MCS-51的定时器计数器.ppt

单片机原理及应用,本章内容,Single Chip Microcomputer,定时器/计数器的结构,定时器/计数器的应用,定时器/计数器的四种工作方式,MCS-51单片机信号引脚简介,P3口线的第二功能,VCC,VSS,XTAL2 XTAL1,RST,P0. 0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7,P1. 0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7,P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2. 0,ALE,P3. 0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7,2、振荡电路：XTAL1、XTAL2,3、复位引脚：RST,4、并行口：P0、P1、P2、P3,7、ALE：地址锁存控制信号,1、电源线：VCC(+5V)、VSS(地),6.1 MCS-51的定时/计数器的结构,由于单片机面向测控系统，故常需提供定时和计数两种功能。分别实现定时、延时、实时时钟和对外部事件进行计数。,一、 定时方法概述,1，软件定时：通过执行循环程序来实现时间延迟,优点：不需外加硬件电路。,缺点：占用CPU的时间。,不宜用于定时时间过长的场合。,2，硬件定时：通过硬件电路实现定时,采用可编程芯片定时：这种定时芯片的定时值及定时范围很容易用软件来确定和修改，此种芯片定时功能强，使用灵活。在单片机的定时/计数器不够用时，可以考虑进行扩展。,采用时基电路定时：例如采用555电路，外接必要的元器件（电阻和电容），即可构成硬件定时电路。但在硬件连接好以后，定时值与定时范围不能由软件进行控制和修改，即不可编程。,3，利用单片机内部的定时/计数器,通过对系统时钟脉冲的计数实现定时，计数值通过程序设定，特点是定时准确，使用方便灵活。,二、MCS-51单片机的定时/计数器结构,1，16位的加1计数器（核心）,分为高8位（TH0）和低8位（TL0 ）,2，信号脉冲来源（两个）, T0引脚（与P3.4复用）由外部事件提供的计数脉冲（用于计数功能），下降沿有效。,关于下降沿计数：,CPU在每个机器周期的S5P2状态采样T0引脚。 需要两个机器周期来识别一次计数，故最大计 数速率为振荡频率的1/24。,占空比要求：高低电平至少要保持一个机器周期，使其在改变之前至少被采样一次。,单片机内部时钟电路：振荡电路的12分频信号（一 个机器周期信号），用于定时功能。,3，控制部分（TCON、TMOD）, 溢出控制：计数满，产生溢出脉冲，置位中断请求标志位TF0（TF1）, 工作方式控制：13位、16位、8位，共4种。, 启动与停止控制：分为软件启动和硬件启动,计数来源的切换。,三、定时/计数器的工作原理,三、定时/计数器的工作原理,由系统的时钟振荡器输出脉冲经12分频或T0（T1）引脚输入的外部脉冲作为脉冲源。 每来一个脉冲计数器加1，当加到计数器为全1时，再输入一个脉冲就使计数器回零，且计数器的溢出使TCON中TF0或TF1置1，向CPU发出中断请求（定时/计数器中断允许时）。如果定时/计数器工作于定时模式，则表示定时时间已到；如果工作于计数模式，则表示计数值已满。,可见，由溢出时计数器的值减去计数初值才是加1计数器的计数值。,四、定时/计数器控制与状态寄存器,1，启停与中断控制寄存器TCON （ 字节地址88H）,TF0（TF1）：计数溢出标志位。当计数器计数溢出 时，该位被硬件置1。, 查询方式：作状态位供查询，需注意查询有效后及时以软件方式清0。,中断方式：作中断标志位，在转向中断服务程序时由硬件自动清0。,TR0（TR1）：定时/计数器启动/停止控制位。, 用软件方式置1或清0,TR0(TR1)=1 启动定时/计数器工作,TR0(TR1)=0 停止定时/计数器工作,2，工作方式控制寄存器TMOD（字节地址89H）,说明：,TMOD寄存器无位寻址功能。,低四位用于定义T0 ，高四位用于定义T1，对应位的功能相同。,GATE：门控位,GATE=0：以TR0(TR1 )启动定时器，软件启动,TR0(TR1)=1 启动定时/计数器工作,TR0(TR1)=0 停止定时/计数器工作,M1、M0：工作方式选择位,一、方式0,1，逻辑结构（与T1相同）,6.2 MCS-51的定时/计数器的工作方式, 计数器由TH0的全部8位和TL0的低5位构成，TL0的高3位未用：,TL0的低5位计满回0溢出（11111+100000）向TH0进位，当13位计数值计满则产生溢出信号，置位TF0。, 最大计数值； M=213=8192,例1，使用定时器0实现5mS的延时,2,应用举例,分析：要使用定时器，首先要进行初始化,1，确定并设置工作方式对TMOD赋值,原则： 计数值最大计数值,2，确定并设置定时器初值直接将初值写入TH0、TL0（或TH1、TL1）。,计算方法：,最大定时时间所需定时时间,初值X = 最大计数值所需计数次数,初值：,开始计数,12M晶振,5000S,X = 81925000 = 3192 = C78H,X=?,8192（溢出）,13位计数,8192S,13位特性：,所以初值为：6318H,3，启动定时器,定时器T0 初始化程序：,DELAY5mS：MOV TMOD，#00H,MOV TH0，#63H,MOV TL0，#18H,SETB TR0,SETB ET0,SETB EA,。