T0 C/T=1 TH0 TL0 合/断 TR0 ＆ GATE0 + INT0

5.2.2 定时/计数器的工作方式 由于T0由TL0(低8位)和TH0(高8位)组成；T1由TH和THl组成。所以T0、T1都是16位计数器。但是若将它们设置成不同的工作方式，其计数长度(最大值)和计数方式都可变化。内部定时／计数器一共有四种工作方式，由TMOD的相关位设置。 GATE1 C/T1 M11 M10 GATE1 C/T1 M11 M10 M1和M2： 两位用来确定To(T1)的具体工作模式。M1、M2的四种组合刚好与四种工作模式对应。定时/计数器工作模式如下： M1 M0 模式 说 明 0 0 方式0 13位定时/计数器（TH高8位加上TL中的低5位） 0 1 方式1 16位定时/计数器 1 0 方式2 自动重装初值的8位定时/计数器 1 1 方式3 模式3只针对T0，T0分成两个独立的8位定时/计数器；T1无模式3 方式0 方式1 方式2 方式3

方式0 在方式0下，T0构成一个13位的计数器，由TH0的8位和TL0的低5位组成，TL0的高3位未用，满计数值为213。 T0启动后立即加1计数，当TL0的低5位计数溢出时向TH0进位，TH0计数溢出则对相应的溢出标志位TF0置位，以此作为定时器溢出中断标志。当单片机进入中断服务程序时，由内部硬件自动清除该标志。 振荡器 ÷12 TL0 C/T=0 TF0 TH0 × × × D5 D4 D3 D2 D1 D0 T0 C/T=1 合/断 计数器 TR0 ＆ GATE0 + INT0 当选择了定时或计数工作方式后，定时/计数脉冲却不一定能到达计数器输入端，只有当控制开关合上时，计数脉冲才能到达计数器输入端，开始加1计数。控制开关闭合的条件如下：①　GATE=0时，开关的打开、合上取决于TR0，只要TR0是1，开关就合上，计数脉冲得以畅通无阻，而如果TR0等于0则开关打开，计数脉冲无法通过，因此定时/计数是否工作，只取决于TR0。②GATE=1时，控制开关不仅要由TR0来控制，而且还要受到引脚的控制，只有TR0为1，且INT0引脚也是高电平，开关才合上，计数脉冲才得以通过。

方式1 在方式1下，定时/计数器T0和T1的方式1都是相同的。以下仅以T0为例。 T0构成一个16位的计数器，由TH0的8位和TL0的8位组成，满计数值为216。 T0启动后立即加1计数，当TL0计数溢出时向TH0进位，TH0计数溢出则对相应的溢出标志位TF0置位，以此作为定时器溢出中断标志。当单片机进入中断服务程序时，由内部硬件自动清除该标志。 振荡器 ÷12 计数器 C/T=0 TF0 TH0 TL0 T0 C/T=1 合/断 TR0 ＆ GATE0 + INT0

方式2 在方式2下，定时/计数器T0和T1的方式1都是相同的。以下仅以T0为例。 TH0和TL0被当作两个8位计数器，计数过程中，TH0寄存8位初值并保持不变，由TL0进行8位计数。当低8位计数溢出时，除了可产生中断申请外，还将TH0中保存的内容向TL0重新装人，以便于重新计数，而TH0中的初值仍然保留，以便下次再行对TL0进行重装。 方式2对于连续计数比较有利。这时不需要在溢出后用软件重新装入计数初值，而是可以自动装入，但此时计数的长度将受到很大的限制，只有28=256次。 振荡器 ÷12 计数器 C/T=0 TL0 TF0 T0 C/T=1 合/断 TH0 TR0 ＆ GATE0 + INT0

方式3 + 方式3只适用于定时/计数器T0。这种工作方式下，定时/计数器T0被拆成2个独立的定时/计数器来用。 振荡器 ÷12 计数器 ＆ ⑴若把T1置于方式3，则Tl停止计数，定时器T1保持其内容不变。所以，一般不会把T1置于方式3。 ⑵若把T0置于方式3，则16位计数器拆开为两个独立工作的8位计数器TL0和 TH0。但这两个8位计数器的工作是有差别的。 首先是工作方式的不同：①对TL0来说它既可以按计数方式工作，也可以按定时方式工作，②而TH0则只能按定时方式工作。 另外是控制方式的不同。 振荡器 ÷12 计数器 C/T=0 TL0 TF0 T0 C/T=1 合/断 TR0 ＆ GATE0 + INT0 计数器 振荡器 ÷12 TH0 TF1 合/断 TR1 一般情况下，当定时/计数器T0处于工作方式3时，定时/计数器T1可工作为方式0、1、2，但由于此时其已没有控制通断和溢出中断的功能，T1只能作为串行口的波特率发生器使用，或不需要中断的场合。

