1、第6章 定时器/计数器及其应用 学习目标（1）掌握定时器/计数器的内部结构和工作原理（2）掌握定时器/计数器的工作方式和工作模式。（3）掌握定时器/计数器的编程应用。学习重点和难点（1）定时器/计数器的工作方式和工作模式（2）定时器/计数器的中断服务程序设计6.1 定时/计数器的结构及工作原理AT8951单片机片内有两个可编程的定时/计数器T1、T0，都有定时和计数的功能，可用于定时控制、延时、对外部事件计数和检测等场合。两个16位定时计数器都是16位加1计数器。其中T0由两个8位特殊功能寄存器TH0和TL0构成；T1由TH1和TL1构成。6.2 定时器/计数器的控制寄存器 6.2.1工作模式
2、寄存器TMOD TMOD用于控制T0和T1的工作模式，字节地址为89H,不可进行位寻址。TMOD寄存器的高4位控制T1，低4位控制T0。TMODD7D6D5D4D3D2D1D089HGATEC/M1M0GATEC/M1M0（1）GATE：门控位。0：仅由运行控制位TRx（x=0,1）来控制定时器/计数器运行。1：用外中断引脚上的电平与运行控制位TRx共同来控制定时器/计数器运行。（2）M1、M0：工作方式选择位 M1、M0共有4种编码，对应于4种工作方式的选择 M1 M0 工作方式 0 0 方式0，13位定时/计数器 0 1 方式1，16位定时/计数器 1 0 方式2，8位自动重装初值的定时/
3、计数器 1 1 方式3，仅适用于T0，此时分成两个8位计数器，T1停止计数（3）C/：计数器模式和定时器模式选择位 0：为定时器工作模式，对单片机的晶体振荡器12分频后的脉冲进行计数。1：为计数器工作模式，计数器对外部输入引脚T0（P3.4）或T1（P3.5）的外部脉冲（负跳变）计数。2.定时器/计数器控制寄存器TCON 字节地址为88H，可位寻址，位地址为88H8FH。TCOND7D6D5D4D3D2D1D088HTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0（1）TF1、TF0计数溢出标志位。当计数器计数溢出时，该位置“1”。使用查询方式时，此位作为状态位供CPU查询，但应注意查询有效后
4、，应使用软件及时将该位清“0”。使用中断方式时，此位作为中断请求标志位，进入中断服务程序后由硬件自动清“0”。（2）TR1、TR0计数运行控制位。TR1位（或TR0位）=1，启动定时器/计数器工作的必要条件。TR1位（或TR0位）=0，停止定时器/计数器工作。该位可由软件置“1”或清“0”。5.5.3定时计数器的四种工作方式 1.方式0：当M1、M0=00时，被设置为工作方式0 2.方式1 当M1、M0=01时，定时器/计数器工作于方式1，这时定时器/计数器的等效电路逻辑结构如图5-9所示。3.方式2当M1、M0=10时，定时器/计数器工作于方式2。方式2把TL0或TH0设置成一个可以自动重装
5、初值的8位定时/计数器。TL1计数溢出时，不仅使溢出中断标志位TF1置1，而且还自动把TH1中的内容重新装载到TL1中。这里，16位定时/计数器被拆成两个，TL1用作8位计数器，TH1用来保存初值。在程序初始化时，TH1和TL1用程序赋予相同的值，当TL1计数溢出，使TF1置位为1，并将TH1中的初值自动装入TL1，继续计数。4.方式3：当M1、M0=11时，定时器/计数器工作于方式3。方式3是为增加一个8位定时器/计数器而设，使AT89S51单片机具有3个定时器/计数器。方式3只适用于T0。T1不能工作在方式3。T1处于方式3时相当于TR1=0，停止计数（此时T1可用来作为串行口波特率产生器
6、）。1工作方式3下的T0 TMOD的低2位为11时，T0的工作方式被选为方式3,定时器/计数器T0分为两个独立的8位计数器TL0和TH0，TL0使用T0的状态控制位C/、GATE、TR0、TF0，而TH0被固定为一个8位定时器（不能作为外部计数模式），并使用定时器T1的状态控制位TR1和TF1，同时占用定时器T1的中断请求源TF1。2T0工作在方式3时T1的各种工作方式 一般情况下，当T1用作串行口的波特率发生器时，T0才工作在方式3。T0处于工作方式3时，T1可定为方式0、方式1和方式2，用来作为串行口的波特率发生器，或不需要中断的场合。定时器T1无工作方式3，若将T1设置为方式3，就会使T
