片机课件5MCS51单片机定时器计数器.ppt

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1、第5章 MCS-51单片机定时器/计数器主要内容n 定时/计数器的工作原理模式n 定时/计数器的工作方式n 定时/计数器的应用1（1）定时器/计数器的概念定时器计数器定时/计数器 内部计数器内部计数器外部计数器（2）MCS-51的定时器/计数器简介 2个16位的定时/计数器，有多种工作方式。定时/计数器工作在定时模式时，计数脉冲信号来自单片机的内部，计数速率是晶振频率的1/12，当计数器启动后，每个机器周期计数器自动加1。定时/计数器工作在计数模式时，计数器对外部脉冲进行计数，计数器计P3.4(T0脚）P3.5(T1脚）负跳变次数。每产生一次负跳变，计数器自动加1。概述2MCS-51定时器/计

2、数器的逻辑结构 概述3GATEM0C/TM1M0GATEC/TM1D0D1D2D3D4D5D6D7定时/计数器工作方式定时器和计数器模式选择门控位定时/计数器T0定时/计数器T1定时/计数器工作方式定时器和计数器模式选择门控位 定时器/计数器的工作方式选择及控制（一）定时/计数器的工作方式寄存器（TMOD，89H）4定时器和计数器模式选择位 0，定时器模式，每一个机器周期计数器自动加1。1，计数器模式，在单片机T0引脚上每发生一次负跳变，计数器自动加1。GATE0，定时/计数器工作不受外部控制。GATE1，定时/计数器T0的起停受INT0引脚的控制。TMOD各位的定义（以定时器/计数器T0为例

3、）M0 M1 说 明 0 0013位定时器/计数器，由TL0低五位和TH0高八位组成工作方式 0 1116位定时器/计数器，由TL0低八位和TH0高八位组成 1 028位定时器/计数器，由TL0低八位组成 1 13TL0低八位和TH0高八位分别位8位定时器/计数器 定时器/计数器的工作方式选择及控制（一）定时/计数器的工作方式寄存器（TMOD，89H）定时器/计数器的工作方式选择及控制（一）定时/计数器的工作方式寄存器（TMOD，89H）5TF1TF0IE1TR1IT0IT1IE0TR0定时器/计数器1的溢出标志TCOND0D1D2D3D4D5D6D7定时器/计数器0的起停控制位定时器/计数器

4、1的起停控制位定时器/计数器0的溢出标志 TR0=1 启动定时/计数器T0 TR0=0 定时/计数器T0停止计数 TR1=1 启动定时/计数器T1 TR1=0 定时/计数器T1停止计数 定时器/计数器的工作方式选择及控制（二）定时/计数器控制寄存器（TCON）控制定时/计数器的起停，反映定时/计数器是否计满。6（二）定时/计数器控制寄存器（TCON）单片机复位时，特殊功能寄存器TCON被清0。TFx（x=0,1）和TRx（x=0,1）由软件方法置1或清0。既可按单元操作的方式，也可以按位操作方式。如启动定时/计数器T0和T1，清除溢出标志位TF0和TF1操作如下：SETB TR0 SETB T

5、R1 CLR TF0 CLR TF1 或：MOV TCON,#01010000B 定时器/计数器的工作方式选择及控制7 注意：使用定时器/计数器时应注意以下几个方面：（1）MCS51的定时器/计数器为加1计数器。（2）定时器/计数器T1的工作方式没有方式3，如果设置它为方式3（M1M0=11），定时器/计数器T1停止工作。（3）一般情况下，定时器/计数器T1溢出后，TF1自动置1，可以以此为判断标志，检测定时或计数是否完成，但在定时器/计数器T0设置为方式3时，TF1为1时意味着8位计数器TH0溢出，TF0为1表示8位计数器TL0溢出。（4）在计数器模式时，计数脉冲的频率不高于振荡器频率的1/

6、24.定时器/计数器的工作方式选择及控制（二）定时/计数器控制寄存器（TCON）8 方式05.3 定时器/计数器的工作方式及工作原理定时器计数器T0工作方式0的逻辑结构计数器的低五位计数器的高八位TH0TL09 当GATE=0时，只要TR0为1，TL0及TH0组成的13位计数器就开始计数；当GATE=1时，仅当TR0为1，且引脚输入信号状态为1时，13位计数器开始计数。计数器开始工作时，当13位计数器从初始值开始加1计数，当13位计数器各位全1以后，再计数1次，计数器就产生溢出，则TF0位由硬件自动置1，同时把计数器清0。在方式0下，计数器计数范围是18192（213）。定时时间范围为1819

