單片微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù)- 課件 15 定時(shí)器

單片微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù)（15）1/20內(nèi)容提綱一STC8H8K64U單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)二STC8H8K64U的定時(shí)/計(jì)數(shù)器相關(guān)寄存器2/20定時(shí)/計(jì)數(shù)器的應(yīng)用在自動(dòng)控制系統(tǒng)或者自動(dòng)檢測系統(tǒng)中，經(jīng)常要用到定時(shí)器或者計(jì)數(shù)器，用于定時(shí)完成相關(guān)的任務(wù)，或者對外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)，這可以通過單片機(jī)集成的定時(shí)/計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)。3/20STC8H8K64U的定時(shí)/計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)一4/201.定時(shí)/計(jì)數(shù)器的作用STC8H8K64U單片機(jī)內(nèi)部集成了五個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器（T0、T1、T2、T3和T4），作用如下：（1）方便地用于定時(shí)控制；（2）用作分頻器和用于事件記錄；（3）可編程時(shí)鐘輸出功能，用于給外部器件提供時(shí)鐘；（4）可用作串口的波特率發(fā)生器。5/202.定時(shí)/計(jì)數(shù)器的一般結(jié)構(gòu)定時(shí)/計(jì)數(shù)器的核心是一個(gè)加1計(jì)數(shù)器，加1計(jì)數(shù)器的脈沖有兩個(gè)來源，一個(gè)是外部脈沖源Tx，另一個(gè)是系統(tǒng)的時(shí)鐘振蕩器OSC。計(jì)數(shù)器對兩個(gè)脈沖源之一進(jìn)行輸入計(jì)數(shù)，每輸入一個(gè)脈沖，計(jì)數(shù)值加1。當(dāng)計(jì)數(shù)到計(jì)數(shù)器為全1時(shí)，再輸入一個(gè)脈沖就使計(jì)數(shù)值回零，同時(shí)從最高位溢出一個(gè)脈沖使溢出標(biāo)志位TFx置1，該位同時(shí)作為計(jì)數(shù)器的溢出中斷標(biāo)志。當(dāng)脈沖源為定時(shí)時(shí)鐘振蕩器OSC（等間隔脈沖序列）時(shí)為定時(shí)功能。當(dāng)脈沖源為間隔不等的外部脈沖發(fā)生器時(shí)，在Tx端有一個(gè)1→0的跳變時(shí)加1，就是外部事件的計(jì)數(shù)器，因此為計(jì)數(shù)功能。6/20STC8H8K64U集成了5個(gè)16位的通用定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0、T1、T2、T3和T4，分別由兩個(gè)8位的特殊功能寄存器THn和TLn組成（n=0、1、2、3、4）。單片機(jī)中的微處理器、定時(shí)器相關(guān)特殊功能寄存器之間的關(guān)系框圖。2.單片機(jī)CPU和定時(shí)器相關(guān)寄存器作為定時(shí)器使用時(shí)，STC8H8K64U的定時(shí)/計(jì)數(shù)器脈沖源可以選擇是否12分頻，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0、T1及T2分別由輔助寄存器AUXR中的T0x12、T1x12和T2x12三個(gè)控制位進(jìn)行設(shè)置，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T3、T4由特殊功能寄存器T4T3M中的T3x12和T4x12兩個(gè)控制位進(jìn)行設(shè)置。除了傳統(tǒng)的12分頻外，定時(shí)器T2~T4還另外設(shè)置了時(shí)鐘預(yù)分頻器，分別為：TM2PS、TM3PS和TM4PS。通過預(yù)分頻器，使得定時(shí)器T2~T4的定時(shí)范圍擴(kuò)展為24位。7/202.定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作模式STC8H8K64U的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0有4種工作模式：模式0（16位自動(dòng)重裝載模式）模式1（16位不可重裝載模式）模式2（8位自動(dòng)重裝模式）模式3（不可屏蔽中斷的16位自動(dòng)重裝載模式）【與模式0相同，不可屏蔽中斷，中斷優(yōu)先級(jí)最高，高于其他所有中斷的優(yōu)先級(jí)，并且不可關(guān)閉，可用作操作系統(tǒng)的系統(tǒng)節(jié)拍定時(shí)器，或者系統(tǒng)監(jiān)控定時(shí)器。】。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1除模式3外，其他工作模式與定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0相同。T1在模式3時(shí)無效，停止計(jì)數(shù)。符號(hào)地址b7b6b5b4b3b2b1b0TMOD89HT1_GATET1_C/TT1_M1T1_M0T0_GATET0_C/TT0_M1T0_M0（1）T0和T1的工作模式8/20T0工作方式0的原理圖T0工作方式0的原理圖9/20