5.2.3 定时/计数器的应用 MCS-51的定时／计数器是可编程的，因此，在进行定时或计数之前也要用对其进行初始化。初始化一般应包括以下几个步骤： 1、对TMOD寄存器赋值，以确定定时器的工作方式。 2．置定时／计数器初值，直接将初值写入寄存器的TH0，TL0或TH1，TLl。 3．根据需要，对寄存器IE置初值，开放定时器中断。 4．对TCON寄存器中的TRl或TR0置位，启动定时／计数器。启动以后，计数 器即按规定的工作方式和初值进行计数或开始定时。 例 1 例 2 例 3

定时／计数器初值 在初始化过程中，要置入定时值或计数值的初值，这时要作一些计算。方法如下： 设计数器的最大值为M(在不同的工作方式中，M可以为213，216或28)，则置入的初值X可这样来计算： 计数方式时： X=M—计数模值 定时方式时： (M—X)·T=定时值，所以X=M—定时值／T。 其中T为计 数周期，它是单片机时钟周期的12倍。 当时钟周期为1／12MHZ时，计数周期为 1us。在这种情况下，若定时器工作在方式0，则最大定时值为 213·X ·1／12MHZs=8.192ms ；若工作在方式1，则最大定时值为216·X ·1／12MHZs=65.536ms 例 若单片机的频率为12MHz，请计算2ms所需要的定时器初值。 解：计数脉冲个数为2/0.001=2000 若方式0，则计数初值为：213-2000=6192=1830H TH0=18H，TL0=30H 若方式1，则计数初值为：216-2000=63536=F830H TH0=F8H，TL0=30H

例1 使P1.0输出一个周期为2mS的方波。 方法1：用延时程序实现1mS的延时。 方法3：用T0定时2mS，中断。 UP：SETB P1.0 LCALL D2MS CLR P1.0 SJMP UP 方法2：用T0定时2mS，查询TF0 ① 确定工作方式 方式0 ②　计算初值 E018H ③　编程 MOV TMOD，#00H SETB TR0 LOOP： MOV TH0，#0E0H MOV TL0，#18H JNB TF0，$ CPL P1.0 CLR TF0 SJMP LOOP 方法3：用T0定时2mS，中断。 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH LJMP AT0 MAIN： MOV TMOD，#00H MOV TH0，#0E0H MOV TL0，#18H SETB EA SETB ET0 SETB TR0 SJMP $ AT0： MOV TMOD，#00H CPL P1.0 RETI

例2 使P1.1输出一个周期为2S的方波。 欲产生周期为2秒的方波，定时器T0必须能定时1秒，这个值已经超过了定时器的最大定时时间。为此，我们只有采用定时器定时和软件计数相结合的方法才能解决问题。 例如：我们可以在主程序中设定一个初值为20的软件计数器和使T0定时50ms。这样，每当T0定时到50ms时CPU就响应它的溢出中断请求，从而进入它的中断服务程序。在中断服务程序中，CPU先使软件计数器减1，然后判断它是否为零。若为零，则说明1S时间到，完成所需操作后返回主程序；若不为零，则说明1S时间未到，不进行任何操作，直接返回主程序。 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH LJMP AT0 MAIN： MOV TMOD，#01H MOV TH0，#0B1H MOV TL0，#0E0H MOV IE，#82H SETB TR0 MOV R7，#50 SJMP $ AT0： MOV TMOD，#00H MOV TH0，#0E0H DJNZ R7，AT1 CPL P1.0 MOV R7，#50 AT1： RETI

例3 分秒表 DISP1: CJNE R0,#01H,DISP2 MOV A,R3 MOVC A,@A+DPTR MOV P2,A 例3 分秒表 DISP1: CJNE R0,#01H,DISP2 MOV A,R3 MOVC A,@A+DPTR MOV P2,A CLR P3.0 AJMP DISPF DISP2: CJNE R0,#02H,DISP3 MOV A,R4 CLR P3.1 DISP3: CJNE R0,#03H,DISP4 MOV A,R5 CLR P3.6 DISP4: CJNE R0,#03H,DISPF MOV A,R6 CLR P3.7 DISPF:RETI tabt:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H DB 99H,92H,82H,0F8H,80H,98H ORG 0000H AJMP MAIN ORG 000BH AJMP TIME ORG 001BH AJMP DISP MAIN: MOV IE,#8AH MOV TMOD,#11H MOV SP,#70H MOV R3,#0 MOV R4,#0 MOV R5,#0 MOV R6，#0 MOV TL1,#30H MOV TH1,#0F8H MOV TL0,#0B0H MOV TH0,#3CH MOV R7,#20 SETB TR1 SETB TR0 MOV R0，#0 SJMP $ TIME： MOV TL0,#0B0H MOV TH0,#3CH DJNZ R7，TIMEF MOV R7，#20 INC R3 CJNE R3,#0AH,TIMEF MOV R3,#0 INC R4 CJNE R4,#06H,TIMEF MOV R4,#0 INC R5 CJNE R5,#0AH,TIMEF MOV R5,#0 INC R6 CJNE R6,#06H,TIMEF MOV R6,#0 TIMEF： RETI DISP: MOV TL1,#30H MOV TH1,#0F8H MOV DPTR,#TABT INC R0 MOV P3，#0FFH