单片机应用技术 （C语言版） 第7章 定时器/计数器 2019/5/21

第7章 定时器/计数器 目 录 7.1 定时器/计数器的结构及原理 7.2 定时器/计数器的控制 7.3 定时器/计数器的工作方式 第7章 定时器/计数器 目 录 7.1 定时器/计数器的结构及原理 7.2 定时器/计数器的控制 7.3 定时器/计数器的工作方式 7.4 定时器/计数器应用举例 2019/5/21

本章主要讨论MCS-51单片机定时器/计数器的逻辑结构和工作原理。内容主要有定时器T0、T1的逻辑结构，工作方式的选择和应用。 本章为单片机的主要内容，也是第8章串行口的学习的基础。 2019/5/21

89c51 有2个可独立控制的16位定时器/计数器： T0、T1 7.1 MCS-51 计数/定时器的原理 实质是计数器，脉冲每次下降沿，计数器加1. 计数脉冲来源于内部的晶振,由于周期极为准确，称定时器。 计数脉冲来源于外部引脚，由于周期一般不准确，称为计数器。 +1计数器 溢出 中断 脉冲 控制 开关 89c51 有2个可独立控制的16位定时器/计数器： T0、T1 计数（定时）周期：机器周期 2019/5/21

计数周期的计算： 12MHz晶振：每计一个数的时间为1uS。如：计100个数的时间为100uS。计50000个数的时间为50mS。 11 计数周期的计算： 12MHz晶振：每计一个数的时间为1uS。如：计100个数的时间为100uS。计50000个数的时间为50mS。 11.0592MHz晶振：每计一个数的时间为1.085uS。 2019/5/21

几个基本概念 1、计数器的容量：容量一般用二进制的位数表示。 2、加1计数器：每来一个脉冲，计数数值加1。 3、计数器溢出：计数器计数达到容量的最大值时，再来一个脉冲，计数值将回到0，重新计数，且相应的标志位置1，称为“溢出”。 4、计数初值：计数器开始计数的值。 2019/5/21

7.1.2 MCS-51定时/计数器的结构 2019/5/21

两个16位的可编程定时器/计数器：定时器/计数器0、1。 每个定时器有两部分构成：THx和TLx MCS-51定时/计数器结构说明： 两个16位的可编程定时器/计数器：定时器/计数器0、1。 每个定时器有两部分构成：THx和TLx 特殊功能寄存器TMOD和TCON ，主要对T0和T1进行控制。 引脚P3.4、P3.5，输入计数脉冲。 特殊功能寄存器之间通过内部总线和控制逻辑电路连接起来。 2019/5/21

MCS-51定时/计数器的工作原理 定时器/计数器T0、T1 的内部结构简图如下图所示。 C/T=0 中断请求 振荡器 T H x ( 8 位 ) TLx Tx 12 分频 TFx C/T=1 控制 TRx 2019/5/21

计数信号由片内振荡电路提供，振荡脉冲12分频送给计数器，每个机器周期计数器值增1。 从上图可以看出： 定时器的实质是一个加1计数器。 C/T =0 ，为定时器方式。 计数信号由片内振荡电路提供，振荡脉冲12分频送给计数器，每个机器周期计数器值增1。 2019/5/21

计数信号由Tx引脚(P3.4、P3.5)输入，每输入一有效信号，相应的计数器中的内容进行加1。 C/T =1 ，为计数方式。 计数信号由Tx引脚(P3.4、P3.5)输入，每输入一有效信号，相应的计数器中的内容进行加1。 控制信号TRx=1时，定时器启动。 当定时器由全1加到全0时计满溢出，从0开始继续计数，TFx=1 ，向CPU申请中断。 2019/5/21

7.2.2 T0、T1的控制寄存器TCON 7.2 定时器/计数器的控制 TF1、TF0：T1、T0的溢出标志位 计数溢出，TFx=1。 7.2 定时器/计数器的控制 7.2.2 T0、T1的控制寄存器TCON TCON (88H) D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 定时器的控制寄存器 TF1、TF0：T1、T0的溢出标志位 计数溢出，TFx=1。 中断方式：自动清零； 查询方式：软件清零。 2019/5/21