7、1立即停止计数，也就是保持住原有的计数值，作用相当于使TR1=0。但T1可工作于其他三种方式下。一般情况下，当定时器T1用作串行口波特率发生器时，定时器T0才设置为工作方式3。此时，常把定时器T1设置为方式2，用作波特率发生器。5.5.4定时/计数器的编程和应用初始化：对TMOD赋值，确定T0、T1的工作方式和工作模式。计算初值，并写入TH0、TL0或 TH1、TL1。中断方式时，要对IE赋值，开放中断。使TR0或TR1置位，启动定时/计数器。1.方式1应用【例5-3】假设系统时钟频率采用6MHz，在P1.0引脚上输出一个周期为2ms的方波，如图5-12所示。机器周期=2s=2 106s 设需
8、要装入T0的初值为X，则有(216X)2106=1 103，216X=500，X=65036。X化为十六进制数，即：65036=FE0CH。T0的初值为TH0=FEH，TL0=0CH。采用定时器中断方式工作。包括定时器初始化和中断系统初始化，主要是对寄存器IP、IE、TCON、TMOD的相应位进行正确的设置，并将计数初值送入定时器中。ORG 0000H ；程序入口 RESET：AJMP MAIN ；转主程序 ORG 000BH ；T0中断入口 AJMP IT0P；转T0中断处理程序IT0P ORG 0100H；主程序入口 MAIN：MOV SP，#60H；设堆栈指针 MOV TMOD，#01H
9、；设置T0为方式1定时 MOV TL0，#0CH；T0初始化，装初值的低8位 MOV TH0，#0FEH；装初值的高8位 SETB ET0；允许T0中断 SETB EA ；总中断允许 SETB TR0；启动T0 HERE：AJMP HERE ；原地循环，等待中断 IT0P：MOV TL0，#0CH；中断子程序，T0重装初值 MOV TH0，#0FEH CPL P1.0 ；P1.0的状态取反 RETI 查询方式参考程序：MOV TMOD，#01H；设置T0为方式1 LOOP：MOV TH0，#0FEH；T0置初值 MOV TL0，#0CH SETB TR0 ；接通T0 LOOP1：JNB TF0
10、，LOOP1 ；查TF0，TF0=0，T0未溢出；TF0=1，T0溢出，CLRTR0 ；T0溢出，关断T0 CPLP1.0 ；P1.0的状态求反 SJMP LOOP 查询程序虽简单，但CPU必须要不断查询TF0标志，工作效率低。【例5-4】系统时钟为6MHz，编写定时器T0产生1s定时的程序。基本思想：采用定时器模式。因定时时间较长，首先确定采用哪一种工作方式。时钟为6MHz的条件下，定时器各种工作方式最长可定时时间：方式0最长可定时16.384ms；方式1最长可定时131.072ms；方式2最长可定时512s。由上可见，可选方式1，每隔100ms中断一次，中断10次为1s。（1）计算计数初值
11、X 因为(216 X)2 106=101，所以X=15536=3CB0H。因此TH0=3CH，TL0=B0H。（2）10次计数的实现 对于中断10次的计数，采用B寄存器作为中断次数计数器。（3）程序设计 参考程序如下：ORG 0000H；程序运行入口 RESET：LJMP MAIN ；跳向主程序入口MAIN ORG 000BH ；T0的中断入口 LJMP IT0P；转T0中断处理子程序IT0P ORG 1000H；主程序入口 MAIN：MOV SP，#60H；设堆栈指针 MOV B，#0AH；设循环次数10次 MOVTMOD，#01H；设置T0工作在方式1定时 MOV TL0，#0B0H；给T
12、0设初值 MOV TH0，#3CH SETB ET0；允许T0中断 SETB EA ；总中断允许 SETB TR0；启动T0 HERE：SJMP HERE；原地循环，等待中断 IT0P：MOV TL0，#0B0H ；T0中断子程序，T0重装初值 MOV TH0，#3CH DJNZ B，RTURN；B中断次数计数，减1非0则中断返回 CLRTR0 ；1s定时时间到，停止T0工作 SETB F0；1s定时时间到标志F0置1 RTURN：RETI 程序说明：“SJMP HERE”指令实际是一段主程序。在这段主程序中再通过对F0标志的判定，可知1s定时是否到，再进行具体处理。2.方式2应用 方式2是一