,例2，在P1.0管脚上输出一个周期为10mS的方波,分析：,方波周期由定时器T0确定，采用中断方式 实现，让T0每隔5mS产生一次中断，CPU 响应中断后，在服务程序中对P1.0取反。,ORG 0000H,AJMP MAIN,ORG 000BH,AJMP IIT0,ORG 0100H,MAIN：MOV SP，#60H,ACALL DELAY5mS,IIT0：MOV TH0，#63H,MOV TL0，#18H,CPL P1.0,RETI,DELAY5mS：。,。,例3，使用查询方式实现1S的延时，要求用定时器1，用方式0实现。,DELAY5mS：MOV R7，#200,MOV TH1，#63H,MOV TL1，#18H,SETB TR1,LP1：JBC TF1，LP2,SJMP LP1,MOV TMOD，#00H,LP2：MOV TH1，#63H,MOV TL1，#18H,DJNZ R7，LP1,RET,二、方式1,1，方式1和方式0的用法相似，唯一的区别是方式1中定时器寄存器是以全16位参与计数。,2，方式1最大计数值：,M= 216=65536,三、 方式 2,方式0和方式1的最大特点是计数溢出后计数器为全0，故循环定时或计数时就要反复设置计数初值，很不方便。方式2就是针对这种情况设计的，它具有自动重新加载计数初值的功能。, 该方式下，把16位计数器分为两部分,TL 作计数器,TH 作预置寄存器,初始化时，把计数初值同时放入TL和TH中（二者内容完全相同），当TL计满溢出时，置位TF，同时把TH中的计数初值自动加载到TL中重新开始计数，如此重复。,此方式适合用于循环定时或计数应用，如产生固定宽度脉冲，特点是计时精确。还可以作为串行数据通信的波特率发生器使用。, 优点：省去重装初值的指令，提高定时精度。, 最大计数值：M=28=256,例：编写每记录100个脉冲，将P1.0取反一次的程序。,分析：外部脉冲从P3.5输入，用T1计数，选用方式2,需要计数次数100最大计数值256,初值：X=256100 = 156 = 9CH,程序：,MOV TMOD，#60H；01100000,MOV TH1，#9CH,MOV TL1，#9CH,SETB TR1,LP： JBC TF1，LP1,AJMP LP,LP1：CPL P1.0,AJMP LP,四、 方式 3,在上述三种方式下，对T0和T1的设置和作用是完全相同的，但在方式3下，T0和T1的设置及作用是不同的。, 定时/计数器T1无方式3功能（若将T1 设置为方式3，则相当于TR1 =0，即停止计数）,对于定时/计数器T0，设置为方式3时，TL0和TH0 被分开使用，TL0为完整的8位定时/计数器，TH0为只能定时的8位定时器。, T0方式3的逻辑结构,TH0被规定只能用作定时器（对机器周期计数），它用到了定时器T1的控制位TR1和TF1，所以此时TH0控制了T1的中断，T1就不能工作在中断方式了。,如果T0工作于方式3下，则T1的工作方式就不可避免受到一定的限制（因为自己的控制位TR1、TF1已被T0的TH0借用）故只能工作在方式0、方式1或方式2下。其结构如下图：,T0工作于方式3时T1的情况,工作于方式0或方式1,工作于方式2,说明：, 这种情况下，T1通常作为串行口的波特率发生器使用（确定串行通信的速率），由于TF1已被TH0借用，只能把计数溢出直接给串行口, 作波特率发生器使用时，只需设置好工作方式，即可自动启动运行，如要停止，则需置M1M0=11。（因为初始化时，已将TR1置1，用于启动TH0，故T1自动启动）, 方式3适用于要求增加一个额外的8位定时器的场合（必须将TR0和TR1均置1，否则不能使三个定时器都启动。）,一，定时/计数器的实时性,问题：定时/计数器启动后当计满回0溢出时向CPU请求中断处理，由硬件自动进行。但从请求中断到响应中断存在时间延迟且延迟时间不定。,解决办法：采用动态补偿，即在中断服务程序中对TH0（TH1）、 TL0（TL1） 重新置初值时，应将其从回0溢出又重新从0开始继续计数的值读出，补偿到初值中进行重新设置。,6.3 MCS-51的定时/计数器的应用,例：采用如下中断服务程序段,CLR EA,MOV A， TL0,ADD A，#LOW ；LOW为低字节初值,MOV TL0，A,MOV A， #HIGH ；高字节初值送A,ADDC A，TH0 ；高字节初值补偿,MOV TH0，A ；设置高字节初值,SETB EA,二，动态读取运行中的计数值,问题：在计数器运行中，若要读取计数值，由于不可能在同一时刻同时读取TL0和TH0 的值，故有可能出错。,如：先读TL0，后读TH0，由于定时器不断运行，读TH0前，若恰好产生TL0溢出向 TH0进位，则出错。同样，先读TH0也可能出错。,应读数据,先读数据,后读数据,错误结果,程序段：,RDTM：MOV A， TH0,MOV R0， TL0,CJNE A，TH0 ， RDTM,MOV R1， A,RET,解决办法：先读TH0，后读TL0，再读TH0，将两次读得的TH0进行比较，若两次值相等，则可确定读得的值是正确的，否则重复上述过程，重复读得的值就是正确的。,三，定时/计数器用作外部中断扩展,思路：在计数方式下，如果把计数器预置为全“”，则只要在计数输入端（T0或T1）加一个脉冲就可以使计数器溢出，产生溢出中断。,实现方法：,置定时/计数器为工作方式2（自动重装，以便在一次中断响应后 ，自动为下一次中断作准备）,TH0和TL0均置为0FFH。,扩展的外部中断请求信号接计数脉冲输入端（P3.4或P3.5）,四，门控位GATE的功能和使用方法,程序： ORG 0000H,AJMP MAIN,