TR1、TR0：T1、T0启停控制位。 置1，启动定时器； 清0，关闭定时器。 IE1、IE0：外部中断1、0请求标志位 IT1、IT0：外部中断1、0触发方式选择位 2019/5/21

TMOD不能位寻址 7.2.1 T0、T1 工作方式寄存器TMOD 功能：确定定时器的工作方式。 其格式如图所示： (89H) D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 GATE C/T M1 M0 定时器工作方式寄存器TMOD GATE——外部门控制位。 GATE＝0，不使用外部门控制计数器 GATE＝1，使用外部控制门。 TRx=1， P3.2（P3.3）=1时，启动定时器。 2019/5/21

C/T——定时或计数方式选择位 。 C/T＝0时，为定时器 C/T＝1时，为计数器 计数器时采样过程：CPU在每机器周期S5P2期间，输入信号进行采样。若前一机器周期采样值为1，下一机器周期采样值为0，则计数器增1，随后的机器周期S3P1期间，新的计数值装入计数器。 2019/5/21

补充（P128 7.4节） 由于检测一个从1---0的下降沿需要2个机器周期，因此被检测的外部输入脉冲的频率<=1/24×振荡频率。 例如：单片机晶振12MHz，则被检测的外部输入脉冲最高为500Hz。 P134 3(2) 2019/5/21

M1、M0——工作方式选择位。 如下表所示: 表7-1 定时器/计数器的工作方式 M1 M0 工作模式 功 能 模式0 13位定时器/计数器 表7-1 定时器/计数器的工作方式 M1 M0 工作模式 功 能 模式0 13位定时器/计数器 1 模式1 16位定时器/计数器 模式2 8位自动重装定时器/计数器 模式3 定时器0：TL0为8位定时器/计数器，TH0为8位定时器。 定时器1：停止使用 2019/5/21

注：方式0是为了与早期的MCS-48系列单片机兼容，现在不必使用，采用方式1替代方式0。 2019/5/21

7.3 定时器T0、T1的工作方式 2、 M1M0＝01时，选择模式1。 T0的结构：16位定时器/计数器。 2019/5/21

（一次中断）定时时间=(216-定时初值)×机器周期 （一次中断）最大定时时间：216×机器周期 TL0：存放计数初值的低8位。 TH0: 存放计数初值的高8位； （一次中断）定时时间=(216-定时初值)×机器周期 （一次中断）最大定时时间：216×机器周期 注意：每次计满溢出后，计数器都复位为0，要进行新一轮的计数还需重新赋初值。（即方式1的初值不能保存住，每次都要重新赋初值） 举例方式1 2019/5/21

#include <reg51.h> sbit LED=P1^0; unsigned char t; void main() { TMOD=0x10; //设置定时器1工作在方式1 TH1=（65536-50000）/256; TL1=（65536-50000）%256; //设置定时初值 TR1=1; //启动定时器1 2019/5/21

重新赋初值 EA=1; ET1=1;//允许定时器1中断 while(1); } void timer1( ) interrupt 3 { TH1=（65536-50000）/256; TL1=（65536-50000）%256; t++; if(t==20) { LED=~LED; t=0; 编号 n 所代表的中断源 外部中断0 1 定时/计数器0 2 外部中断1 3 定时/计数器1 4 串口 重新赋初值 2019/5/21

方式1要进行新一轮计数，还需重新设置计数初值，不仅导致编程麻烦，而且影响定时时间精度。 有没有一种方式可以避免方式1的缺陷？？ 2019/5/21

3、 M1M0 ＝10时，选择模式2。（8位自动重装定时器/计数器） 振荡器 12 分频 T （ P 3 . 4 ） TR TF 中断 GATE + ＆ C / = 1 TL 8 位 TH 2 2019/5/21

