第七章 定时/计数器.

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1 第七章 定时/计数器

2 任课教师:刘忠国 山东大学课程中心网站: 宏晶官方网站： STC单片机编译(汇编)/编程(烧录)/仿真工具说 明书; stc15系列单片机器件手册等 keil μvision软件下载及指导手册(Help→μvision Help) Keil Software –Cx51 编译器用户手册: Cx51编译 器--对传统和扩展的8051微处理器的优化的C 编译器和库参考

3 第七章 定时/计数器 本章学习目标 掌握定时计数器的应用 掌握可编程时钟输出模块的应用

4 第七章 定时/计数器 7.1 定时/计数器及其应用 7.2 可编程时钟输出模块及其应用 7.1.1 定时/计数器的结构及工作原理
第七章 定时/计数器 7.1 定时/计数器及其应用 7.1.1 定时/计数器的结构及工作原理 7.1.2 定时/计数器的相关寄存器 7.1.3 定时/计数器的工作方式 7.1.4 定时/计数器量程的扩展 7.1.5 定时/计数器编程举例 7.2 可编程时钟输出模块及其应用 7.2.1 可编程时钟输出的相关寄存器 · 7.2.2 可编程时钟输出的编程实例

5 第七章 定时/计数器 IAP15W4K58S4单片机内部集成了五个16位的定 时/计数器（T0、T1、T2、T3和T4），不仅可以方便 地用于定时控制，而且还可以用作分频器和用于事件 记录； 另外，可以设置使用可编程时钟输出功能，用于 给外部器件提供时钟。

6 §7.1定时/计数器及其应用 7.1.1 定时/计数器的结构及工作原理
定时/计数器的核心是一个加1计数器，加1计数器的 脉冲有两个来源，一个是外部脉冲源，另一个是系统 的时钟振荡器。 括号内1表示T1x12, 以下类同 AUXR.T0(1)x12 TCON.TR0 溢出中断标志 TCON.TR1 TCON.TF0 P3.4/T0 开启 运行 TCON.TF1 P3.5/T1 TMOD x =0, 1时的引脚与控制标志位 图7-1 定时/计数器的结构框图（x =0, 1, 2, 3,4,下同）

7 7.1.1定时/计数器的结构及工作原理 图中有两个模拟位开关, TMOD.C/T决定工作方式: 是 定时还是计数。
控制信号(由TCON.TR0(1)等形成) 决定计数器开启与 关闭。 用户可对特殊功能寄存器TMOD, TCON相应位设置, 从而选择不同工作方式(计数或定时)或是否启动计数器。 AUXR中T0x12, T1x12决定是否对振荡时钟进行12分频。 TCON.TR0(1) 开启运行 AUXR.T0(1)x12 TMOD 由TCON.TR0(1)等形成 图7-1 定时/计数器的结构框图( x =0,1,2,3,4, 下同)

8 7.1.1、定时/计数器的结构及工作原理 当脉冲源为时钟振荡器(等间隔脉冲序列)时, 每个时钟 周期计数器加1, 因计数脉冲为一时间基准, 所以脉冲数 乘以脉冲间隔时间即定时时间, 因此有定时功能。 当脉冲源为外部脉冲(通常间隔不等) 时, 就是外部事件 计数器, 当外输入端上有1→0的跳变时计数器加1。 外部输入信号的速率是不受限制的，但必须保证给出 的电平在变化前至少被采样一次。 TMOD TCON.TR0(1) 图7-1 定时/计数器的结构框图（x =0,1,2,3,4, 下同）

9 7.1.1定时/计数器的结构及工作原理 计数器对这两个脉冲源之一进行输入计数，每输入一 个脉冲，计数值加1。
当计数到计数器全1时, 再输入一个脉冲就使计数值回 零, 同时从最高位溢出一个脉冲使寄存器TCON的TF0 或TF1置1, 作为计数器的溢出中断标志。 如果定时/计数器工作于定时状态，则表示定时时间到； 若工作于计数状态，则表示计数回零。 TCON.TF0(1) 溢出中断标志 TMOD TCON.TR0(1)

10 7.1.2 定时/计数器的相关寄存器 单片机的CPU和各个特殊功能寄存器之间的关系
定时/计数器的相关寄存器 单片机的CPU和各个特殊功能寄存器之间的关系 定时 计数 时钟 定时 计数 时钟 定时 计数 时钟 定时 计数 时钟 定时 计数 时钟 原手册中名称: T2H, T2L, T3H, T3L, T4H, T4L 图7-2 CPU与定时/计数器相关特殊功能寄存器的关系图 图中, TH0(地址为8C)为T0重装值寄存器高字节, TL0(地址为8A)为 T0重装值寄存器低字节; TH1(地址为8D)为T1重装值寄存器高字节, TL1(地址为8BH)为T1重装值寄存器低字节; TH2(地址为D6H)为T2 重装值寄存器高字节, TL2(地址为D7H)为T2重装值寄存器低字节;、 TH3(地址为D4H)为T3重装值寄存器高字节,TL3(地址为D5H)为T3 重装值寄存器低字节;TH4(地址为D2H)为T4重装值寄存器高字节, TL4(地址为D3H)为T4重装值寄存器低字节; 这些寄存器复位值均 为00H。

