第六章定时计数器 教学目的和要求 本章介绍定时器/计数器的结构原理、工作方式及应用。要求理 解定时器/计数器的工作原理，熟悉定时器/计数器T0、T1的控制寄 存器，掌握定时器/计数器的各种工作方式、程序设计方法以及在系 统设计中的应用，了解定时器/计数器T2的控制寄存器、各种工作方 式和程序设计方法。 重点：定时器/计数器的结构原理、工作方式及应用 难点：定时器/计数器工作方式及应用 学时：2 定时器/计数器简称定时器，8051系列单片机有2个16位的定 时器/计数器：定时器0(T0)和定时器1(T1)。8052系列单片机增 加了一个16位定时器T2。它们都有定时和计数的功能，可用于定时 控制、延时、对外部事件计数等场合。 一、定时方式 1.硬件法 硬件定时功能完全由硬件电路完成，不占用CPU时间。但当要求 改变定时时间时，只能通过改变电路中的元件参数来实现，很不灵活。 2.软件法 软件定时是执行一段循环程序来进行时间延时，优点是无额外的 硬件开销，时间比较精确。但牺牲了CU的时间。 3.可编程定时器/计数器 MCS-51系列单片机内部提供2个可编程的定时器/计数器T0和 1
T1,它们可以用于定时或者对外部脉冲计数，还可以作为串口的波特 率发生器。定时器达到预定定时时间或者计数器计满数时，给出溢出 标志，还可以发出内部中断。 二、定时/计数器的结构及工作原理 定时/计数器的逻辑框图如下：(P91:图5一1) 品振—÷12 计数器一一中断 T端」 控制信号 1、工作原理 定时器/计数器的核心器件是一个加1计数器，它对晶振12分 频后的脉冲或外部脉冲源的脉冲计数，每来一个脉冲计数器加1，当 计数器计到全1时，再来一次脉冲，计数器的值回到0，同时计数器 最高位产生溢出，使得定时控制寄存器TCON的TF0或TF1置1，作 为计数器的溢出中断标志。 2、功能 1)定时功能：当加1计数器接内部晶振时为定时功能，每个机 器周期（等于12个晶体振荡周期）计数器加1，所以计数频率是晶 振频率的1/12。例：当品振为频率为12Mz时，计数频率为1Mz, 计数周期为1Mh1x10s=l 2)计数功能：当加1计数器接外部脉冲源时为计数功能，外部 脉冲源接在芯片的T0(P3.4)或T1(P3.5)引脚上，当T0(P3.4) 或T1(P3.5)来一个下降沿计数器加1。由于单片机对外部事件的检 2
测需要两个机器周期，所以最高的计数频率为晶振频率的1/24。例： 当晶振为频率为12NHz时，计数频率最高为0.5MHz,即最小的计数 周期为05Mm510:=05,即外部脉冲的最小周期为0,5us,最 高频率为0.5MIz, 说明：不论是定时或是计数方式，定时器T0或T1都不占用CPU 时间，除非定时器/计数器溢出，才可能中断CPU的当前操作。所以 定时器是单片机中效率高而且工作灵活的部件。 3、开关的作用 第一个模拟开关控制定时器/计数器是工作于定时还是计数方 式： 第二个模拟开关控制定时器/计数器的开启与关闭。 4、组成 定时器/计数器T0、T1和T2均为16位的特殊功能寄存器，均 由TH(高8位)和TL(低8位)组成。即：THO、TL0、TH1、TL1、TH2、 TL2 6.2、定时/计数方式和控制寄存器 一、工作方式控制寄存器TMOD TMOD的高四位用于选择T1的工作方式，低四位用于选择T0的 工作方式，TMOD控制寄存器各标志位定义如下图所示：(P94)端口 地址： 3