10/202.定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作模式定時(shí)器T2的工作模式固定為16位自動(dòng)重裝載模式。（1）T2的工作模式符號(hào)地址B7B6B5B4B3B2B1B0AUXR8EHT0x12T1x12UART_M0x6T2RT2_C/TT2x12EXTRAMS1ST211/20定時(shí)器T2的原理圖T3和T4的原理圖與T2類似。T2、T3和T4的工作方式與T0的工作方式0類似，可參考T2的原理圖以及上述內(nèi)容自行學(xué)習(xí)。12/20STC8H8K64U的定時(shí)/計(jì)數(shù)器相關(guān)寄存器二13/20與定時(shí)/計(jì)數(shù)器相關(guān)的特殊功能寄存器有TMOD、TCON、AUXR、INTCLKO、T4T3M。其中，TMOD用于控制定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式；TCON用于控制T0、T1的啟動(dòng)和停止，并包含了定時(shí)器的狀態(tài)；AUXR用于設(shè)置定時(shí)器T0、T1、T2的速度和T2的功能選擇和啟動(dòng)/停止控制；T4T3M用于設(shè)置T4和T3的功能、速度和啟動(dòng)/停止控制。1．定時(shí)器工作方式控制寄存器(TMOD)位號(hào)b7b6b5b4b3b2b1b0位名稱定時(shí)器1定時(shí)器0GATEM1M0GATEM1M0M1M0工作方式功能說明00016位自動(dòng)重載模式01116位不自動(dòng)重載模式1028位自動(dòng)重載模式113定時(shí)器0：16位自動(dòng)重載模式,產(chǎn)生不可屏蔽中斷定時(shí)器1：停止工作1）M1和M0：

14/202．定時(shí)器控制寄存器（TCON）1）TF1：定時(shí)器1溢出中斷標(biāo)志。當(dāng)定時(shí)器1溢出時(shí)，由內(nèi)部硬件置位，當(dāng)單片機(jī)轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序時(shí)，由內(nèi)部硬件清除。2）TR1：定時(shí)器1運(yùn)行控制位。1：啟動(dòng)定時(shí)器1； 0：停止定時(shí)器1。3）TF0：定時(shí)器0溢出中斷標(biāo)志。當(dāng)定時(shí)器0溢出時(shí)由內(nèi)部硬件置位，當(dāng)單片機(jī)進(jìn)入中斷服務(wù)程序時(shí)，由內(nèi)部硬件清除。4）TR0：定時(shí)器0運(yùn)行控制位。1：啟動(dòng)定時(shí)器0； 0：停止定時(shí)器0。TCON的0～3位與外部中斷有關(guān)。位號(hào)b7b6b5b4b3b2b1b0位名稱TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT015/203．輔助寄存器（AUXR）AUXR主要用來設(shè)置T0和T1的速度、T2的功能以及串口UART的波特率控制等。1）T0x12：T0速度控制位。0：12分頻（FOSC/12）；1：不分頻（FOSC）。2）T1x12：T1速度控制位。0：12分頻（FOSC/12）；1：不分頻（FOSC）。如果UART串口用T1作為波特率發(fā)生器，T1x12位決定UART串口是12T還是1T。3）TR2：定時(shí)器2的運(yùn)行控制位。0：定時(shí)器2停止計(jì)數(shù)； 1：定時(shí)器2開始計(jì)數(shù)。4）T2_C/T：控制T2用作定時(shí)器或計(jì)數(shù)器。0：T2用作定時(shí)器；1：T2用作計(jì)數(shù)器。5）T2x12：T2速度控制位。0：T2每12個(gè)時(shí)鐘計(jì)數(shù)一次；1：T2每1個(gè)時(shí)鐘計(jì)數(shù)一次。T2除了作為一般定時(shí)器使用外，主要用于串行口的波特率發(fā)生器。如果UART用T2作為波特率發(fā)生器，T2x12位決定UART串口是12T還是1T。UART_M0x6用于控制UART串口的速度。S1ST2為串口1波特率發(fā)生器選擇位。具體內(nèi)容請參見第9章。EXTRAM用于設(shè)置是否允許使用內(nèi)部8192B的擴(kuò)展RAM。地址b7b6b5b4b3b2b1b08EHT0x12T1x12UART_M0x6T2RT2_C/TT2x12EXTRAMS1ST216/204．中斷與時(shí)鐘輸出控制寄存器（INTCLKO）地址b7b6b5b4b3b2b1b08FH-EX4EX3EX2-T2CLKOT1CLKOT0CLKO1）T2CLKO：定時(shí)器2時(shí)鐘輸出控制。0：關(guān)閉T2時(shí)鐘輸出；1：使能T2時(shí)鐘輸出功能。當(dāng)T2計(jì)數(shù)發(fā)生溢出時(shí)，P1.3口的電平自動(dòng)發(fā)生翻轉(zhuǎn)。2）T1CLKO：定時(shí)器1時(shí)鐘輸出控制。0：關(guān)閉T1時(shí)鐘輸出；1：使能T1時(shí)鐘輸出功能。當(dāng)T1計(jì)數(shù)發(fā)生溢出時(shí)，P3.4口的電平自動(dòng)發(fā)生翻轉(zhuǎn)。3）T0CLKO：定時(shí)器0時(shí)鐘輸出控制。0：關(guān)閉T0時(shí)鐘輸出；1：使能T0時(shí)鐘輸出功能。當(dāng)T0計(jì)數(shù)發(fā)生溢出時(shí)，P3.5口的電平自動(dòng)發(fā)生翻轉(zhuǎn)。17/205．T4/T3控制寄存器（T4T3M）

