《單片機(jī)原理與應(yīng)用河南省規(guī)》（鄭二杰） 模塊十 認(rèn)識(shí)定時(shí)計(jì)數(shù)器

單片機(jī)原理與應(yīng)用指導(dǎo)老師：xxx01020304認(rèn)識(shí)單片機(jī)認(rèn)識(shí)數(shù)制和編碼認(rèn)識(shí)單片機(jī)的內(nèi)部組成認(rèn)識(shí)單片機(jī)的存儲(chǔ)器目錄contents05認(rèn)識(shí)時(shí)鐘電路和復(fù)位電路06認(rèn)識(shí)指令格式和尋址方式07認(rèn)識(shí)51系列單片機(jī)指令系統(tǒng)08091011認(rèn)識(shí)三種程序結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)中斷系統(tǒng)認(rèn)識(shí)定時(shí)/計(jì)數(shù)器認(rèn)識(shí)LED數(shù)碼管顯示器目錄contents12認(rèn)識(shí)LCD液晶顯示器13認(rèn)識(shí)鍵盤(pán)接口技術(shù)14認(rèn)識(shí)單片機(jī)數(shù)模轉(zhuǎn)換技術(shù)10認(rèn)識(shí)定時(shí)計(jì)數(shù)器簽到掃碼下載文旌課堂APP掃碼簽到（202X.X.XXX:XX至202X.X.XXX:XX）簽到方式教師通過(guò)“文旌課堂APP”生成簽到二維碼，并設(shè)置簽到時(shí)間，學(xué)生通過(guò)“文旌課堂APP”掃描“簽到二維碼”進(jìn)行簽到。。模塊導(dǎo)讀在單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)中，常會(huì)遇到定時(shí)控制的需求，如定時(shí)檢測(cè)、定時(shí)掃描等，有時(shí)也需要對(duì)外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)操作。MCS-51系列單片機(jī)中設(shè)有兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器來(lái)滿(mǎn)足應(yīng)用系統(tǒng)中的定時(shí)控制及計(jì)數(shù)需求。本模塊將帶領(lǐng)大家認(rèn)識(shí)定時(shí)/計(jì)數(shù)器。模塊導(dǎo)讀知識(shí)目標(biāo)掌握定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)及工作原理。掌握定時(shí)/計(jì)數(shù)器寄存器的設(shè)置方法。了解定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式。能力目標(biāo)能夠應(yīng)用定時(shí)/計(jì)數(shù)器編寫(xiě)定時(shí)、計(jì)數(shù)程序。素質(zhì)目標(biāo)具備腳踏實(shí)地、刻苦鉆研、愛(ài)崗敬業(yè)的勞模精神。樹(shù)立技能成才、技能報(bào)國(guó)的人生理想。加強(qiáng)實(shí)踐練習(xí)，注重學(xué)思結(jié)合，增強(qiáng)勇于探索的創(chuàng)新精神。模塊實(shí)訓(xùn)——設(shè)計(jì)數(shù)字頻率計(jì)一、實(shí)訓(xùn)描述最近，小明學(xué)習(xí)了單片機(jī)定時(shí)/計(jì)數(shù)器的相關(guān)知識(shí)，為了將課堂上學(xué)習(xí)的理論知識(shí)靈活地運(yùn)用到實(shí)踐中，他決定設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字頻率計(jì)。數(shù)字頻率計(jì)是采用數(shù)字電路制作成的能實(shí)現(xiàn)對(duì)周期性變化信號(hào)進(jìn)行頻率測(cè)量的儀器。小明設(shè)計(jì)的數(shù)字頻率計(jì)，信號(hào)測(cè)試范圍為1Hz～65kHz，主要用于測(cè)量正弦波、矩形波、三角波和尖脈沖等周期信號(hào)的頻率值。頻率值用數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示出來(lái)。二、實(shí)訓(xùn)步驟（詳情參照教材）三、實(shí)訓(xùn)思考（詳情參照教材）點(diǎn)擊此處播放微課實(shí)訓(xùn)解說(shuō)模塊導(dǎo)航01定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)02定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作原理03定時(shí)/計(jì)數(shù)器的寄存器04定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式Part01定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)51系列單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器由定時(shí)/計(jì)數(shù)器0（T0）、定時(shí)/計(jì)數(shù)器1（T1）、定時(shí)/計(jì)數(shù)器方式控制寄存器（TMOD）和定時(shí)/計(jì)數(shù)器控制寄存器（TCON）等組成，其結(jié)構(gòu)如圖所示。定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)定時(shí)/計(jì)數(shù)器0（T0）、定時(shí)/計(jì)數(shù)器1（T1）均是16位的加法計(jì)數(shù)器，分別由兩個(gè)8位專(zhuān)用寄存器組成，即T0由TH0和TL0組成，T1由TH1和TL1組成。TMOD主要用于確定定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式和功能，TCON主要用于控制T0、T1的啟動(dòng)、停止以及溢出標(biāo)志位的設(shè)置。Part02定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作原理定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作原理定時(shí)/計(jì)數(shù)器有兩個(gè)輸入脈沖，一個(gè)是內(nèi)部機(jī)器周期脈沖，一個(gè)是T0或T1引腳輸入的外部脈沖。定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作在定時(shí)模式時(shí)，對(duì)內(nèi)部機(jī)器周期脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，定時(shí)時(shí)間為機(jī)器周期脈沖的時(shí)間乘以機(jī)器周期數(shù)；定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作在計(jì)數(shù)模式時(shí)，對(duì)T0或T1上輸入的外部脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)檢測(cè)到輸入的信號(hào)由高電平跳變到低電平時(shí)，計(jì)數(shù)器加1。定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作原理工作在計(jì)數(shù)模式時(shí)，CPU在每個(gè)機(jī)器周期對(duì)T0（或T1）采樣一次，若在第一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)檢測(cè)到信號(hào)為高電平，而在第二個(gè)機(jī)器周期內(nèi)檢測(cè)到信號(hào)為低電平，則確認(rèn)收到一個(gè)有效信號(hào)，計(jì)數(shù)器加1。由此可以看出，檢測(cè)一次高低電平的跳變需要兩個(gè)機(jī)器周期，因此，外部時(shí)鐘脈沖的最高頻率不能超過(guò)時(shí)鐘頻率的1/24，即脈沖高/低電平的持續(xù)時(shí)間不能小于一個(gè)機(jī)器周期。知識(shí)連接定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作原理定時(shí)/計(jì)數(shù)器無(wú)論是工作在定時(shí)模式還是工作在計(jì)數(shù)模式，其本質(zhì)都是一個(gè)加1計(jì)數(shù)器，每輸入一個(gè)脈沖，計(jì)數(shù)器加1。16位計(jì)數(shù)器全部為1后，若還有脈沖輸入，計(jì)數(shù)器將產(chǎn)生溢出（計(jì)數(shù)器中的值為0），同時(shí)向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求（內(nèi)部中斷）。Part03定時(shí)/計(jì)數(shù)器的寄存器3.1TMODTMOD的位名稱(chēng)及功能如表所示。高四位控制T1，低四位控制T0。需要注意的是，TMOD不能進(jìn)行位尋址。TMODD7D6D5D4D3D2D1D0位名稱(chēng)GATEM1M0GATEM1M0功能門(mén)控位定時(shí)/計(jì)數(shù)