11 定时/计数器的相关寄存器 为了与定时/计数器T0和T1的描述保持一致, 本书对T2、 T3和T4相关寄存器的名称和相关位的名称进行了修改。原 手册中的名称分别为T2H、T2L、T3H、T3L、T4H和T4L。 在对应的头文件STC15.INC和stc15.h中分别做了定义，读 者可以直接使用。 其他相关的特殊功能寄存器及其控制位如表7-1所示。 其中，带有C/ 符号的控制位用于选择计数功能或定时 功能，TRx用于启动或停止定时/计数器。Txx12用于设置 是否12分频。TxCLKO用于设置是否允许时钟输出功能。 sfr T4H = 0xD2; //0000,0000 T4高字节 sfr TH4 = 0xD2; //0000,0000 T4高字节 sfr T4L = 0xD3; //0000,0000 T4低字节 sfr TL4 = 0xD3; //0000,0000 T4低字节 sfr T3H = 0xD4; //0000,0000 T3高字节 sfr TH3 = 0xD4; //0000,0000 T3高字节 sfr T3L = 0xD5; //0000,0000 T3低字节 sfr TL3 = 0xD5; //0000,0000 T3低字节 sfr T2H = 0xD6; //0000,0000 T2高字节 sfr TH2 = 0xD6; //0000,0000 T2高字节 sfr T2L = 0xD7; //0000,0000 T2低字节 sfr TL2 = 0xD7; //0000,0000 T2低字节 sfr TH0 = 0x8C; //0000,0000 T0高字节 sfr TH1 = 0x8D; //0000,0000 T1高字节 sfr TL0 = 0x8A; //0000,0000 T0低字节 sfr TL1 = 0x8B; //0000,0000 T1低字节 对T2,T3,T4, TRx在原手册中名称为TxR

12 7.1.2 定时/计数器的相关寄存器 表7-1 与定时/计数器有关的特殊功能寄存器 对T2,T3,T4, TRx在原手册中名称为TxR
定时/计数器的相关寄存器 表7-1 与定时/计数器有关的特殊功能寄存器 寄存器 地址 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 复位值 TMOD 89H GATE M1 M0 B TCON 88H TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 AUXR 8EH T0x12 T1x12 UART_M0x6 TR2 T2_C/T T2x12 EXTRAM S1ST2 INT_CLKO 8FH - EX4 EX3 EX2 T2CLKO T1CLKO T0CLKO x000x000B T4T3M D1H TR4 T4x12 T4CLKO TR3 T3x12 T3CLKO 对T2,T3,T4, TRx在原手册中名称为TxR 以上位域除TCON寄存器的各位可位寻址操作之外, 其他位都不能位寻址

13 定时/计数器的相关寄存器 TMOD、TCON和AUXR用来确定定时/计数器的工作 方式并控制其功能。其中，TMOD控制定时/计数器0和 1的工作方式；TCON控制定时器T0、T1的启停及状态； AUXR设置定时器的速度和T2的功能。 1、TMOD：定时器工作方式控制寄存器 TMOD(地址为89H, 复位值为00H)寄存器的各位定义： 位号 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 定时器名 定时器1 定时器0 位名称 GATE C/ M1 M0

14 1、TMOD：定时器工作方式控制寄存器 位号 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 定时器名 定时器1 定时器0 位名称 GATE
C/ M1 M0 1）M1和M0：方式选择控制位 表7-2 定时/计数器的方式选择 M1 M0 工作方式 功能说明 0 0 16位自动装载的定时器/计数器 0 1 1 16位定时器/计数器 1 0 2 可自动装入的8位计数器 1 1 3 对T0是不可屏蔽中断的16位自动重装定时器 对T1定时器/计数器1此时无效(停止计数)

15 1、TMOD：定时器工作方式控制寄存器 对于方式0~2, 定时/计数器0和定时/计数器1的结构和 工作过程是相同的。
对于方式0~2, 定时/计数器0和定时/计数器1的结构和 工作过程是相同的。 当T0工作于方式3(不可屏蔽中断的16位自动重装载模 式)时, 不需要EA=1, 只需ET0=1就能打开T0的中断。 此模式下, T0中断与总中断使能位EA无关, 一旦T0中断 被允许后, T0中断的优先级就是最高的, 它不能被其它 任何中断所打断; 而且该中断允许后既不受EA的控制, 也不再受ET0的控 制, 清零EA或ET0都不能关闭T0的中断。 工作于该方式的T0可用于实时操作系统的节拍定时器.

16 1、TMOD：定时器工作方式控制寄存器 位号 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 定时器名 定时器1 定时器0 位名称 GATE
C/ M1 M0 2）C/ ：功能选择位。 1：计数器功能（对T0或T1引脚的负跳变进行计数）。 0：定时器功能（对时钟周期进行计数）。 3）GATE：门控位。GATE用于选通控制。 1：INTx为高电平且TRx置位时, 启动定时器工作。 0：每当TRx置位时, 就启动定时器工作。 注意: TMOD寄存器(地址: 89H)不能进行位寻址，设置 时只能对整个寄存器赋值。

17 门控位GATE参考图7-3 图7-3 定时器0和1的工作方式0原理框图 定时器的16位计数器 TCON .4 /.6 x =0, 1
图7-3 定时器0和1的工作方式0原理框图 定时器的16位计数器 TCON .4 /.6 x =0, 1 TMOD. 7(GATE): 门控位。GATE用于选通控制。 GATE=0: 每当TRx置位1时, 就启动定时器工作(非GATE选通方式)。 GATE=1: INTx (x =0, 1)为高电平且TRx置位1时, 启动定时器工作。 当GATE=1, 允许由外部INTx高电平控制计数, 可实现脉宽测量。

18 2、TCON：定时器控制寄存器 TCON(地址为88H,复位值为00H)寄存器的格式如下： 位号 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1
位名称 TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 1）TF1：T1溢出标志位。 T1启动计数后，最高位产生溢出时，TF1由硬件置1， 向CPU请求中断，当CPU响应中断时，由硬件清0。 TF1也可以由程序查询或清0。 2）TF0：定时器/计数器0溢出标志位。 含义和功能与TF1相似。

19 2、TCON：定时器控制寄存器 位号 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 位名称 TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1
3）TR1：T1的运行控制位。可由软件置位或清0。 当GATE(TMOD.7)=0，TR1=1启动T1开始计数， TR1=0时停止T1计数。 当GATE(TMOD.7)=1，TR1=1且INTx输入高电平时， 才允许T1计数。 4）TR0：定时器T0的运行控制位。 含义和功能与TR1相似。