地址b7b6b5b4b3b2b1b0D1HT4RT4_C/TT4x12T4CLKOT3RT3_C/TT3x12T3CLKO1）T4R：T4的運(yùn)行控制位。

0：T4停止計(jì)數(shù)； 1：允許T4計(jì)數(shù)。2）T4_C/T：控制T4用作定時(shí)器或計(jì)數(shù)器。0：T4用作定時(shí)器；1：T4用作計(jì)數(shù)器。3）T4x12：定時(shí)器4速度控制位。0：12分頻（FOSC/12）；1：不分頻（FOSC）。4）T4CLKO：T4時(shí)鐘輸出控制。0：關(guān)閉T4時(shí)鐘輸出；1：使能T4時(shí)鐘輸出功能（由P0.7輸出）。5）T3R：T3的運(yùn)行控制位。

0：T3停止計(jì)數(shù)； 1：允許T3計(jì)數(shù)。6）T3_C/T：控制T3用作定時(shí)器或計(jì)數(shù)器。0：T3用作定時(shí)器；1：T3用作計(jì)數(shù)器。7）T3x12：定時(shí)器3速度控制位。0：12分頻（FOSC/12）；1：不分頻（FOSC）。8）T3CLKO：T3時(shí)鐘輸出控制。0：關(guān)閉T3時(shí)鐘輸出；1：使能T3時(shí)鐘輸出功能（由P0.5輸出）。18/20除了上述特殊功能寄存器外，還有各個(gè)定時(shí)器的重裝載寄存器，這些寄存器復(fù)位值均為00H，包括：T0重裝值寄存器高字節(jié)TH0（地址為8CH）、T0重裝值寄存器低字節(jié)TL0（地址為8AH）T1重裝值寄存器高字節(jié)TH1（地址為8DH）、T1重裝值寄存器低字節(jié)TL1（地址為8BH）T2重裝值寄存器高字節(jié)TH2（地址為D6H）、T2重裝值寄存器低字節(jié)TL2（地址為D7H）T3重裝值寄存器高字節(jié)TH3（地址為D4H）、T3重裝值寄存器低字節(jié)TL3（地址為D5H）T4重裝值寄存器高字節(jié)TH4（地址為D2H）、T4重裝值寄存器低字節(jié)TL4（地址為D3H）。定時(shí)器T2~T4還另外設(shè)置了時(shí)鐘預(yù)分頻器，分別為：TM2PS（地址為FEA2H）、TM3PS（地址為FEA3H）和TM4PS（地址為FEA4H）。19/20下一講內(nèi)容STC8H8K64U的定時(shí)/計(jì)數(shù)器應(yīng)用舉例20/20單片微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù)（16）21/14內(nèi)容提綱STC8H8K64U的定時(shí)/計(jì)數(shù)器應(yīng)用舉例22/141.定時(shí)/計(jì)數(shù)器量程的擴(kuò)展（1）定時(shí)器的最大定時(shí)能力