7、2个机器周期。5.3 定时器/计数器的工作方式及工作原理 方式010 在工程设计时，我们经常碰到的是这样的问题：要求在计数次或者定时（延时）秒后，再进行下一步的动作。如果采用定时/计数器实现，最直接的方法是让定时/计数器计数次或者定时秒后溢出，溢出标志TF0（或TF1）为我们提供了测试判断条件。然而，计数器只有在计满后才会溢出，上述问题转换为在某个初始值的基础上再计N次或再定时t秒使定时/计数器溢出。因此，求初始值是解决上述问题的关键。5.3 定时器/计数器的工作方式及工作原理 方式011（1）计数器工作模式计数N次，要求计数器溢出，设初始值为 ，则：，那么，预先给计数器装入初始值 ，当计数器

8、计数 次后，溢出标志TF0为1。5.3 定时器/计数器的工作方式及工作原理 方式012（2）定时器模式 定时td，要求计数器溢出。首先计算定时td需要多少个机器周期，即：设初始值为X，则：，预先给计数器装入初始值，当计数器计个机器周 期后，溢出标志TF0为1，定时时间到。5.3 定时器/计数器的工作方式及工作原理 方式013定时器计数器T0工作方式1的逻辑结构5.3 定时器/计数器的工作方式及工作原理 方式114 当GATE=0时，只要TR0为1，TL0及TH0组成的16位计数器就开始计数；当GATE=1时，仅当TR0为1，且引脚输入信号状态为1时，16位计数器开始计数。计数器开始工作时，当1

9、6位计数器从初始值开始加1计数，当16位计数器各位全1以后，再计1次，计数器就产生溢出，则硬件自动把TF0位置1，同时把计数器清0。5.3 定时器/计数器的工作方式及工作原理 方式115（1）计数器工作模式 计数N次，要求计数器溢出，设初始值为X，则：，那么，预先给计数器装入初始值 ，当计数器计数N次后，溢出标志TF0为1。5.3 定时器/计数器的工作方式及工作原理 方式116（2）定时器工作模式 定时td秒，要求计数器溢出。首先计算定时td需要多少个机器周期才能实现，即：设初始值为X，则：，那么，。预先给计数器装入初始值 ，当计数器计N个机器周期后，溢出标志TF0为1，定时时间到。方式1时，

10、定时/计数器的最大计数次数为65536（初始值为0），最大定时时间为65536TM（初始值为0）。5.3 定时器/计数器的工作方式及工作原理 方式117定时器计数器0在工作方式2的逻辑结构5.3 定时器/计数器的工作方式及工作原理 方式218 当GATE=0时，只要TR0为1，计数器TL0开始计数；当GATE=1时，仅当TR0为1，且引脚输入信号状态为1时，计数器TL0开始计数。计数器开始工作时，当8位计数器TL0从初始值开始加1计数，当计数器各位全“1”以后，再计1次，计数器产生溢出，则TF0位由硬件自动置1，同时把TH0的内容装载到TL0。5.3 定时器/计数器的工作方式及工作原理 方式2

11、19（1）计数器工作模式 计数N次，要求计数器溢出，设初始值为X，则：，那么，预先给计数器装入初始值 ，当计数器计数N次后，溢出标志TF0为1。5.3 定时器/计数器的工作方式及工作原理 方式220 （2）定时器工作模式 定时td秒，要求计数器溢出。首先计算定时td需 要多少个机器周期才能实现，即：。设初始值为X，则：，那么，。预先给计数器装入初始值 ，当计数器计N 个机器周期后，溢出标志TF0为1，定时时间到。方式2时，定时/计数器的最大计数次数为256（初始值为0），最大定时时间为256TM（初始值为 0）。5.3 定时器/计数器的工作方式及工作原理 方式221 当M1M0设置为11时，定