20 3、AUXR：辅助寄存器 辅助寄存器AUXR主要用来设置定时器的速度和定时 器2的功能以及串口UART的波特率控制。
IAP15W4K58S4单片机是1T 的8051单片机, 为兼容传 统8051单片机, 定时器复位后仍然是传统8051的速度, 即12分频, 但此时指令执行速度仍然是1T的速度。 通过设置特殊功能寄存器AUXR中相关的位, 定时器 也可不进行12分频，实现真正的1T速度。 位号 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 位名称 T0x12 T1x12 UART_M0x6 T2R T2_C/ T2x12 EXTRAM S1ST2

21 3、AUXR：辅助寄存器 辅助寄存器AUXR(地址为8EH, 复位值为01H)各位定义: 1）T0x12：定时器0速度控制位。
位号 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 位名称 T0x12 T1x12 UART_M0x6 T2R T2_C/ T2x12 EXTRAM S1ST2 1）T0x12：定时器0速度控制位。 0: 定时器0速度与传统8051定时器速度相同, 即12分频。 1: 定时器0速度是传统8051定时器速度的12倍, 即不分频。 2）T1x12：定时器1速度控制位。 0：即12分频。 1：不分频。 如果UART串口用T1作为波特率发生器，T1x12位决定 UART串口是12T 还是1T。

22 3、AUXR：辅助寄存器 3）T2R：定时器2运行控制位。 0：不允许定时器2运行； 1：允许定时器2运行。
位号 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 位名称 T0x12 T1x12 UART_M0x6 T2R T2_C/ T2x12 EXTRAM S1ST2 3）T2R：定时器2运行控制位。 0：不允许定时器2运行； 1：允许定时器2运行。 4）T2_C/ ：定时器2用作定时器和计数器的选择。 0：定时器（计数脉冲从内部系统时钟输入； 1：计数器（计数脉冲从P3.1/T2引脚输入）。 T2工作模式固定为16位自动重装载模式。不用设置工作方式。

23 3、AUXR：辅助寄存器 5）T2x12：定时器2速度控制位。 0： 12分频，T2每12个时钟计数一次；
位号 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 位名称 T0x12 T1x12 UART_M0x6 T2R T2_C/ T2x12 EXTRAM S1ST2 5）T2x12：定时器2速度控制位。 0： 12分频，T2每12个时钟计数一次； 1：不分频，T2每1个时钟计数一次。 UART_M0x6用于控制UART串口1方式0时的波特率。 0:波特率SYSclk/12; 1:波特率SYSclk / 2; (第8章) S1ST2为串口1选择T1或T2作波特率发生器。(第8章) 0: 选择定时器1; 1: 选择定时器2 EXTRAM:设置是否允许使用内部1792字节扩展RAM。 0:允许使用片内扩展RAM; 1:禁止使用。 对STC15F2K60S2而言 对IAP15W4K58S4而言是3840字节

24 4、外部中断使能和时钟输出寄存器INT_CLKO
T2CLKO、T1CLKO、T0CLKO是与时钟输出有关的位。 参看：§7.2.1 可编程时钟输出的相关寄存器 外部中断使能和时钟输出寄存器INT_CLKO 位号 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 位名称 - EX4 EX3 EX2 LVD_WAKE T2CLKO T1CLKO T0CLKO 当位T0CLKO (INT_CLKO.0)=1时, 将引脚T1/P3.5 /T0CLKO配置为定时器0的时钟输出T0CLKO。 当位T1CLKO (INT_CLKO.1)=1时, 将引脚T0/P3.4 /T1CLKO配置为定时器1的时钟输出T1CLKO。 当位T2CLKO (INT_CLKO.2)=1时, 将引脚P3.0 /T2CLKO 配置为定时器2的时钟输出T2CLKO。

25 5．T4和T3控制寄存器T4T3M 1) TR4：T4运行控制位。TR4=0时, 不允许T4运行; TR4=1时, 允许T4运行。
地址 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 复位值 T4T3M D1H TR4 T4x12 T4CLKO TR3 T3x12 T3CLKO 0H 1) TR4：T4运行控制位。TR4=0时, 不允许T4运行; TR4=1时, 允许T4运行。 2) T4_C/T: 控制T4用作定时器或计数器。T4_C/T =0时, 用 作定时器(计数脉冲从内部系统时钟输入); T4_C/T =1时, 用作计数器(计数脉冲从P0.7/T4引脚输入)。 对T2,T3,T4, TRx在原手册中名称为TxR 3) T4x12：T4速度控制位。T4x12=0时, T4的速度是传统 8051单片机定时器的速度, 即12分频。T4x12=1时, T4的速 度是传统8051单片机定时器速度的12倍, 即不分频。 4) T4CLKO:是否允许将P0.6脚配置为T4的时钟输出T4CLKO。 1: 允许将P0.6脚配置为T4的时钟输出T4CLKO, 输出时钟频率 =T4溢出率/2； 0: 不允许将P0.6脚配置为T4的时钟输出T4CLKO。

26 5．T4和T3控制寄存器T4T3M 5) TR3: T3运行控制位。TR3=0时, 不允许T3运行; TR3=1时, 允许T3运行。
地址 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 复位值 T4T3M D1H TR4 T4x12 T4CLKO TR3 T3x12 T3CLKO B 5) TR3: T3运行控制位。TR3=0时, 不允许T3运行; TR3=1时, 允许T3运行。 6) T3_C/T: 控制T3用作定时器或计数器。T3_C/T =0时, 用 作定时器(计数脉冲从内部系统时钟输入); T3_C/T =1时, 用 作计数器(计数脉冲从P0.5/T3引脚输入)。 7）T3x12：T3速度控制位。T3x12=0时, T3的速度是传统 8051单片机定时器的速度, 即12分频。T3x12=1时, T3的速 度是传统8051单片机定时器速度的12倍, 即不分频。 8) T3CLKO: 是否允许将P0.4脚配置为T3的时钟输出T3CLKO。 对T2,T3,T4, TRx在原手册中名称为TxR