模式選擇位工作方式選擇位門(mén)控位定時(shí)/計(jì)數(shù)模式選擇位工作方式選擇位由于高四位和低四位的功能相同，下面以高四位為例來(lái)進(jìn)行介紹。GATE：門(mén)控位。當(dāng)將GATE位置“0”時(shí)，只要將TCON中的TR1置“1”，就可以啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器，這屬于軟件啟動(dòng)方式；當(dāng)將GATE位置“1”時(shí)，須將TCON中的TR1置“1”，且使外部引腳

或?yàn)椤?”，才可以啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器，這種方式可以實(shí)現(xiàn)外部信號(hào)對(duì)定時(shí)/計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)控制，屬于硬件啟動(dòng)方式。3.1TMODC/T：定時(shí)/計(jì)數(shù)模式選擇位。該位置“0”時(shí)啟動(dòng)定時(shí)模式，該位置“1”時(shí)啟動(dòng)計(jì)數(shù)模式。M1、M0：工作方式選擇位。M1、M0共同設(shè)置定時(shí)/計(jì)數(shù)器的四種工作方式，如表所示。M1M0工作方式說(shuō)明00013位定時(shí)/計(jì)數(shù)器01116位定時(shí)/計(jì)數(shù)器102初值自動(dòng)重裝的8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器113T0分成兩個(gè)獨(dú)立的8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，T1停止計(jì)數(shù)3.2TCONTCON的位名稱(chēng)、位地址及功能如表所示。TCON的低四位在前面已經(jīng)進(jìn)行了介紹，這里只對(duì)高四位進(jìn)行介紹。TCOND7D6D5D4D3D2D1D0位名稱(chēng)TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0位地址8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88H功能T1中斷標(biāo)志T1啟?？刂芓0中斷標(biāo)志T0啟?？刂朴糜谥袛郥R0：定時(shí)/計(jì)數(shù)器0的啟動(dòng)停止控制位。當(dāng)TR0置“1”時(shí)，開(kāi)始計(jì)數(shù)；當(dāng)TR0置“0”時(shí)，停止計(jì)數(shù)。TF0：定時(shí)/計(jì)數(shù)器0的中斷溢出標(biāo)志位。定時(shí)/計(jì)數(shù)器作加1計(jì)數(shù)，當(dāng)最高位產(chǎn)生進(jìn)位時(shí)，計(jì)數(shù)溢出，此時(shí)，由硬件將TF0置“1”，CPU響應(yīng)中斷后，由硬件將TF0置“0”。TR1和TF1：定時(shí)/計(jì)數(shù)器1的啟動(dòng)停止控制位和中斷溢出標(biāo)志位，其含義與TR0和TF0相同。Part04定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式由前面的內(nèi)容可知，通過(guò)設(shè)置TMOD的M1、M0兩位，可以選擇定時(shí)/計(jì)數(shù)器的四種工作方式。T0和T1在使用前三種工作方式時(shí)，除使用的寄存器和控制位不同外，其他操作相似。另外，T1沒(méi)有工作方式3。下面以T0為例來(lái)介紹這4種工作方式。4.1工作方式0工作方式0的邏輯電路結(jié)構(gòu)如圖所示。此時(shí)，T0是一個(gè)由TL0的低5位（TL0的高3位未用）和TH0的8位構(gòu)成的13位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。當(dāng)TL0的低5位計(jì)數(shù)滿(mǎn)時(shí)，直接向TH0進(jìn)位（而不是向TL0的第6位進(jìn)位）；當(dāng)13位計(jì)數(shù)溢出時(shí)，TF0置“1”。13位定時(shí)/計(jì)數(shù)器的最大計(jì)數(shù)值為213=8192，若振蕩器的時(shí)鐘頻率為12MHz，則機(jī)器周期為1μs，工作方式0最大的定時(shí)時(shí)間為8192μs。4.1工作方式0工作方式0的邏輯電路結(jié)構(gòu)4.1工作方式0定時(shí)/計(jì)數(shù)原理：定時(shí)/計(jì)數(shù)器只有在計(jì)數(shù)值達(dá)到最大（發(fā)生溢出）時(shí)，才會(huì)產(chǎn)生中斷。那么如何實(shí)現(xiàn)任意值的定時(shí)/計(jì)數(shù)呢？例如，采用工作方式0時(shí)，如果需要計(jì)數(shù)500，那么，計(jì)數(shù)開(kāi)始前，在定時(shí)/計(jì)數(shù)器中寫(xiě)入預(yù)置數(shù)7692（8192

