单片机应用技术 项目二 电子打铃装置 第4讲 单片机的定时器/ 计数器 《单片机应用技术》精品课程组 湖北职业技术学院机电工程系.

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1 单片机应用技术 项目二 电子打铃装置 第4讲 单片机的定时器/ 计数器 《单片机应用技术》精品课程组 湖北职业技术学院机电工程系

2 单片机应用技术 内容提要： 一、定时方法概述 二、定时器/计数器的结构和工作原理 三、定时器/计数器的控制 四、定时器/计数器工作方式
五、定时器/计数器综合应用举例

3 单片机应用技术 一、定时方法概述 定时方法 硬件延时 由硬件电路实现延时，长时间延时； 软件延时 通过执行循环而获得延时，短时间延时；
硬件延时 由硬件电路实现延时，长时间延时； 软件延时 通过执行循环而获得延时，短时间延时； 可编程定时 通过对系统时钟脉冲的计数而获得延时。

4 二、定时器/计数器的结构和工作原理 1、结构 2个定时器T0和T1：16位加1计数器，通过编程来设置工作状态
计数溢出置标志位 定时器T1 定时器T0 设置T0工作方式 启动/停止T0工作 2个定时器T0和T1：16位加1计数器，通过编程来设置工作状态 定时器方式寄存器TMOD：设置定时器的工作方式 定时器控制寄存器TCON：启动和停止定时器的计数；计数溢出标志

5 二、定时/计数器的结构和工作原理 2、工作原理 MCS-51单片机定时/计数器的工作原理：
归根结底是计数器。每接收到一个计数脉冲，加法计数器的值就加一，当计满时发生溢出，并从0开始继续计数。 （1）定时功能（设置TMOD中位C/T=0 ） 对片内机器周期进行计数，即每个机器周期产生一个计数脉冲，计数加1。 （2）计数功能（设置TMOD中位C/T=1） 对片外从T0（P3.4）、T1（P3.5）引脚输入的外部脉冲信号进行计数，下降沿计数加1。

6 三、定时器/计数器的控制 与定时/计数器有关的控制寄存器有2个 1、定时器控制寄存器TCON（字节地址88H） IT0 IE0 IT1
TR0 TF0 TR1 TF1 位符号 88H 89H 8AH 8BH 8CH 8DH 8EH 8FH 位地址 TR0 （TR1）－－ 定时计数器T0 (T1)运行控制位。 该位由软件置1或清0。 TR0 （TR1）＝1 启动定时计数 ＝0 停止定时计数 TCON除字节寻址外，各位还可以位寻址。 例如 启动T0开始计数工作，可运行指令 或者 SETB TR0 MOV TCON , # B

7 三、定时器/计数器的控制 IT0 IE0 IT1 IE1 TR0 TF0 TR1 TF1 与定时/计数器有关的控制寄存器有2个
1、定时器控制寄存器TCON（字节地址88H） IT0 IE0 IT1 IE1 TR0 TF0 TR1 TF1 位符号 88H 89H 8AH 8BH 8CH 8DH 8EH 8FH 位地址 当T0/T1计数溢出时，该位由硬件自动置“1”。 查询方式下，此位作计数溢出状态位供查询，注意溢出后应以软件方法及时清0； 中断方式下，此位会当T0溢出时，由硬件自动置1，并向CPU申请中断， 当CPU响应中断进入中断服务程序后，它又被硬件自动清0 TF0 （TF1）－－计数溢出标志位

8 三、定时/计数器的控制 2、定时器工作方式寄存器TMOD（89H）
用于2个定时器T0、T1的工作方式设定 , TMOD不能位寻址，只能用字节指令设置定时器工作方式。 M1 M0设置定时工作方式 C/T

9 三、定时/计数器的控制 C/T =“0”，对片内机器周期进行计数，作定时器用；
M1 M0设置定时工作方式 C/T C/T－－定时/计数功能选择位。 C/T =“0”，对片内机器周期进行计数，作定时器用； C/T =““1”，对片外从T0（P3.4）、T1（P3.5）引脚输入 的外部脉冲信号进行计数,作计数器用。

10 三、定时/计数器的控制 GATE=0，允许软件控制位TR0或TR1启动定时器； GATE－－门控位。
M1 M0设置定时工作方式 C/T TR0 GATE－－门控位。 GATE=0，允许软件控制位TR0或TR1启动定时器； GATE=1，允许外中断引脚INT0(或INT1)为高电电平，且由软件使TR0(或TR1)置1时，才能启动定时器工作。

11 三、定时/计数器的控制 M1 M0－－工作方式选择位 00 方式0 13位计数器 01 方式1 16位计数器
C/T TR0 M1 M0－－工作方式选择位 00 方式0 13位计数器 01 方式 位计数器 10 方式2 初值自动重装8位计数器 11 方式 个8位计数器，仅适用于T0