T0的结构： TL0：8位的定时器/计数器； TH0：8位预置寄存器，用于保存初值。 工作过程：当TL0计满溢出时，TF0置1，向CPU发出中断请求；同时引起重装操作（TH0的计数初值送到TL0），进行新一轮计数。 2019/5/21

注:(1)方式2具有自动重装初值的功能，但是由于是8位计数器，最大计数值为256，所以一次中断的最大定时时间为28×机器周期。 （一次中断）定时时间： (28-定时初值)×机器周期 (2)在模式2能够满足计数或定时要求时，尽可能使用模式2。 方式2举例 2019/5/21

#include <reg51.h> sbit P1_0=P1^0; void main( ) { 方式2： #include <reg51.h> sbit P1_0=P1^0; void main( ) { TMOD=0x02; //选择工作模式 TL0=0x06; TH0=0x06; //为定时器赋初值 EA=1; ET0=1; //允许定时0中断 TR0=1; //启动定时器0 while(1); //等待中断 } void time0( ) interrupt 1 P1_0=~P1_0; 方式2具有自动重装初值功能 不用重新赋初值 2019/5/21

4、定时器/计数器工作方式的选择方法 （1）首先确定计数值N （2）确定工作方式 原则是尽可能地选择模式2 2019/5/21

7.5 定时器/计数器C51编程 一、定时器的初始化步骤 2、设置定时器的计数初值。 设置THx和TLx。 1、确定工作方式，设置TMOD。 2、设置定时器的计数初值。 设置THx和TLx。 3、中断设置：设置IE（EA,ETx）。 4、启动定时器。设置TCON（TRx） 可以使用位操作指令。 2019/5/21

方式1：（一次中断）定时时间： (216-定时初值)×机器周期 方式2：（一次中断）定时时间： (28-定时初值)×机器周期 方式1：（一次中断）定时时间： (216-定时初值)×机器周期 方式2：（一次中断）定时时间： (28-定时初值)×机器周期 所以要确定定时初值 2019/5/21

二、 定时/计数器初值的计算 计数初值：C= 2n －N n：8/16 定时初值：C= 2n - t/T T：机器周期=12/晶振频率 如：晶振为12MHz时， T＝1us 举例：单片机晶振12MHz，定时50ms，采用定时器0方式1，试计算初值，并装入TH0，TL0中。 2019/5/21

方法1： 初值： C=65536-50000=15536 =3CB0H ∴ TH0=3CH, TL0=B0H 2019/5/21

方法2 初值： TH0=(65536-N)/256; TL0=(65536-N)%256; N=t/T（计数个数）。 若采用的晶振为11 方法2 初值： TH0=(65536-N)/256; TL0=(65536-N)%256; N=t/T（计数个数）。 若采用的晶振为11.0592MHz， T=1.09s，则定时50ms时，N=45872 2019/5/21

三、 定时器的应用举例 例1 单片机系统晶振频率为12MHz，利用定时器T0的方式2使P1.0口输出周期为0.2ms的方波信号。 三、 定时器的应用举例 例1 单片机系统晶振频率为12MHz，利用定时器T0的方式2使P1.0口输出周期为0.2ms的方波信号。 分析：每隔0.1ms改变一次P1.0的输出状态，即形成方波。 1、初值计算： 在方式2下：C= 28-100=156=9CH 2019/5/21

2、C语言程序： void main ( ) { TMOD=0x02; //T0工作在方式2 TL0=0x9c; //装入计数（重装）初值 #include <reg51.h> sbit p1_0=P1^0; //进行位定义 void main ( ) { TMOD=0x02; //T0工作在方式2 TL0=0x9c; //装入计数（重装）初值 TH0=0x9c; EA=1; //允许定时器1中断 ET0=1; //开中断 TR0=1 ; //启动定时器1 while(1); } 2019/5/21

IE (A8H) D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 EA — ES ET1 EX1 ET0 EX0 中断允许寄存器 2019/5/21

void time0 ( ) interrupt 1 { p1_0=~p1_0; //取反，产生方波 } 编号 n 所代表的中断源 外部中断0 1 定时/计数器0 2 外部中断1 3 定时/计数器1 4 串口 2019/5/21