12、时/计数器T0的工作方式为方式3。只有定时/计数器T0有方式3，定时/计数器T1没有工作方式3，如果把T1设置为方式3，计数器将停止工作。在工作方式3下，定时器/计数器T0被拆分成2个独立的8位计数器TL0和TH0。5.3 定时器/计数器的工作方式及工作原理 方式3225.3 定时器/计数器的工作方式及工作原理 方式3TL0定时/计数器逻辑结构定时器/计数器T0工作方式3的逻辑结构23TH0定时/计数器逻辑结构定时器/计数器T0工作方式3的逻辑结构5.3 定时器/计数器的工作方式及工作原理 方式324 5.4.1 定时器计数器初始化 定时/计数器的初始化包括设置工作方式、计数器或定时器模式、计

13、算计数初始值、启动定时/计数器、设置中断控制位等。定时和计数可以采用查询方式和中断方式实现。5.4 定时器/计数器的编程应用举例25 （一）采用查询方式实现定时和计数 （1）确定工作方式、计数器或定时器模式及启动控制方式，构造方式控制码并写入特殊功能寄存器TMOD：MOV TMOD,#控制码。（2）计算定时器或计数器的计数初始值，根据工作方式把初始值送人TH0、TL0或TH1、TL1。（3）启动定时/计数器：SETB TRx，x=0,1。定时/计数器开始工作，通过查询TFx是否为1来判断定时或计数是否达到要求。5.4 定时器/计数器的编程应用举例 5.4.1 定时器计数器初始化26 （二）采用

14、中断方式实现定时和计数 （1）确定工作方式、计数器或定时器模式及启动控制方式，构造控制码并写入特殊功能寄存器TMOD。（2）计算定时器或计数器的计数初始值，根据工作方式把初始值送人TH0、TL0或TH1、TL1。（3）开放CPU中断，允许定时/计数器溢出中断CPU的工作：对IE寄存器编程。（4）启动定时/计数器：SETB TRx，x=0,1。当计数器溢出时，定时或计数达到要求，CPU响应中断，程序转移到相应的中断处理程序入口处。5.4 定时器/计数器的编程应用举例 5.4.1 定时器计数器初始化27 定时/计数器有多种工作方式，每一种工作方式都能提供定时和计数功能，我们在应用中如何选择合适的工

15、作方式呢？（1）掌握每种工作方式下定时/计数器的工作原理和特点。（2）了解每种工作方式下定时/计数器的最大计数次数和最大定时时间。5.4 定时器/计数器的编程应用举例 5.4.2 定时器计数器应用28 13位定时/计数器（方式0）最大计数次数为8192，当晶振频率时，最大定时时间为8.192 ms。16位定时/计数器（方式1）最大计数次数为65536，当晶振频率时，最大定时时间为65.536 ms。8位定时/计数器（方式2和方式3）最大计数次数为256，当晶振频率时，最大定时时间为0.256 ms。5.4 定时器/计数器的编程应用举例 5.4.2 定时器计数器应用29 （一）方式0的应用5.4

16、 定时器/计数器的编程应用举例 5.4.2 定时器计数器应用控制系统原理30 （一）方式0的应用 例1：已知某生产线传送带上产品单向传送到包装机，传送带上的产品之间有间隔，使用光电开关检测的产品个数，每计数到12个产品时，由气缸驱动的顶推装置把这批产品推入包装机包装，顶推装置的顶推气缸动作响应时间为50ms。系统采用单片机控制，采用定时/计数器实现产品计数。5.4 定时器/计数器的编程应用举例 5.4.2 定时器计数器应用31 解：（1）计数采用定时/计数器T1的方式0，则方式控制字为：即：（TMOD）=01000000B。（2）期望计数的次数为12次，方式0实现计数，则计数初始值为：则（TH

17、1）=11111111B，（TL1）=00010100B。5.4 定时器/计数器的编程应用举例 （一）方式0的应用 5.4.2 定时器计数器应用32 （3）查询方式程序：CLR P1.0 ；顶推气缸复位MOV TMOD,#01000000B ；设置工作方式0和计数器模式MOV TH1,#11111111B ；设置计数初始值高8位MOV TL1,#00010100B ；设置计数初始值低5位SETB TR1 ；计数器启动CNTING:JBC TF1,OK ；检测是否溢出，若溢出，清溢出标志SJMP CNTING ；等待，计数OK:MOV TH1,#11111111B ；重新装入计数常数值，以便下一