13、个可以自动重新装载初值的8位定时/计数器，可以省去重复在程序中重新装载初值的指令。如果某个定时/计数器不使用时，可以将其扩展为一个负跳沿触发的外部中断源。【例5-5】当T0（P3.4）引脚上发生负跳变时，作为P1.0引脚产生方波的启动信号。开始从P1.0脚上输出一个周期为1ms的方波，T0设为方式1计数，初值为FFFFH。当外部计数输入端T0（P3.4）发生一次负跳变时，T0加1且溢出，溢出标志TF0置“1”，向CPU发出中断请求，此时T0相当于一个负跳沿触发的外部中断源。进入T0中断程序后，F0标志置“1”，说明T0引脚上已接收过负跳变信号。T1定义为方式2定时。在T0引脚产生一次负跳变后，
14、启动T1每500s产生一次中断，在中断服务子程序中对P1.0求反，使P1.0产生周期1ms的方波。由于省去重新装初值指令，所以可产生精确的定时时间。（1）计算T1的初值 设T1的初值为x，则(28 x)2 106=5 104 x=28 250=6=06H ORG 0000H；程序入口 RESET：LJMP MAIN ；跳向主程序MAIN ORG 000BH ；T0的中断入口 LJMP IT0P ；转T0中断服务程序 ORG 001BH ；T1的中断入口 LJMP IT1P ；转T1中断服务程序 ORG 0100H；主程序入口 MAIN：MOV SP，#60H；设堆栈指针 MOV TMOD，#2
15、6H；对T0，T1初始化，T0方式1计数，T1方式2定时 MOV TL0，#0FFH；T0置初值 MOV TH0，#0FFH SETB ET0 ；允许T0中断 MOV TL1，#06H；T1置初值 MOV TH1，#06H CLR F0；把T0已发生中断标志F0清0 SETB EA ；总中断允许 SETB TR0 ；启动T0 LOOP：JNC F0,LOOP；T0未产生中断，C=0，则跳到LOOP，等待T0中断 SETB ET1 ；允许T1产生定时中断 SETB TR1 ；启动T1 HERE：AJMP HERE IT0P：CLRTR0 ；T0中断服务程序，停止T0计数 SETBF0 ；把T0引
16、脚接收过负脉冲标志F0置1，即接收过负跳变 RETI IT1P：CPL P1.0 ；T1中断服务程序，P1.0位取反 RETI 程序说明：主程序中设置定时计数器T0来检测外部下降沿信号。检测到信号以后程序转入中断入口地址000BH,中断服务程序将F0置1，作为方波的启动信号，使用T1来输出方波。程序中F0位的作用为是否检测到外部脉冲信号的表示位。【例5-6】利用定时计数器T1的模式2对外部信号计数，要求每记满100次，将P1.0端取反。（1）模式选择 外部信号由T1（P3.5）引脚输入，每发生一次负跳变计数器加一，每输入100个脉冲，计数器溢出一次，中断服务程序将P1.0取反一次。T1工作于计
17、数模式的方式2，控制字为TMOD=60H。T0不用时,TMOD的低4位可以任意设置，但不能使T0进入方式3，一般取0。（2）初值计算 X=28-100=156=9CH 所以，TL1的初值为9CH。（3）参考程序 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 001BH ；中断服务程序入口地址 CPL P1.0 ；p1.0取反 RETI MIAN:MOV TMOD,#60H ；设置T1为计数模式方式2 MOV TL1,#9CH ；装入初值 MOV TH1,#9CH ；装入初值 MOV IE,#88H ；开放T1中断 SETB TR1 ；打开定时器T1 HERE:SJMP HERE ；等待中断3
18、.方式3应用 【例5-7】假设某AT89S51单片机应用系统的两个外部中断源已被占用，设置T1工作在方式2，用作波特率发生器。现要求增加一个外部中断源，并控制P1.0引脚输出一个5kHz（周期为200s）的方波。设时钟为12MHz。（1）初值X计算 TL0的初值设为0FFH。5kHz方波的周期为200s，因此TH0的定时时间为100s。初值X计算：(28 X)1 106=1 104 X=28 100=156=9CH ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH ；TL0中断入口，TL0使用T0的中断 LJMP TL0INT ；跳向TL0中断服务程序，TL0占用T0中断 ORG 0