89H GATE C/T MI GATE C/T MI MO 定时/计数器1 定时/计数器0 各位的功能如下： 1、GATE:门控位，用于控制定时/计数器的启动是否受外部中断 控制信号的控制： (1)当GATE=0时，定时/计数器的启动与外部中断请求信号引 脚NTO(P3.2)或NTI(P3.3)无关，只要定时控制寄存器TCON的TR0或 TR1为1，则启动内部定时或外部计数器： (2)当GATE=1时，定时/计数器的启动还受外部中断请求信号 引脚NT0(P3.2)或NTI(P3.3)的影响，TR0或TR1为1，同时外部中断输 入端口NT0(P3.2)或N7(P3.3)为高电平时才肩动定时器/计数器工作。 般GATE=O。 2、C/T:定时器/计时器选择位。当C/T=1时，工作在计数器方 式：C/T=0时，工作在定时器方式。 3、M1、M0:定时器/计时器工作方式选择位，意义如下： (1)M1、M0=00:工作方式0(13位方式) (2)M1、M0=01;工作方式1(16位方式) (3)M1、M0=10:工作方式2(8位常数自动安装方式) (4)M1、M0=11:工作方式3(T0为2个8位方式，T1无此 方式) 说明：定时器初始化编程包括： 1.功能选择（定时/计数）2.位数选择(8/13/16位)
3.启动方式选择（内部启动/外部启动） 4.启动控制（启动/停止） 二、定时器控制寄存器（前一章已讲） TCON用于控制定时器/计数器的启、停、溢出标志和外部中断信 号触发方式。 其格式如下：(P85)端口地址：88 各位功能如下： TFi:T0、T1溢出位。当计数溢出时，由硬件自动使T下i置1， 并向CPU申请中断。进入中断服务程序后，TF1又被硬件自动清0。 TFi也可作为程序查询的标志位，在查询方式下由软件清0。 TRi:T0、T1运行控制位。TRi=1启动计数，TRi=O,停止工作。 IE1:外部中断1请求标志位。当检测到外部中断引脚(P3.3引 脚)上有中断请求信号时，由硬件置1：待CU响应中断后，由硬件 清0。 IT1:外部中断1方式控制标志。IT1=0,当P3.3引脚为低电平 时触发外部中断1：IT1=1,当P3.3引脚检测到下降沿信号时，触发 外部中断1。 IE0:外部中断0请求标志位。当检测到P3.2引脚上有中断请求 信号时，由硬件置1：待CPU响应后，由硬件清0。 IT0:外部中断0方式控制标志。IT0=0,当P3.2引脚为低电平 时触发外部中断0：IT0=1,当P3.2引脚检测到下降沿信号时，触发 外部中断0
三、定时/计数器的工作方式 定时/计数器有4中工作方式，分别如下。（计T0、T1的高位THx, 低位TLx:x=0/1) 1、方式0(13bit的加1计数器) M1M0=00,定时/计数器工作于方式0，此时由THx8位和TLx 低5位组成13位加1计数器，TLx的高3位没用（其值不定，不用 理睬)，当TLx的低5位产生溢出时，则向THx进位，THx溢出时， 则将相应的定时/计数器溢出标志位TF0或TF1置位(TCON的 TFO/T下1)，形成定时/计数器溢出中断标志。 注意 ①、若工作于计数方式，则允许的最大计数值为2=812个机器 周期，若需要的计数值为N,则置入的初值为：X=8192-N。 ②、若工作在定时方式，则定时公式为：t=(⑧192-计数初值X) ×12×晶振周期(s) 或t=(⑧192-计数初值X)×机器周期(s) 106 例：晶振为6Mz,则最大定时时间为：t=(8192-0)×12×6 16384us 最小定时时间为：t=8192-819)×12×石0 =2us 2、方式1(16位加1计数器) M1M0=01时，定时/计数器工作在方式1，此时由8位的TLx和8 位的Tx构成一个16位加1计数器，当TLx溢出时，THx自动加“1”， Tx溢出时，则将相应的定时/计数器溢出标志位TFO或TF1置位， 6
形成定时/计数器溢出中断标志。最大计数值为216=65536个机器周 期，其工作原理同方式0。 3、工作方式2(8位计数器) M1M0=10时，定时器/计数器工作在方式2，此时16位计数器只 用低8位TLx,高8位THx用于保存初值。当TLx计数溢出时，一方 面将相应的定时/计数器溢出标志位TFO或T℉1置位，形成定时/计数 器溢出中断标志：另一方面将THx的内容重新装入TLx继续开始计数。 THx的内容始终不变，因此也称为8位常数自动装载方式。 最大计数值2-256，实际计数值=256一初值，在单片机的 串行通信中，常用于波特率发生器使用。 4、工作方式3（只有T0有，两个独立的8位计数器TL0、TH0) M1、M0=11时，定时器/计数器T0工作在方式3，这种方式仅对 T0有效。 