18、 ；个计数循环同样计数12次溢出 MOV TL1,#00010100B5.4 定时器/计数器的编程应用举例 （一）方式0的应用 5.4.2 定时器计数器应用33SETB P1.0 ；顶推气缸动作ACALL DL50MS ；控制信号保持50ms，以便气缸动作到位CLR P1.0 ；顶推气缸复位SJMP CNTING;延时50ms子程序，晶振频率为12M HzDL50MS:MOV R7,#50DL1MS:MOV R6,#200DL:NOPNOPNOP5.4 定时器/计数器的编程应用举例 （一）方式0的应用 5.4.2 定时器计数器应用 （3）查询方式程序：DJNZ R6,DLDJNZ R7,DL1

19、MSRET34 例2：设单片机应用系统晶振频率为6MHz，使用定时 器T0以方式0产生频率为500Hz的等宽方波连续脉冲，并从输出。5.4 定时器/计数器的编程应用举例 （一）方式0的应用 5.4.2 定时器计数器应用35 解：等宽方波的高低电平持续时间相同，占空比为1:1。500Hz的等宽方波脉冲信号的周期为2ms，只需在引脚输出持续时间为1ms的高低电平交替变化的信号即可，则定时时间应为td=1ms。5.4 定时器/计数器的编程应用举例 （一）方式0的应用 5.4.2 定时器计数器应用36 （1）计算计数初始值 因为系统的晶振频率为 ，则机器周期 。设计数初始值为X：则（TH0）=1111

20、0000B0F0H，（TL0）=00001100B=0CH （2）设置工作方式 方式0：M1M0=00；定时器模式：；定时/计数器启动不受外部控制：GATE=0；因此，（TMOD）=00H。5.4 定时器/计数器的编程应用举例 （一）方式0的应用 5.4.2 定时器计数器应用37 （二）方式1的应用 例3：单片机应用系统的晶振频率为6M Hz，使用定时/计数器定时方法在引脚输出周期为100ms占空比1:4的信号序列。5.4 定时器/计数器的编程应用举例 5.4.2 定时器计数器应用P1.0引脚输出的信号序列38 解：以20ms为一个基本定时单位，高电平保持1个基本定时单位之后，变为低电平，保持

21、4个基本定时单位，然后，再次改变为高电平，周而复始地重复上述过程，就可以实现题目要求的信号序列。5.4 定时器/计数器的编程应用举例 （二）方式1的应用 5.4.2 定时器计数器应用39（1）计算计数初始值 系统的晶振频率为fosc=6MHz，机器周期TM=2s。选用定时/计数器T0的方式1实现，确定定时时间为td=20ms，设计数初始值为X：则（TH0）=0D8H，（TL0）=0F0H。（2）设置工作方式 方式1：M1M0=01；定时器模式：；定时/计数器启动不受外部控制：GATE=0；因此，（TMOD）=01H。5.4 定时器/计数器的编程应用举例 （二）方式1的应用 5.4.2 定时器计

22、数器应用40 例4：利用定时/计数器T0测量引脚上出现的正脉冲宽度，已知系统的晶振频率为12MHz，将所测得值高位存入片内71H，低位存入片内70H。5.4 定时器/计数器的编程应用举例 （二）方式1的应用 5.4.2 定时器计数器应用41 解：当特殊功能寄存器TMOD中的GATE位为1时，MCS-51单片机的定时/计数器的启动和停止受外部信号的控制，T0受控制，T1受控制。测量引脚上出现的正脉冲宽度是一个定时/计数器T0受控制的定时方式，当 时，定时/计数器启动计数，当 时，停止计数。5.4 定时器/计数器的编程应用举例 （二）方式1的应用 5.4.2 定时器计数器应用脉冲宽度测量原理42

23、（1）设置工作方式 方式1：M1M0=01，定时器模式：，定时/计数器启动受外部控制：GATE=1，因此，（TMOD）=09H（2）设置计数初始值 因为统计脉冲宽度，因此，计数器从0开始计数，（TH0）=00H，（TL0）=00H。5.4 定时器/计数器的编程应用举例 （二）方式1的应用 5.4.2 定时器计数器应用43 例5：低频信号T0（）引脚输入，要求当T0（发生负跳变时，从引脚上输出1个500的同步脉冲。设系统的晶振频率为6M Hz。5.4 定时器/计数器的编程应用举例 （三）方式2的应用 5.4.2 定时器计数器应用44 解：采用定时/计数器计数方式和定时方式结合的方法。当引脚出现负