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500），就可以實(shí)現(xiàn)了。知識(shí)連接4.2工作方式1工作方式1的邏輯電路結(jié)構(gòu)如圖所示。此時(shí)，T0是一個(gè)由TL0和TH0構(gòu)成的16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，最大計(jì)數(shù)值為216=65536，其他特性和工作方式0相似。4.2工作方式1工作方式1完全可以取代工作方式0，實(shí)際應(yīng)用中，更常用的是工作方式1。提示4.2工作方式1設(shè)單片機(jī)的時(shí)鐘頻率為12MHz，要求用T0的工作方式1編程，在P1.0腳輸出周期為2ms的方波?！纠?0-1】【參考代碼】#include<reg51.h>sbitP1_0=P1^0;voidtimer0(void)interrupt1using1 /*T0中斷服務(wù)程序入口*/{ P1_0=!P1_0; TH0=-(1000/256); /*計(jì)數(shù)初值重裝*/ TL0=-(1000%256);}4.2工作方式1【參考代碼】voidmain(void){ TMOD=0x01; /*T0工作在工作方式1*/ P1_0=0; TH0=-(1000/256); /*預(yù)置計(jì)數(shù)初值*/ TL0=-(1000%256); EA=1; /*CPU開(kāi)中斷*/ ET0=1; /*T0開(kāi)中斷*/ TR0=1; /*啟動(dòng)T0*/ do{} while(1);}在編寫(xiě)中斷服務(wù)程序時(shí)，注意不能進(jìn)行參數(shù)傳遞，不能有返回值。提示4.3工作方式2工作方式2的邏輯電路結(jié)構(gòu)如圖10-9所示。此時(shí)，T0是一個(gè)初值自動(dòng)重裝的8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，低8位TL0用于計(jì)數(shù)（最大計(jì)數(shù)值為28=256），高8位TH0用于保存計(jì)數(shù)初值。當(dāng)TL0計(jì)數(shù)溢出時(shí)，TF0置“1”并進(jìn)入中斷，與此同時(shí)，TH0中的初值將自動(dòng)裝入TL0，TL0將從該值開(kāi)始重新計(jì)數(shù)。工作方式2的計(jì)數(shù)范圍雖然比較小，但是初值可自動(dòng)恢復(fù)，因此適用于計(jì)數(shù)范圍較小、需要重復(fù)計(jì)數(shù)的場(chǎng)合，如脈沖信號(hào)發(fā)生器等。提示4.3工作方式2圖10-9工作方式2的邏輯電路結(jié)構(gòu)4.4工作方式3工作方式3的邏輯電路結(jié)構(gòu)如圖所示。此時(shí)，T0被拆成兩個(gè)獨(dú)立的定時(shí)/計(jì)數(shù)器。其中，TL0使用T0原有的控制資源，可以作為8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器使用；TH0使用T1的TR1和TF1，只能對(duì)內(nèi)部脈沖計(jì)數(shù)，可以作為定時(shí)器使用。4.4工作方式3當(dāng)T0處于工作方式3時(shí)，T1仍可設(shè)置為工作方式0、工作方式1或工作方式2，如圖所示。此時(shí)，T1由定時(shí)/計(jì)數(shù)模式選擇位

切換其定時(shí)或計(jì)數(shù)功能，當(dāng)計(jì)數(shù)溢出時(shí)，將輸出送往串行接口。在這種情況下，T1一般用作串行接口波特率發(fā)生器。（a）T1工作方式0（b）T1