27 7.1.3 定时/计数器的工作方式 通过对寄存器TMOD中M1、M0的设置，定时/计数器 T0和T1有4种不同的工作方式：
定时/计数器的工作方式 通过对寄存器TMOD中M1、M0的设置，定时/计数器 T0和T1有4种不同的工作方式： 方式0: 16位自动重装方式 方式1: 16位定时/计数器方式 方式2: 8位自动重装方式 方式3: (本书置以方式0为例介绍) 对T0是不可屏蔽中断的16位自动重装定时器 对T1定时器/计数器1此时无效(停止计数) 位号 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 定时器名 定时器1 定时器0 位名称 GATE C/ M1 M0

28 1、定时/计数器0和1的工作方式0 (16位自动重装方式)
图7-3 定时器0和1的工作方式0原理框图 AUXR.7/.6 定时器的16位计数器 TMOD.2/.6 P3.4/T0/T1CLKO P3.5/T1/T0CLKO TCON .4 /.6 定时器的16位重装载寄存器 INT_CLKO内 引脚P3.5/T1/T0CLKO 引脚P3. 4 / T0 / T1CLKO 当GATE(TMOD.7)=0, TRx=1启动定时器计数。当GATE=1, 允许由外部INTx高电平控制计数, 可实现脉宽测量。

29 1、定时/计数器0和1的工作方式0 (16位自动重装方式)
IAP15W4K58S4的定时器有两种计数速率：一种是 12T模式，每12个时钟加1；另一种是1T模式，每个 时钟加1。 T0和T1的速率分别由特殊功能寄存器AUXR中的 T0x12 (AUXR.7)和T1x12 (AUXR.6)决定。 T0x12=0，T0工作在12T模式； T0x12=1，T0工作在1T模式。 T1x12=0，T1工作在12T模式； T1x12=1，T1则工作在1T模式。 AUXR寄存器 位号 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 位名称 T0x12 T1x12 UART_M0x6 T2R T2_C/ T2x12 EXTRAM S1ST2

30 1、定时/计数器0和1的工作方式0 (16位自动重装方式)
如何实现16位重装载定时器。 定时器0和1分别有2个隐藏寄存器RL_THx和RL_TLx。 RL_THx与THx共有同一个地址，RL_TLx与TLx共有同一 个地址。 当TRx=0即定时器/计数器被禁止工作时, 对TLx､THx写入 的内容会同时写入RL_TLx､ RL_THx。 当TRx=1即定时器/计数器工作时, 对TLx､THx写入的内容 实际上不是写入当前寄存器TLx､THx中, 而是写入隐藏的寄 存器(修改教材)不会写入RL_TLx､ RL_THx。(注意该情形的 前提条件是方式0)。 这里simulator和硬件仿真结果不同 方便调试? ! simulator时TH1是8位计数器, TL1是4位计数器 !?且方式0溢出中断时, RL_TLx､ RL_THx都不能自动加载 , TL1无法写入, TH1都可写入; 方式1､2时与教材所讲同。 注意在方式1时, TRx=1时,对TLx､THx的写, 是确实写入当前寄存器TLx､THx中。

31 1、定时/计数器0和1的工作方式0 (16位自动重装方式)
当定时器工作在模式0时，[TLx, THx]的溢出不仅置位 TFx，而且会自动将[RL_TLx, RL_THx]的内容重新装 入[TLx, THx]。 当位T0CLKO (INT_CLKO.0)=1时, 将引脚T1/P3.5 /T0CLKO配置为定时器0的时钟输出T0CLKO。 当位T1CLKO (INT_CLKO.1)=1时, 将引脚T0/P3.4 /T1CLKO配置为定时器1的时钟输出T1CLKO。 外部中断使能和时钟输出寄存器INT_CLKO 位号 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 位名称 - EX4 EX3 EX2 LVD_WAKE T2CLKO T1CLKO T0CLKO

32 1、定时/计数器0和1的工作方式0 (16位自动重装方式)
掌握工作方式0即可满足一般工程应 用需求。 其他工作方式可参考手册。

33 T2、T3和T4的工作模式固定为16位自动重装载模式。 它们的内部结构和使用方法相同。下面以T2为例介绍。
AUXR.2 T2中断标志位对用户不可见 AUXR.3 定时器2的16位计数器 T2/P3.1引脚 INT_CLKO内 AUXR.4 引脚输出 P3.0 /T2CLKO 定时器2的16位重装载寄存器 图7-4 定时/计数器T2的原理框图

34 定时/计数器量程的扩展 实际中需要的定时时间常数超过定时器的定时能力, 特 别当单片机系统时钟频率较高时, 定时时长就更有限。 为满足需要, 经常需对单片机的定时能力进行扩展。 1、定时器的最大定时能力 定时状态时，定时器是对时钟周期进行计数, 若对时钟 进行12分频，则每12个时钟周期计数一次。 当晶振频率为 MHz, 用12分频时, 计数的单位时间为： 单位时间为：Tu= = s 定时时间为：Tc=XTu。其中，Tu为单位时间， Tc为定时时间，X为所需计数的次数值。

35 计数次数与计数初值 1、定时器的最大定时能力 单位时间： 定时时间： Tc=XTu , X为所需计数次数。 IAP15W4K58S4单片机的定时/计数器是加1计数器。 因此, 不能直接将实际的计数次数值X作为计数初值送 入计数寄存器THx、TLx中。 当使用工作方式0时, 必须将实际计数次数值以216为 模求补, 以补码作为计数初值送入THx和TLx。 即应装入定时/计数器的计数初值N为： X: 计数次数值