24、跳变时，计数器溢出，此时，使引脚输出低电平，并且改变定时/计数器的工作方式为定时方式，使低电平保持500（延时），当计数器再次溢出时，使引脚输出高电平，同时把定时/计数器的工作方式改变为计数方式，原理如下图所示。选用定时/计数器T0的方式2实现上述要求。5.4 定时器/计数器的编程应用举例 （三）方式2的应用 5.4.2 定时器计数器应用45 5.4 定时器/计数器的编程应用举例 （三）方式2的应用 5.4.2 定时器计数器应用同步脉冲输出原理46 （1）外部事件计数的初始化 工作方式：M1M010，GATE=0,计数方式：，则（TMOD）=06H。计数初始值：由于引脚上的信号，每发生一次负跳

25、变，要求计数器溢出，所以，（TL0）=0FFH，同时，令（TH0）=0FFH，以便下一个负跳变出现时，计数器也可溢出。5.4 定时器/计数器的编程应用举例 （三）方式2的应用 5.4.2 定时器计数器应用47 （2）500 定时的初始化 工作方式：M1M010，GATE=0，定时方式：，则（TMOD）=02H。计数初始值计算：系统晶振频率为6MHz，则机器周期为2，方式2时计数器为8位，则定时500 所需的机器周期个数为：计数器初始值为：因此，（TL0）=06H，同时，令（TH0）=06H5.4 定时器/计数器的编程应用举例 （三）方式2的应用 5.4.2 定时器计数器应用48 例8：采用定时

26、/计数器T0的方式3分别产生2路周期为400s和800s的方波。设单片机应用系统的晶振频率为6M Hz。5.4 定时器/计数器的编程应用举例 （四）方式3的应用 5.4.2 定时器计数器应用49 解：方式3时，定时/计数器T0被剖分为2个8位的定时/计数器TL0和TH0。2路方波信号的周期为400s和800s，分别采用TH0和TL0实现200s和400s的定时，2路方波信号分别从和输出。采用中断方式实现。（1）工作方式 定时/计数器T0的方式3定时模式：M1M0=11，GATE=0 因此，（TMOD）03H 5.4 定时器/计数器的编程应用举例 （四）方式3的应用 5.4.2 定时器计数器应用

27、50 （2）计数初始值 方式3时，TH0和TL0为2个独立的8位定时/计数器，因此，200定时由TH0实现，而400定时由TL0完成，计数初始值计算如下：时，则（TH0）=9CH 时，则（TL0）=38H 5.4 定时器/计数器的编程应用举例 （四）方式3的应用 5.4.2 定时器计数器应用51 （3）中断控制字及初始化 方式3时，定时/计数器TL0使用了T0所有的标志位和控制位，而定时/计数器TH0仅使用了定时/计数器T1的启停控制位TR1和溢出标志位TF1，此时，TH0仅仅能够作为一个8位的定时器使用，中断允许控制寄存器IE的内容设置如下：因此，（IE）8AH5.4 定时器/计数器的编程应

28、用举例 （四）方式3的应用 5.4.2 定时器计数器应用52 例9：设MCS-51单片机系统时钟频率为6MHZ，请利用定时/计数器产生1秒的定时。使指示灯以1秒为间隔闪烁。解：MCS-51单片机的定时/计数器T0和T1作为定时/计数器使用时，所得到的定时时间比较短，当系统晶振频率为6MHz时，最长的延时时间约为131ms（方式1）。因此，直接由定时/计数器定时无法实现这么长时间的延时。5.4 定时器/计数器的编程应用举例 （五）综合应用 5.4.2 定时器计数器应用53 方法一：采用2个定时/计数器联合使用的方案实现1秒 的定时。首先采用定时/计数器T0以方式1产生100ms的定时，从引脚输出

29、周期为200ms的连续方波信号。然后，把此信号作为定时/计数器T1的外部计数输入信号输入到引脚T1（），设置T1为计数模式，以方式2计数，T1计数5次即可实现1秒的定时。指示灯L由控制。5.4 定时器/计数器的编程应用举例 （五）综合应用 5.4.2 定时器计数器应用54产生1秒定时及指示灯驱动显示的原理5.4 定时器/计数器的编程应用举例 （五）综合应用 5.4.2 定时器计数器应用55 （1）工作方式：根据以上分析，设置T0定时器模式、方式1，T1为计数器模式、方式2，那么，TMOD特殊功能寄存器设置如下：则：（TMOD）61H5.4 定时器/计数器的编程应用举例 （五）综合应用 5.4.