12 四、定时器/计数器工作方式 1、工作方式0 当GATE=0时，封锁或门输出恒为1，使外部中断输入引脚INT0信号失效，同时又打开与门，由TR0控制定时器T0的开启和关断。若TR0=1，接通控制开关，启动定时器T0工作，计数器被控制为允许计数。若TR0=0，则断开控制开关，停止计数。 当GATE=1时，与门的输出由INT0的输入电平和TR0位的状态来确定。若TR0=1，则打开与门，外部信号电平通过INT0引脚直接开启或关断定时器T0。 当INT0为高电平时，允许计数，否则停止计数。这种工作方式可用来测量外部信号的脉冲宽度等。 当C/T=0时， 控制开关接通振荡器12分频输出端， T0对机器周期计数。 即定时器工作方式。 当C/T=1 控制开关与引脚T0（P3.4）接通，计数器T0对来自外部引脚T0的输入脉冲计数，当外部信号电平发生由1到0跳变时，计数器加1，这时，T0成为外部事件计数器。 在这种模式下，16位寄存器只用了13位。当TL0的低5位溢出时，向TH0进位。当TH0溢出时，向中断标志位TF0进位。 因此，可通过查询TF0 来判断计数器的计数是否完成（溢出）。需要说明的是：在计数溢出将TF0置1的同时，计数器被自动全部变 0 ，然后从 0 开始继续计数。 M1M0=00 TH0的高8位和TL0的低5位组成一个13位计数器

13 四、定时器/计数器工作方式 注意：定时计数器的计数范围与初值X的计算 1、定时器的计数规律：
T0从某初值X，对脉冲计数到 B(213D=8192D)溢出 计数个数：213－X 1、定时器的计数规律： 2、最大计数范围：从初值X＝0D，计数到 B(213D) 计数个数为213－0＝8192D 3、定时时间： 最大定时值 ＝ （213－0） ×机器周期 定时值 ＝ 计数个数×机器周期 ＝（213－X）×机器周期 ＝ （213－X）×晶振周期×12

14 四、定时器/计数器工作方式 例1 如要求计数值为1000，试计算定时计数器T0的初值 分析： 由 213－X＝1000
＝1C18H＝ B 故 TH0＝ ＝0E0H TL0＝ B ＝ B ＝18H。 补足8位

15 单片机应用技术 例2 利用T0方式0在P1.0引脚上输出周期500us的方波。设单片机 晶振频率6MHz。
分析： 要在P1.0输出周期为500us的方波，只要P1.0每隔250us取反一次即可，即定时时间为250us ： （1）TMOD寄存器初始化： TMOD.1 TMOD.0 M1M0=00，T0为方式0； TMOD.2 C/T= T0为定时状态； TMOD.3 GATE=0 表示计数不受INT0控制； TMOD.4 TMOD.7 因T1不用，可取任意值，这里取为0 。 故TMOD=00H （2）计算250us定时T0的初值： 设T0的计数初值为X，则 X=8067D=1F83H= B 故 TH0= 高8位=FCH TL0= B低5位=03H

16 单片机应用技术 MOV TMOD，#00H ；置T0为方式0 MOV TH0，#0FCH ；送计数初值 MOV TL0，#03H
（3） 编写程序。采用查询TF0的状态来控制P1.0输出 MOV TMOD，#00H ；置T0为方式0 MOV TH0，#0FCH ；送计数初值 MOV TL0，#03H SETB TR ；启动T0 LOOP： JBC TF0， NEXT ；查询定时时间到否? SJMP LOOP NEXT： CLR TF ; 对溢出标志位清0 MOV TH0，#0FCH ；重赋计数初值 MOV TL0，#03H CPL P ；输出取反 SJMP LOOP ； 重复循环 采用查询方式的程序很简单，但在定时器整个计数过程中，CPU要不断查询溢出时标志TF0的状态, 这就占用了CPU工作时间,以致CPU的效率不高。采用定时溢出中断方式，可以提高CPU的效率。

17 四、定时器/计数器工作方式 2、工作方式1 M1 M0=01 TH0高8位和TL0低8位组成一个16位定时器/计数器
定时器工作于方式1下，其结构与操作几乎与方式0完全相同，差别仅在于计数器的位数不同。

18 四、定时器/计数器工作方式 注意：定时计数器的计数范围与初值X的计算 例如. 若单片机晶振为6MHZ，则1个机器周期为2us
T0从初值X，一直对脉冲计数到 B(216D)溢出 计数个数：216－X＝65536－X 2、最大计数范围：从初值X＝0D，计数到 B(216D) 计数个数为216－0＝65536D 3、定时时间： 定时值 ＝ （216－X） ×机器周期 ＝ （216－X） ×晶振周期×12 最大定时定时值 ＝ （216－0） ×机器周期 例如. 若单片机晶振为6MHZ，则1个机器周期为2us ＝65536×2us = 131ms 1、定时器的计数规律：