36 1、定时器的最大定时能力 计数次数与计数初值 例如: 已知 , 要求定时Tc＝10ms, 晶振频率为11.0592MHz, 用12分频时
则: 对方式0, 计数初值(时间常数): = =0DC00H (THx装入DCH, TLx装入00H)。 当系统时钟频率为 MHz，12分频时： 16位定时器最大定时能力为: T = × ≈71.11ms 计数初值= 216 -计数次数

37 2、定时量程的扩展 定时量程的扩展分为软件扩展和硬件扩展两种方法。 （1）软件扩展方法 软件扩展方法是在定时器中断服务程序中对定时器中 断请求次数进行计数，当中断请求次数达到要求值时 才进行相应的处理。 例如，某事件的处理周期为1s, 由于受到最大定时时间 (71.11ms)的限制，无法一次完成定时。 可将定时器的定时时间设为10ms，启动定时器后，每 一次定时器溢出中断将产生10ms的定时。 在中断服务程序中对定时器中断次数进行计数，每计 数100次进行一次事件处理，则可实现1s的定时效果。

38 2、定时量程的扩展 （2）硬件扩展方法 硬件扩展方法可以使用外接通用定时器芯片对单片 机的定时能力进行扩展。
也可以利用单片机自身的资源对定时能力进行扩展。 例如, 将两个定时器串联起来使用 (一个用于定时方 式, 另一个用于计数方式, 请分析其最大定时时间)。 当系统时钟频率为 MHz，12分频时： 16位定时器最大定时能力为: T ≈71.11ms 两个串联最大定时时间: T = 216 ×71.11ms ≈ s 由于该扩展方法占用较多的资源，较少采用。

39 7.1.5 定时/计数器编程举例 定时/计数器的应用一般用中断方式, 编程需考虑两点： 正确初始化: 包括写入控制字, 时间常数计算并装入；
定时/计数器编程举例 定时/计数器的应用一般用中断方式, 编程需考虑两点： 正确初始化: 包括写入控制字, 时间常数计算并装入； 中断服务程序的编写: 编写需定时完成的任务代码。 在定时/计数器初始化部分的一般步骤大致如下： 设置工作方式，将控制字写入TMOD寄存器 (对T0和 T1)或AUXR(对T2)或T4T3M寄存器(对于T3和T4)。 设置分频方式, 即Tx×12控制位, 将控制字写入AUXR 或T4T3M寄存器。默认的情况是12分频(兼容传统8051 单片机), 若使用传统8051单片机模式, 无需设置。 T2,T3,T4固定为16位自动重装载模式, 只设置定时/计数和分频。

40 在定时/计数器初始化部分的一般步骤大致：
计算定时/计数初值, 并将其装入TLx、THx寄存器 (对于T0和T1), 或TxL、TxH寄存器(对于T2,T3,T4 在原手册中的名称)。 置位ETx和EA允许定时/计数器中断（若需要）。 置位TRx (对于T0和T1) 或TxR (对于T2,T3,T4在原 手册中的名称) 以启动定时/计数。 ④⑤可交换顺序, 对系统无影响。 在中断服务程序中, 要注意计数初值的重新装入问题。 对T2,T3,T4, TRx在原手册中名称为TxR

41 利用STC-ISP工具可生成定时器的初始化代码

42 7.1.5 定时/计数器编程举例 【例7-1】设系统时钟频率为11.0592 MHz，利用T0定 时，每隔0.5s将P2.7的状态取反。
定时/计数器编程举例 【例7-1】设系统时钟频率为 MHz，利用T0定 时，每隔0.5s将P2.7的状态取反。 解： 所要求定时时间0.5s超过了定时器的定时能力 (时钟 频率为 MHz, 12分频时, 16位定时器的最长定 时时间为71.11ms), 所以无法采用定时器直接实现0.5s 定时。 将定时器定时时间设为50ms, 在中断服务程序中对 定时器溢出中断请求进行计数, 当计够10次时, 将 P2.7状态取反, 否则返回主程序, 从而达到0.5s定时。

43 【例7-1】每隔0.5s将P2.7的状态取反 $INCLUDE (STC15.INC) ;包含IAP15W4K58S4寄存器定义文件
选择T0工作于方式0, 方式字TMOD为00H。系统时钟频率 为 MHz, 12分频时, 定时时间为50ms的计数初值为: 计数次数 →TH0,TL0 汇编程序： $INCLUDE (STC15.INC) ;包含IAP15W4K58S4寄存器定义文件 ORG H LJMP MAIN ;转主程序 ORG BH ;T0中断服务程序入口地址 LJMP T0_ISR ORG H MAIN: MOV SP, #7F60H ;设置堆栈指针 LCALL TIMER0INIT ;调用T0初始化子程序

44 【例7-1】 (续) LCALL TIMER0INIT ;调用T0初始化子程序
MOV A, #10 ; A置初值10, 计数定时中断次数 SETB ET0 ;允外T0中断 SETB EA ;CPU开中断 SJMP $ ;等待 头文件有定义: TF0 BIT 8DH TR0 BIT 8CH ET0 BIT 0A9H EA BIT 0AFH TIMER0INIT: ANL AUXR, #7FH ;定时器时钟12T模式 ANL TMOD, #0F0H ;设置定时器模式 MOV TL0, #00H ;设置定时初值 MOV TH0, #4CH CLR TF0 ;清除TF0标志 SETB TR0 ;T0开始计时 RET 可利用STC-ISP 工具生成定时器 的初始化代码 T0_ISR: DEC A ; 累加器A内容减1 JNZ T0_END CPL P ;计时0.5s到, 将P2.7的状态取反 MOV A, # ;累加器A重载10 T0_END: RETI END T0中断服务程序入口 头文件有定义: P2 DATA 0A0H ; P2.7(或P2^7)可直接用, C语言不能直接用