30、2 定时器计数器应用56 （2）计数初始值计算 单片机系统的晶振频率为6MHz，需要定时100ms，定时/计数器T0的计数初始值X1为：转换为二进制数X1 3CB0H。对于定时/计数器T1来说，每计数5次需要计数器溢出，采用方式2时，计数初始值为：，转换为二进制数。5.4 定时器/计数器的编程应用举例 （五）综合应用 5.4.2 定时器计数器应用57 方法二：采用定时/计数器T0以方式1定时100ms,定时/计数器T0溢出10次后，即可实现1秒的定时。这种方法的优点在于节省了MCS-51单片机宝贵的定时/计数器资源，用存储单元作为计数器。当实现较长时间的延时时，延时时间为定时/计数器溢出次数乘

31、以它的定时时间。5.4 定时器/计数器的编程应用举例 （五）综合应用 5.4.2 定时器计数器应用58 例10：频率测量。设单片机应用系统的晶振频率为12MHz。解：频率的物理含义为每秒多少次。每按动一次开关K，测量一次方波信号的频率，使得定时/计数器工作在受引脚输入信号电平控制的计数方式，通过单片机定时产生持续时间为1秒的引脚高电平输入信号。用定时/计数器T0统计被测信号的负跳变次数，由定时/计数器T1实现定时，输出引脚所需脉宽为1秒的高电平信号。1秒定时采用例9的方法二实现。当1秒定时时间到时，立即关闭定时/计数器，以保证1秒的脉宽。5.4 定时器/计数器的编程应用举例 （五）综合应用 5

32、.4.2 定时器计数器应用59频率测量原理5.4 定时器/计数器的编程应用举例 （五）综合应用 5.4.2 定时器计数器应用60 （1）定时/计数器工作方式的设定 T0为受外部控制的计数模式，假定的频率范围为0200K Hz，工作方式设置为方式1。T1为定时模式，为了实现50ms的定时，它的工作方式设置为方式1，启停且不受外部控制，则 得到：（TMOD）00011101B=1DH 5.4 定时器/计数器的编程应用举例 （五）综合应用 5.4.2 定时器计数器应用61 （2）计数初始值的计算 （TH0）00H，（TL0）00H，采用1个存储单元FRE_CNT统计T0的溢出次数，则信号的频率为：溢

33、出次数65536当前计数器（TH0）（TL0）的内容。T1需要基本定时50ms，溢出20次后实现1秒的定时。则计数初始值计算如下：5.4 定时器/计数器的编程应用举例 （五）综合应用 5.4.2 定时器计数器应用62 总结 MCS-51单片机内部有2个可编程的16位定时/计数器T0和T1，它们既可以作为定时器，又可以作为外部事件的计数器，还可以作为串行口的波特率发生器。T0有4种工作方式，而T1有3种工作方式。定时/计数器T0的计数器由TL0和TH0构成；定时/计数器T1的计数器由TL1和TH1构成。T0和T1有多种工作方式，由定时/计数器方式寄存器TMOD设置。5.4 定时器/计数器的编程应用举例635.4 定时器/计数器的编程应用举例 总结 T0和T1的启动和停止由定时/计数器控制寄存器TCON控制，当计数器计数溢出时，其溢出标志位TF0和TF1被置1，并可以以此标志向CPU提出中断请求。定时/计数器工作在计数模式时，计数输入信号通过T0（）、T1（）两个引脚输入，信号发生1到0负跳变时，计数器自动加1。计数输入信号的频率不能高于晶振频率的1/24。定时/计数器工作在定时模式时，每个机器周期产生一个计数脉冲，计数器自动加1，计数速率是晶振频率的1/12。64