19 四、定时器/计数器工作方式 例3 用定时器T1产生一个100HZ的方波, 由P1.0输出，设晶振12MHz, 采用查询方式。
解：方波周期 T=1/100Hz=0.01s=10ms 用T1定时5ms 计数初值 X为： X=60536=EC78H 程序如下： MOV TMOD， #10H ； T1方式1，定时方式 SETB TR1 LOOP：MOV TH1， #0ECH ； 置初值 MOV TL1， #78H JNB TF1 ，$ ； 判断溢出 CLR TF1 CPL P1.0 SJMP LOOP

20 四、定时器/计数器工作方式 3、工作方式2 工作方式2下的定时器（T0、T1）：为8位计数器 以T0为例： 8位计数器的TL0
重置初值的缓冲器TH0构成。

21 单片机应用技术 方式2与方式0、1的区别： 方式0和方式1若用于循环重复定时或计数时，当计数溢出时，要重新对计数器装入初值，而方式2的优点在于它具有初值自动装入的功能，可省去重装计数初值的语句，故定时时间精确，特别适用于作串行口波特率发生器。 做法：在方式2中，16位计数器拆成两个部分，TL0用作位计数器，TH0用来保存计数初值。在程序初始化时，由软件赋予同样的初值，一旦TL0计数溢出，便使TF0置位，将TH0中的初值则由硬件自动装入TL0又继续计数，循环往复不止。 由于定时工作方式时，其定时时间（TH0溢出周期）为： t=（28-TH0初值）×机器周期 用于计数工作方式时，最大计数长度＝28－0初值＝256。 若单片机晶振为6MHZ，则1个机器周期为2us 最大定时定时值 ＝ （28－0） ×机器周期 ＝256×2us＝512us

22 单片机应用技术 例4 利用T0方式0在P1.0引脚上输出周期200us的方波。设单片机晶振频率6MHz。
分析：要在P1.0输出周期为200us的方波，只要P1.0每隔100us取反一次即可，即定时时间为100us （1） TMOD.1 TMOD.0 M1M0=10，T0为方式2； TMOD.2 C/T= T0为定时状态； TMOD.3 GATE=0 表示计数不受INT0控制； TMOD.4 TMOD.7 因T1不用，可取任意值，这里取0 故TMOD=02H （2）计算250us定时T0的初值： 设T0的计数初值为X，则 X=206D= B=CEH 故 TH1＝TL1＝CEH

23 单片机应用技术 （3）程序如下： MOV TMOD，＃02H ；T0方式2，定时方式 MOV TH0，＃0CEH ；T0计数初值
MOV TL0，＃0CEH SETB TR ；启动T0 LOOP：JBC TF0，NEXT ；TF0＝1转 SJMP LOOP ；否则等待 NEXT：CPL P ； P1.0取反输出 SJMP LOOP

24 单片机应用技术 4、工作方式3 模式3只适用于定时器T0，若将T1置为模式3，则T1将停止计数。
TL0使用原T0的各控制位、引脚（C/T，GATE，TR0，TF0和INT0引脚），其功能和操作与模式0和模式1相同，TL0既可以工作在定时器方式，也可以工作在计数器方式。 当T0工作在模式3下，TH0和TL0被分成两个相互独立的8位计数器TL0和TH0如图所示。 TH0只可作简单的8位定时器， 它占用T1的控制位TR1和T1的中断标志位TF1，同时也占用了T1的中断源，由TR1来负责启动和关闭。

25 单片机应用技术 工作方式3下的定时器T1 在定时器T0已工作在方式3时，T1只能工作在方式0、1、2下。因为它的运行控制位TR1和计数溢出标志位TF1已经被定时器T0借用。其逻辑图简化为左图 在图中，由于TR1、TF1以及T1的中断源已被定时器T0占用，此时T1仅由控制位C/T切换其定时器或计数器工作方式，计数器计数满溢出时，只能将输出送入串行口或用于不需要中断的场合。把T1作为波特率发生器使用时，一般将T1设置为模式2。

26 五、定时器/计数器综合应举例 例5 P1.0、P1.1经7407驱动LED交替发光并以每秒一次的频率闪烁。硬件连接见下图（采用6MHZ晶振）
分析：闪烁周期为1S，亮、灭各占一半，定时时间需要500mS。使用6MHZ晶振，单片机最长定时时间仅为131mS，所以需要采用软件记数方法扩展定时时间。