19、01BH ；TH0中断入口，T1为方式3时，TH0使用了T1的中断 LJMP TH0INT ；跳向TH0中断服务程序 ORG 0100H ；主程序入口 MAIN：MOV TMOD，#27H ；T0方式3，T1方式2定时作串行口波特率发生器 MOV TL0，#0FFH ；置TL0初值 MOV TH0，#9CH ；置TH0初值 MOV TL1，#datal ；TL1装入串口波特率常数 MOV TH1，#datah；TH1装入串口波特率常数 MOV TCON，#15H；允许T0中断 MOVIE，#9FH ；设置中断允许，总中断允许，TH0、TL0中断允许 HERE：AJMP HERE ；循环等待 T
20、L0INT：MOV TL0，#0FFH；TL0中断服务处理子程序，TL0重新装入初值 SETB TR1 ；开始启动TH0定时 RETI TH0INT：MOV TH0，#9CH ；TH0中断服务程序，TH0重新装入初值 CPLP1.0 ；P1.0位取反输出 RETI 4.门控制位的应用 【例5-8】测量引脚上出现的正脉冲宽度。将T1设置为定时模式的方式1，且GATE=1，计数初值为0，将TR1置1.如图5-14所示，当引脚上出现高电平时，开始对机器周期计数，当引脚上信号变为低电平时，停止计数，然后读取定时计数器的值。ORG0000H RESET：AJMP MAIN ；复位入口转主程序 ORG 0
21、100H ；主程序入口 MAIN：MOV SP，#60H MOV TMOD，#90H；向TMOD写控制字，T1为方式1定时，GATE1=1 MOV TL1，#00H MOV TH1，#00H LOOP0：JB P3.3，LOOP0；等待INTO变低 SETB TR1 ；如INTO为低，启动T1 LOOP1：JNB P3.3，LOOP1 ；等待 升高 LOOP2：JB P3.3，LOOP2 ；INTO为高，此时计数器计数，等待降低 CLR TR1 ；停止T1计数 MOV A，TL1 ；T1计数值送A 5.实时时钟的设计 1实现实时时钟的基本思想 最小计时单位是秒，如何获得1s的定时时间呢？从前面
22、介绍知，定时器方式1，最大定时时间也只能131ms。可将定时器的定时时间定为100ms，中断方式进行溢出次数的累计，计满10次，即得秒计时。而计数10次可用循环程序的方法实现。初值的计算如例5-3。片内RAM规定3个单元为秒、分、时单元:42H：“秒”单元；41H：“分”单元；40H：“时”单元从秒到分，从分到时是通过软件累加并比较来实现。要求每满1秒，则“秒”单元42H中的内容加1；“秒”单元满60，则“分”单元41H中的内容加1；“分”单元满60，则“时”单元40H中的内容加1；“时”单元满24，则将42H、41H、40H的内容全部清“0”。本章小结 中断系统可以及时的响应和处理突发的事件
23、；通过定时计/数器可以实现有关于频率及时间的控制。中断系统一共有五个中断源，分别是外部中断0、外部中断1、定时/计数器0中断、定时/计数器1中断、以及串行口中断。外部中断有两种触发方式分别是低电平触发和下降沿触发。对中断进行控制有三个特殊功能寄存器TCON、IE、IP。其中TCON用来设置外部中断的触发方式，还包含四个中断请求标志位。IE用来设置中断的开放与关断，IP用来设置中断的优先级。中断编程一般要先进行中断初始化，即先通过指令对中断控制位进行设置。本章小结 定时/计数器可用于定时控制、延时、对外部事件计数和检测等场合。MCS-51单片机内部有两个定时/计数器T0、T1。T0由TH0和TL0组成，T1由TH1和TH0组成。定时/计数器有定时模式和计数模式两种模式。其中定时模式下可用来定时，计数模式下可以对外部脉冲信号进行计数。四种工作方式：方式0、方式1、方式2、方式3。方式0是13位定时/计数器，方式1是16位定时/计数器，方式2是8位自动重置初值定时/计数器，方式3下T0可分为两个8位定时/计数器，T1停止计数。定时/计数器的启动停止由TCON中的TR0和TR1控制，定时/计数器的工作方式选择由TMOD中的M1，M0设置。一般方式1可用来进行较长时间定时，方式2可用来进行精确定时，方式3可用来作为串行口的波特率发生器。在编程时，首先要对定时/计数器的各个控制位进行设置。