45 【例7-1】每隔0.5s将P2.7的状态取反。C语言程序:
#include “stc15.h” //包含IAP15W4K58S4寄存器定义文件 sbit P20=P2^7; //声明P2.7的引脚位变量, 不能直接用P2^7 unsigned char i; //声明计数变量。C程序中尽量不要用ACC void main (void) { //SP=0x60; //用C语言设计程序,可不设置堆栈指针 Timer0Init(); //调用T0初始化子函数 i=10; //定时中断次数计数变量赋初值, 中断服务程序中减一计数 ET0=1; //允许T0中断 EA = 1; //开放总的中断 while(1); //等待中断 } 头文件有定义: sfr P2 0xA0; 头文件有定义: sfr IE = 0xA8; sbit ET0=IE^1 sbit EA=IE^7 sbit TR0=TCON^4

46 【例7-1】每隔0.5s将P2.7的状态取反。C语言程序:
void Timer0Init(void) { AUXR &= 0x7F; //定时器时钟12T模式 TMOD &= 0xF0; //设置定时器模式(方式0) TL0 = 0x00; //设置定时初值 TH0 = 0x4C; //设置定时初值 TF0 = 0; //清除TF0标志 TR0 = 1; //定时器0开始计时 } 头文件有定义: sfr AUXR =0x8E; sfr TMOD=0x89; sfr TL0=0x8A; sfr TH0=0x8C; sbit TF0=TCON^5 sbit TR0=TCON^4 可利用STC-ISP 工具生成定时器 的初始化代码

47 【例7-1】每隔0.5s将P2.7的状态取反。C语言程序:
(或用头文件定义的符号常数)interrupt T0_VECTOR void T0_ISR (void) interrupt 1 //定时器T0中断服务函数 { i--; //定时中断次数计数变量(初值10)减1 if(i==0) { //若减到0，则将P2.7取反 P27 = !P27; //将P2.7取反, 不能直接用P2^7 (P2.7) i =10; //重新给计数变量赋值 }

48 [例7-2] 设时钟频率为11.0592 MHz, 用定时器T2定时, 使连接P2.7的指示灯亮0.2s，灭0.8s 。
所要求定时时间超过了定时器的定时能力 (时钟 频率为 MHz, 12分频时, 16位定时器的最 长定时时间为71.11ms), 所以无法采用定时器直接 实现0.2s和0.8s的定时。 将定时器定时时间设置为10ms, 在中断服务程序 中对定时器溢出中断请求进行初值为100次的减一 计数, 当减到80次时, 达到0.2s定时, 然后从80开始 减到0次时, 达到0.8s定时。

49 [例7-2] 设时钟频率为11.0592 MHz, 用定时器T2定时, 使连接P2.7的指示灯亮0.2s，灭0.8s 。
利用STC-ISP工具生成定时器的初始化代码 汇编代码如下： $INCLUDE (STC15.INC) ;包含IAP15W4K58S4寄存器定义文件 LED4 EQU P2.7 ;指示灯控制引脚定义 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0063H ;T2的中断服务程序入口地址 LJMP T2_ISR MAIN: MOV SP,#70H ;设置堆栈指针 MOV R2,#100 ;中服程序中减一计数器的初值为100 LCALL TIMER2INIT ;调用T2初始化子程序 ORL IE2, #04H ;允许T2中断 SETB EA ;开放CPU中断 SJMP $

50 [例7-2] 设时钟频率为11.0592 MHz, 用定时器T2定时, 使连接P2.7的指示灯亮0.2s，灭0.8s 。
TIMER2INIT: ANL AUXR,#0FBH ;定时器时钟12T模式 MOV T2L,#00H ;设置定时初值 MOV T2H,#0DCH ;设置定时初值 ORL AUXR,#10H ;T2开始计时 RET 利用STC-ISP工具生成定时器的初始化代码

51 [例7-2] 设时钟频率为11.0592 MHz, 用定时器T2定时, 使连接P2.7的指示灯亮0.2s，灭0.8s 。
T2_ISR: DEC R ;初值R2=100 CJNE R2, #80, R2NOT80 ;若R2< 80, 则C置1, 否则C=0 R2NOT80: ;等于80的情况与大于80的情况一样处理, 此时Cy=0 JC R2LESS80 CLR LED ;P2.7=0即输出低电平时灯亮(0.2s) LJMP T2_END R2LESS80: SETB LED ;P2.7=1即输出高电平时灯灭(0.8s) CJNE R2, #0, T2_END ;R2减到0时重新赋值R2=100, 否则返回 MOV R2, #100 LJMP T2_END ;本行指令可去掉 T2_END: RETI END

52 [例7-2] 设时钟频率为11.0592 MHz, 用定时器T2定时, 使连接P2.7的指示灯亮0.2s，灭0.8s 。
对应的C语言代码如下： #include "stc15.h " //包含IAP15W4K58S4的寄存器定义文件 sbit LED4=P2^7; //指示灯控制引脚定义 unsigned char msnum; //10毫秒定时中断次数减一计数器变量 void Timer2Init(void); //T2初始化子函数声明 void main(void) { msnum=100; //减一计数器变量初值100 Timer2Init(); //调用T2初始化子函数 IE2 |= 0x04; //允许T2中断 EA = 1; //开放CPU中断 while (1); //循环等待中断 }

53 [例7-2] 设时钟频率为11.0592 MHz, 用定时器T2定时, 使连接P2.7的指示灯亮0.2s，灭0.8s 。
void Timer2Init(void) { AUXR &= 0xFB; //定时器时钟12T模式 T2L = 0x00; //设置定时初值 T2H = 0xDC; //设置定时初值 AUXR |= 0x10; //T2开始计时 } //T2中断服务函数 void t2_isr(void) interrupt T2_VECTOR msnum--; //减一计数器变量初值100(定时1s) if(msnum==0) msnum=100; //减到0时重新赋初值 if(msnum<80) LED4=1; //P2.7=1即输出高电平时灯灭(0.8s) else LED4=0; // P2.7=0即输出低电平时灯亮(0.2s) 利用STC-ISP工具生成 定时器的初始化代码