27 单片机应用技术 使用定时/计数器0，定时方式，工作方式1。 设置TMOD控制字： TMOD = 01H
使用6MHZ晶振，机器周期为2μs，设定时时间100mS，定时初值3CB0H。定时器溢出5次为500mS。 程序如下： ORG H LED1： MOV TMOD,#01H ；设置T0工作方式 SETB P ；输出初始状态 CLR P1.1 SETB TR ；启动定时器 LOOP0: MOV R2,#05H ；送软件计数初值 LOOP1: MOV TL0,#0B0H ；送定时常数 MOV TH0,#3CH JBC TF0,$ ；循环等待定时时间到 DJNZ R2,LOOP ；软件计数–1≠0循环 XRL P1,#03H ；P1.0、P1.1求反 SJMP LOOP ；循环

28 单片机应用技术 例6 当GATEX =“1”时，定时/计数器只有INTX为高电平才能进行计数。利用这一点，可以方便的测量脉冲信号的宽度。设被测脉冲接至INT1引脚，将定时/计数器1设置为定时方式，即可进行脉宽测量。要求测量脉宽单位为1μs，选用12MHZ晶振。 分析： 设置TMOD控制字： GATE1 =“1”，定时/计数器T1为定时方式C/T =“0”，选用工作方式1。TMOD = 90H。 定时初值为零，在脉冲下跳沿读出计数器的计数值即为脉冲宽度。

29 单片机应用技术 程序如下： ORG 0180H MOV TOMD，#90H；设置T1工作方式 CLR A ；定时初值为零 MOV TH1，A
MOV TL1，A JB P3.3, $ ；等待P3.3变低电平 SETB TR ； P3.3变低，准备启动T1 JNB P3.3,$ ；等待P3.3变高，启动T1 JB P3.3,$ ；T1一直定时计数，等待P3.3再次变低，脉冲结束 CLR TR1 ；停止计数 MOV R2,TH1 ；读出脉冲宽度 MOV R3,TL1 运行上面程序后，只要将R2、R3两单元内容转换成十进制数，即可送显示以读出脉冲宽度。由于工作方式1的最大计数值为65536，所以上面程序所测脉冲宽度不能大于65536μs。

30 单片机应用技术 计数器0计数初值为0000H。 例7 利用单片机定时/计数器测量脉冲信号频率。
例7 利用单片机定时/计数器测量脉冲信号频率。 分析：频率定义为单位时间1S内的周期数，用定时/计数器测频率，需要用一路定时器产生单位时间，另一路计数器对脉冲计数。若被测量的信号频率较高，而测量精度有限的话，单位时间可以小于1S。单位时间选用10mS，其间计的脉冲数乘以100即为信号频率。 设置工作方式： 设单片机时钟频率 fosc = 12MHz。定时器1定时，工作方式1，产生10mS单位时间；定时/计数器0计数，工作方式1。 TMOD = B = 15H 计数初值： 定时器1计数值10000，计数初值的十六进制补码为 D8F0H。 计数器0计数初值为0000H。

31 单片机应用技术 程序 ORG 01C0H FREQ：MOV TMOD，#15H ；设置工作方式 MOV TH0，#0 ；送计数初值
MOV TL0，#0 MOV TH1，#0D8H MOV TL1，#0F0H MOV TCON，#50H ；启动定时/计数器 JNB TF1，$ ；等待单位时间到 MOV TCON，#0 ；停止计数 MOV R2，TH0 ；读出计数值 MOV R3，TL0 …… 将R2，R3中的计数值转换成BCD码，即为频率，单位是0 .1KHz。用此种方式测量的频率上限为500KHz。

32 单片机应用技术 ？？？ 思考题： 1、MCS-51单片机内有几个定时计数器？有几种工作方式？ 2、简要介绍T0的定时工作方式1
3、定时器编程前要事先确定什么参数？ 4、用定时器1产生一个50Hz的方波，由P1.2输出，用程序查询方式，fosc＝12MHz。

33 单片机应用技术 第4题参考答案： 方式1是16位定时／计数器， 其定时时间t为：t=(216－X) ×12／fosc
其计数初值X为：X＝216－t×fosc/12 方波周期T＝1／50＝0.02s＝20ms，用T1定10ms， 计数初值X1： X1＝216－12×10×10-3／（12×106） ＝65536－10000＝55536＝D8F0H 源程序如下： MOV TMOD，＃10H ；T1模式1，定时 SETB TR ；启动T1 LOOP：MOV TH1，＃0D8H ；T1计数初值 MOV TL1，＃0F0H JNB TF1，＄ ；T1没有溢出等待 CLR TF ；产生溢出清标志位 CPL P ；P1.2取反输出 SJMP LOOP ；循环