此时，TL0和TH0是两个独立的8位计数器，TL0用于8位定时 器/计数器，TH0只能用于8位定时器。其中TL0占用T0的中断源及 控制位：GATE、C/T、TRO、TFO、NTO:THO占用T1的运行控制TR1、 溢出标志TF1。 6.3定时/计数的初始化编程及应用 一、初始化编程的步骤：（定时器/计数器简称为T/C) 在使用8051的定时器/计数器()前，应对它进行初始化编程， 主要是对TCON和TMOD编程，计算和装载计数初值（也称做时间常数）。 一般完成以下几个步骤： 1)确定T/C的工作方式：计数或定时—编程TMOD寄存器的
C/T位； 2)计算T/C中的计数初值，并装载到THx和TLx: 3)T/C在中断方式工作时，须开CPU中断和源中断一编程IE 寄存器； 4)启动定时器/计数器一编程TCON中TR1或TRO位。 二、定时、计数初值（定时常数）的计算： 1、工作于计数方式时 设：计数器所需要的计数值（或脉冲个数）设定为C,计数初值设 定为TC,由此便可得到如下的计算公式：TCM-C 其中：M为计数器模值，该值和计数器工作方式有关。在方式0 时M为2：在方式1时M为2：在方式2和方式3时M为2。 例：工作在模式0下，需要计100个数， 则计数初值为：TC=8192-100=8092=1F9CH,所以TH=1FH, TL=9CH 2、工作于定时方式时 定时公式为：t=(M-TC)×12×晶振周期(s)或t=(M-TC)×机器 周期(s) 例：晶振频率6MHz,采用定时方式1，求定时1Oms时的定时常 数 t 解：因为：TC= -2*品两霸M-苔-2-100610 12 60536=EC78H 所以：TL=78H,TH=ECH
三、编程格式 1、初始化编程格式：(X=0,1) B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 BO GATEC /T M1 MO GATEC/T MI MO TMOD 2.溢出处理编程格式：TCON 8F8E8D8C8B8A8988 TF1 TR1 TFO TRO IE1 IT1 IEO ITO 1)查询方式：先查询定时器溢出标志，再进行溢出处理。 2)中断方式：初始化后执行其他任务，中断服务程序处理溢出。 例：P99:—例5-2 3、c51编程 例：若单片机时钟频率为12MZ,用定时/计数器T0编程从P1.0 引脚输出周期为500us的方波。 分析：P1.0输出周期为5001s的方波，则只需每250usP1.0口 取反一次即可。 单片机时钟12Mz,若工作在方式2则最大定时为： 1=2x12x-256 >250us,满足定时要求 1=(2*-7C)x12×}=250s 解：因为： 所以初值TC=6=06H 即：TH0=TL0=06H #include 18051系列的寄存器头文件 sbit P1 0=P10; void main(void)
TM0D=0x02; /定时器0方式2 TH0=0x06; TL0=0x06: /装入时间常数 EA=1; /开中断总开关EA ET0=1: /开定时器溢出中断T0 TR0=1: /启动定时器 i1e(1):/无循环体，总成立，死循环，一直等到有中 断发生，去执行中断 } void time(void)interrupt1/定时器中断To P11=P11;/P1.1取反 说明：while(1):=while(1)(),但while(1):≠while(1) whi1e(1):为一条语句（因为带：），循环语句的判断条件恒为真， 因此一直执行循环体，无法跳出，但循环体}为空语句，什么也没有 处理，一直无限期的等待，这就是死循环。这个死循环放在程序中， 表示程序一直等待下去，直到有任何中断产生，程序会跳到中断程序 执行。其他时间都在等待中断的触发。 上例中：若采用工作方式0，分析如下： 解1=2-70x12x250 所以TC=8192-250=7942=