54 7.1.5 定时/计数器编程举例 [例7-3] 利用定时器的门控方式实现正脉冲的脉宽测量。
定时/计数器编程举例 [例7-3] 利用定时器的门控方式实现正脉冲的脉宽测量。 当GATE=1, TRx=1, 只有引脚INTx输入高电平时, Tx 才被允许计数, 利用这一特点, 就可以测量引脚INTx上 正脉冲的宽度。 Tx的启动(1)信号 以T0为例的门控法测 量示意图如下图所示。 x=0, 1 INT0 x=0 引脚P3.2/INT0 图7-6 利用门控法测量脉冲宽度

55 [例7-3] 利用定时器的门控方式实现正脉冲的脉宽测量。
解：以T0为例,下面给出实现这一方法的关键代码: $INCLUDE (STC15.INC) ;包含寄存器定义文件 MOV TMOD, #09H ;T0工作于16位定时方式,GATE=1 MOV TL0,#00H ;计数初值0H MOV TH0,#00H CLR EX0 ;关外部中断 JNB P3.2, $ ;等待引脚P3.2/INT0升高(设初始为低电平) SETB TR0 ; 启动定时器T0 JB P3.2, $ ;等待引脚P3.2/INT0下降 CLR TR0 ;关定时器T0 MOV A, TL0 ;T0内容高8位送B，低8位送A MOV B, TH0 …… ;计算脉宽或送显示器显示

56 [例7-3] 利用定时器的门控方式实现正脉冲的脉宽测量。
思考： （1）当脉冲宽度超过定时器的最大定时时间应该如何 处理？ （2）在动态读取运行中的定时/计数器的计数值时，如 果不加注意，就可能出错。这是因为不可能在同一时 刻同时读取TH0和TL0中的计数值。比如，先读TL0 后读TH0，因为定时/计数器处于运行状态，在读TL0 时尚未产生向TH0进位，而在读TH0前已产生进位， 这时读得的TH0就不对了；同样，先读TH0后读TL0 也可能出错。如何解决这个问题？ 加定时中断 CLR TR0 ;关定时器T0

57 §7.2可编程时钟输出模块及其应用 在控制系统中, 有时需要为单片机外部的器件提供时 钟控制, 为此, IAP15W4K58S4单片机提供了6路可编程 时钟输出功能。 MCLKO/P5.4, T0CLKO/P3.5, T1CLKO/P3.4, T2CLKO/P3.0, SysClkO/P5.4 T3CLKO/P0.4, T4CLKO/P0.5。 以上2路STC15F2K60S2无 只有内部R/C时钟频率为12MHz以下时, MCLKO/P5.4 才能正常输出。

58 §7.2.1 可编程时钟输出的相关寄存器 表7-3 可编程时钟输出的相关寄存器及其控制位 寄存器 地址 D7 D6 D5 D4 D3 D2
§ 可编程时钟输出的相关寄存器 表7-3 可编程时钟输出的相关寄存器及其控制位 寄存器 地址 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 复位值 CLK_DIV 97H MCKO_S1 MCKO_S0 ADRJ TX_RX — CLKS2 CLKS1 CLKS0 0000x000B INT_ CLKO 8FH - EX4 EX3 EX2 T2CLKO T1CLKO T0CLKO x000x000B T4T3M D1H TR4 T4x12 T4CLKO TR3 T3x12 T3CLKO B

59 7.2.1 可编程时钟输出的相关寄存器 1、主时钟输出 主时钟可以是内部高精度R/C时钟，也可以是外部输入 的时钟或外部晶体振荡产生的时钟。
通过设置CLK_DIV寄存器的MCKO_S1和MCKO_S0 两位, 可将MCLKO/P5.4 管脚配置为主时钟输出, 同时, 还可设置输 出频率。 教材: IAP15W4K58S4(应为STC15F60S2)单片机的MCLKO/P5.4只可以对外输出内部RC时钟, IAP15W4K58S4手册上对外输出的是系统频率, 时钟输出引脚为SysClkO/P5.4。 时钟分频寄存器CLK_DIV(也称PCON2, 地址97H, 复位值0000 x000B) 的各位定义如下： 位号 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 名称 MCKO_S1 MCKO_S0 ADRJ TX_RX - CLKS2 CLKS1 CLKS0

60 1、主时钟输出 时钟分频寄存器CLK_DIV 主时钟的输出频率由MCKO_S1和MCKO_S0控制。
位号 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 名称 MCKO_S1 MCKO_S0 ADRJ TX_RX - CLKS2 CLKS1 CLKS0 主时钟的输出频率由MCKO_S1和MCKO_S0控制。 表7-4 主时钟的输出频率设置 MCKO_S1 MCKO_S0 主时钟的输出频率 无主时钟输出 1 主时钟输出频率= MCLK/1 主时钟输出频率= MCLK/2 主时钟输出频率= MCLK/4 (P5.4/MCLKO) /SysClkO/P5.4 SysClk/1 SysClk/2 SysClk/4 SysClk/16 其中, MCLK指主时钟频率:可以是内部高精度R/C时钟, 也可以是外部输入的时钟或外部晶体振荡产生的时钟。 教材: IAP15W4K58S4(应为STC15F60S2)单片机的MCLKO/P5.4只可以对外输出内部RC时钟, IAP15W4K58S4手册上对外输出的是系统频率, 时钟输出引脚为SysClkO/P5.4。 5V芯片对外可编程时钟输出速度最快不超过13.5MHz

61 时钟分频寄存器CLK_DIV (PCON2)
分频系数选择表 位号 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 名称 MCKO_S1 MCKO_S0 ADRJ Tx_Rx - CLKS2 CLKS1 CLKS0 CLKS2, CLKS1,CLKS0: 设置分频系数,如表 所示。 CLKS2 CLKS1 CLKS0 分频后CPU实际工作时钟(系统时钟) 主时钟频率/1，不分频 1 主时钟频率/2 主时钟频率/4 主时钟频率/8 主时钟频率/16 主时钟频率/32 主时钟频率/64 主时钟频率/128 补充参考 其中, MCLK指主时钟频率:可以是内部高精度R/C时钟, 也可以是外部输入的时钟或外部晶体振荡产生的时钟。