當(dāng)工作于定時(shí)狀態(tài)時(shí)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖是對系統(tǒng)振蕩器時(shí)鐘OSC或者OSC/12。若晶振頻率為11.0592MHz，12分頻，則

定時(shí)時(shí)間為：TC=XTP。其中，TP為計(jì)數(shù)周期，TC為定時(shí)時(shí)間。

則應(yīng)裝入計(jì)數(shù)/定時(shí)器的初值為（注：M=2n，n為定時(shí)器的位數(shù)，TP為計(jì)數(shù)周期，TC為定時(shí)時(shí)間）

例如：若TP＝1μs，要求定時(shí)TC＝1ms，則對16位的定時(shí)器，應(yīng)裝入的時(shí)間常數(shù)為：216－1000＝64536。設(shè)系統(tǒng)時(shí)鐘頻率為11.0592MHz，則定時(shí)器的最大定時(shí)能力為：T＝（216－0）×12000000/11059200μs≈71111μs＝71.111ms23/141.定時(shí)/計(jì)數(shù)器量程的擴(kuò)展（1）定時(shí)器的最大定時(shí)能力

對于具有預(yù)分頻功能的定時(shí)器T2~T4，當(dāng)工作于定時(shí)狀態(tài)時(shí)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖是對系統(tǒng)振蕩器時(shí)鐘OSC或者OSC/12。若晶振頻率為11.0592MHz，12分頻，則定時(shí)器的最大定時(shí)能力為：