例2 设单片机晶振频率为12MHz，用定时器/计数器0编程实现从P1.0输出周期为500μs的方波。 分析： 定时时间： 方波周期为500μs，定时250μs。 方式选择： 定时器0可以选择方式1和2。方式2最大的定时时间为256μs，满足250μs的定时要求，选择方式2。 2019/5/21

（1）初值计算 C=256-250/1 C=6；则TH0=TL0=6 （2）程序： A:采用中断处理方式的程序 ： 2019/5/21

#include <reg51.h> sbit P1_0=P1^0; void main( ) { TMOD=0x02; //选择工作模式 TL0=0x06; TH0=0x06; //为定时器赋初值 EA=1; ET0=1; //允许定时0中断 TR0=1; //启动定时器0 while(1); //等待中断 } void time0( ) interrupt 1 { P1_0=~P1_0; 2019/5/21

while (1) While(!TF0); B：采用查询方式处理的程序： # include <reg51.h> sbit P1_0=P1^0; void main() { TMOD=0x02; TL0=0x06; TH0=0x06; TR0=1; while (1) { if(TF0==1) //查询计数溢出 TF0=0; P1_0=~P1_0; } While(!TF0); 2019/5/21

例3 利用定时器精确定时1s控制LED以秒为单位闪烁。已知fosc=12MHz。 分析：定时器/计数器在定时方式下，各个方式最大定时时间分别为： 方式1=65536×12/fosc=65.536ms 方式2=256×12/fosc=0.256ms 2019/5/21

定时时间为50ms，当50ms的定时时间到,中断一次，用变量记住中断次数，连续中断20次，正好1S，调用亮灯函数； 选择方式1。 定时时间为50ms，当50ms的定时时间到,中断一次，用变量记住中断次数，连续中断20次，正好1S，调用亮灯函数； 再连续定时20次，调用灭灯函数。循环工作，即达到1s闪烁1次的效果。 2019/5/21

#include <reg52.h> sbit LED=P2^0; unsigned char t; void main() { 2、程序设计： C语言程序： #include <reg52.h> sbit LED=P2^0; unsigned char t; void main() { LED=0; //定义灯的初始状态为灭 TMOD=0x10; //设置定时器1工作在方式1 TH1 =（65536-50000）/256; TL1=（65536-50000）%256; //设置定时初值 TR1=1; //启动定时器1 2019/5/21

中断服务程序中不要写过多处理语句 EA=1; ET1=1; //允许定时器1中断 while(1); } void timer1() interrupt 3 { TH1 =（65536-50000）/256; TL1=（65536-50000）%256; t++; if(t==20) { LED=~LED; t=0; 编号 n 所代表的中断源 外部中断0 1 定时/计数器0 2 外部中断1 3 定时/计数器1 4 串口 中断服务程序中不要写过多处理语句 2019/5/21

四、 计数器的应用举例 每按一次按键，计数器加1，用液晶显示出来

void main( ) { uint x; TMOD=0x06; TL0=0; TH0=0; TR0=1; LcdInt( ); delay(5); while(1) x=TH0*256+TL0; write_zs(5,x); } 2019/5/21

本章首先总体简单介绍了MCS-51单片机定时器/计数器的结构、工作原理和相关的寄存器。 本章小结 本章首先总体简单介绍了MCS-51单片机定时器/计数器的结构、工作原理和相关的寄存器。 然后重点研究了MCS-51单片机定时器/计数器T0、T1的不同工作方式的结构和工作原理。 最后应用实例，讨论了各个定时器/计数器不同工作方式的应用。 2019/5/21

本章小结（续） MCS-51单片机定时器/计数器是单片机中非常重要、应用非常多的部件，单片机是否用得灵活、是否能够充分发挥单片机的功能与作用，与定时器/计数器是否掌握应用得好关系密切。 2019/5/21