62 2. T4CLKO/P0. 5, T3CLKO/P0. 4, T2CLKO/P3. 0, T1CLKO/P3. 4, T0CLKO/P3
T4CLKO/P0.5、 T3CLKO/P0.4、 T2CLKO/P3.0、 T1CLKO/P3.4和T0CLKO/P3.5的时钟输出分别由T4和 T3控制寄存器T4T3M中的T4CLKO, T3CLKO位和外部 中断使能和时钟输出寄存器INT_CLKO (也称AUXR2) 的T2CLKO、T1CLKO和T0CLKO位控制。 当TxCLKO=0时, 不允许时钟输出功能; 当TxCLKO=1 时, 允许相应的时钟输出功能, 输出时钟频率为定时/计 数器的溢出率/2, 相应地, 定时器需要工作在自动重装模 式, 不允许定时器中断, 以免CPU反复进中断。 寄存器 地址 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 INT_CLKO 8FH - EX4 EX3 EX2 T2CLKO T1CLKO T0CLKO T4T3M D1H TR4 T4x12 T4CLKO TR3 T3x12 T3CLKO

63 7.2.2 可编程时钟输出的编程实例 IAP15W4K58S4时钟输出引脚为SysClkO/P5.4 STC15F60S2时钟输出引脚为MCLKO/P5.4 1､若要使用主时钟输出, 例, 从P5.4/MCLKO输出时钟信 号, 频率是SYSclk (系统时钟), 只需加入下面语句即可： MOV CLK_DIV, #40H ;汇编语言程序设置CLK_DIV CLK_DIV = 0x40; //在C语言程序中设置CLK_DIV 当CLK_DIV=40H时, SYSclk (系统时钟)就是主时钟, 也是输出时钟。 适用STC15F60S2

64 7.2.2 可编程时钟输出的编程实例 2. 若要从T4CLKO/P0.5, T3CLKO/P0.4, T2CLKO/P3.0, T1CLKO/P3.4或T0CLKO/P3.5输出时钟, 需要在用户 程序中进行下面的设置： ① 设置定时/计数器的工作方式(T0和T1设置为方式0); ② 设置16位重装载值(分别设置TLx和THx); ③ 启动定时/计数器工作(将TRx设置为1); ④ 将TxCLKO位置1, 让定时/计数器的溢出在对应引脚 上输出时钟。

65 7.2.2 可编程时钟输出的编程实例 下面以一个具体实例，说明如何使用IAP15W4K58S4单 片机的可编程时钟输出功能。 【例7-4】 设时钟频率SYSclk= MHz, 设计程序, 从T0 (P3.4/T1CLKO)引脚输出频率为19.2KHz的时钟; 从T1 (P3.5/T0CLKO)引脚输出频率为38.4KHz的时钟。 解： 使用IAP15W4K58S4的可编程时钟输出功能完成所 需要求。在下面的程序设计中 (C语言程序)，T0和T1 均工作在1T模式。

66 例7-4 时钟11.0592MHz, T0脚输出19.2KHz; T1 输出38.4KHz
#include "stc15.h" //包含IAP15W4K58S4寄存器定义头文件 void main(void) { TMOD = 0x00; //T0,T1工作方式0, 16位自动重装计数器 AUXR = AUXR | 0x80; //T0工作在1T模式 AUXR = AUXR | 0x40; //T1工作在1T模式 //设置T01的16位自动重装计数初值,输出频率= /2/288=19200Hz TH01 = ( )>>8; TL01 = ( ); //置T10的8位自动重装计数初值,输出 /2/144 = 38400Hz TH10 = ( )>>8; TL10 = ( ); TR0 = 1; //启动T0计数, 对系统时钟进行分频输出 TR1 = 1; //启动T1计数, 对系统时钟进行分频输出 INT_CLKO =INT_CLKO|0x03; //允许时钟输出 //至此时钟已经输出, 可通过示波器看到输出时钟频率 while(1); } 例7-4 时钟 MHz, T0脚输出19.2KHz; T1 输出38.4KHz 计数次数288 T0 (P3.4/T1CLKO)输出19.2KHz; T1 (P3.5/T0CLKO) 输出38.4KHz。

67 【例7-5】设时钟频率为11.0592MHz, 使用定时器2的时钟输出功能, 使P3.0/T2CLKO口输出38.4KHZ的方波。
$INCLUDE (STC15.INC) ;IAP15W4K58S4寄存器定义文件 T38_4KHz EQU 0FF70H ;( / 38400/2) ;( )=65392= 0FF70H ;1T模式下的重装时间常数 ORG 0000H LJMP MAIN MAIN:MOV SP, #70H MOV T2H, #HIGH T38_4KHz ;T2时间常数高字节 MOV T2L, #LOW T38_4KHz ;T2时间常数低字节 MOV AUXR, #10H ;启动T2 ORL INT_CLKO, #04H ;允许T2时钟输出功能 SJMP $ END 计数次数144 Ax51 Assembler User's Guide → Writing Assembly Programs→ Expressions and Operators→ Operators

68 【例7-5】对应的C语言代码如下： #include "stc15.h" //包含IAP15W4K58S4寄存器定义头文件 #define T38_4KHz ( /38400/2) //输出38.4KHZ方波的的计数初值(1T模式下) void main(void) { T2H= T38_4KHz>>8; //设置T2重装时间常数高字节 T2L = T38_4KHz; //设置T2重装时间常数低字节 AUXR = 0x10; //启动定时器T2 INT_CLKO |= 0x04; //允许T2时钟输出 while (1); //循环 }

69 第7章 作业 7.3，7.4，7.5 涉及STC实验箱平台, 在综合训 练中参考训练用开发系统。