T＝（224－0）×12000000/11059200μs≈18204444us≈18204ms≈18s24/14（2）定時(shí)器定時(shí)量程的擴(kuò)展定時(shí)器定時(shí)量程的擴(kuò)展可分為軟件擴(kuò)展和硬件擴(kuò)展兩種方法。1）軟件擴(kuò)展方法軟件擴(kuò)展方法是在定時(shí)器中斷服務(wù)程序中對定時(shí)器中斷請求進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)中斷請求的次數(shù)達(dá)到要求的值時(shí)才進(jìn)行相應(yīng)的處理。例如，某事件的處理周期為1s，由于受到最大定時(shí)時(shí)間的限制，無法一次完成定時(shí)，此時(shí)可以將定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間設(shè)為以10ms為一個(gè)單位，啟動(dòng)定時(shí)器后的每一次定時(shí)器溢出中斷產(chǎn)生10ms的定時(shí)，進(jìn)入中斷服務(wù)程序后，對定時(shí)器的中斷次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，每100次定時(shí)器溢出中斷進(jìn)行一次事件的處理，然后再以同樣的方式進(jìn)入下一個(gè)周期的事件處理。2）硬件擴(kuò)展方法硬件擴(kuò)展方法可以使用外接通用定時(shí)器芯片對單片機(jī)的定時(shí)能力進(jìn)行擴(kuò)展，如使用定時(shí)/計(jì)數(shù)器芯片8253，也可以利用單片機(jī)兩個(gè)定時(shí)器串聯(lián)起來實(shí)現(xiàn)對定時(shí)能力進(jìn)行擴(kuò)展。具體方法，請讀者自行思考。采用硬件擴(kuò)展方法時(shí)，占用較多的硬件或者CPU資源，因此，在工程應(yīng)用中通常采用軟件擴(kuò)展的方法。25/14定時(shí)/計(jì)數(shù)器是一種可編程器部件，在開始工作之前，CPU必須將一些命令（稱為控制字）寫入定時(shí)/計(jì)數(shù)器。將控制字寫入定時(shí)/計(jì)數(shù)器的過程稱為定時(shí)/計(jì)數(shù)器初始化。在初始化過程中，要將工作方式控制字寫入方式寄存器，賦定時(shí)/計(jì)數(shù)初值，啟動(dòng)或停止定時(shí)器。定時(shí)/計(jì)數(shù)器的應(yīng)用編程主要有兩點(diǎn)：一是能正確初始化，包括寫入控制字，進(jìn)行時(shí)間常數(shù)的計(jì)算并裝入；二是中斷服務(wù)程序的編寫，即在中斷服務(wù)程序中編寫實(shí)現(xiàn)需要定時(shí)完成的任務(wù)代碼。一般情況下，定時(shí)/計(jì)數(shù)器初始化部分的步驟大致如下：1）設(shè)置工作方式，將控制字寫入方式寄存器。2）把定時(shí)/計(jì)數(shù)初值裝入TLn、THn寄存器。3）置位TRn以啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)。4）置位ETn允許定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷（如果需要）。5）置位EA使CPU開放中斷。2.定時(shí)/計(jì)數(shù)器應(yīng)用舉例26/14【例1】設(shè)系統(tǒng)時(shí)鐘頻率為11.0592MHz，利用定時(shí)器T0定時(shí)，每隔0.5s將P6.0的狀態(tài)取反。解：由于所要求的定時(shí)時(shí)間0.5s超過了定時(shí)器的定時(shí)能力（16位定時(shí)器的最長定時(shí)時(shí)間約為71.111ms），所以無法采用定時(shí)器直接實(shí)現(xiàn)0.5s的定時(shí)。這時(shí)可以將定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間設(shè)為50ms，在中斷服務(wù)程序中對定時(shí)器溢出中斷請求進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)夠10次時(shí)，將P2.0的狀態(tài)取反，否則直接返回主程序。選擇定時(shí)器T0的工作方式：軟件啟動(dòng)、定時(shí)方式、16位定時(shí)器，方式字為00H。系統(tǒng)時(shí)鐘頻率為11.0592MHz，定時(shí)器T0的裝入初值為27/14為了便于計(jì)算初值，STC-ISP軟件中集成了定時(shí)器計(jì)算器，可直接生成定時(shí)器初始化程序。28/14匯編語言程序代碼如下：$INCLUDE(STC8H.INC)ORG 0000HLJMP MAIN ;轉(zhuǎn)主程序ORG 000BH ;T0中斷服務(wù)程序入口地址LJMP T0_ISRORG 0200HMAIN:MOV SP,#80H ;設(shè)置堆棧指針 MOV P4M1,#0ffH MOV P4M0,#0ffH MOV P6M1,#0 MOV P6M0,#0 CLR P40LCALL TIMER0_INIT ;調(diào)用T0初始化子程序MOV A,#10 ;累加器A置10SETBET0 ;允外T0中斷SETBEA ;CPU開中斷SJMP$ ;等待TIMER0_INIT: ;50毫秒@11.0592MHz ANL AUXR,#7FH ;定時(shí)器時(shí)鐘12T模式

ANL TMOD,#0F0H ;設(shè)置定時(shí)器模式

MOV TL0,#000H ;設(shè)置定時(shí)初始值

MOV TH0,#04CH ;設(shè)置定時(shí)初始值

CLR TF0 ;清除TF0標(biāo)志

SETB TR0 ;定時(shí)器0開始計(jì)時(shí)

RETT0_ISR:DECA ;累加器A內(nèi)容減1JNZ EXIT CPL P60MOV A,#10 ;累加器A重載10EXIT:RETI

END29/14對應(yīng)的C語言版程序如下：#include“stc8h.h” //包含stc8h單片機(jī)的頭文件unsignedchari;//聲明計(jì)數(shù)變量voidTimer0_Init(void); //定時(shí)器0初始化函數(shù)voidmain(void){ P4M1=0xff; P4M0=0xff; P6M1=0x0; P6M0=0x0; P40=0;Timer0_Init(); i=10; //計(jì)數(shù)變量賦初值 ET0=1; //允許T0中斷 EA=1; //開放總的中斷 while(1); //等待中斷}voidTimer0_Init(void)//50毫秒@11.0592MHz{ AUXR&=0x7F; //定時(shí)器時(shí)鐘12T模式

TMOD&=0xF0; //設(shè)置定時(shí)器模式

TL0=0x00; //設(shè)置定時(shí)初始值

TH0=0x4C; //設(shè)置定時(shí)初始值

TF0=0; //清除TF0標(biāo)志

TR0=1; //定時(shí)器0開始計(jì)時(shí)}//定時(shí)器T0中斷函數(shù)voidT0_ISR(void)interrupt1{ i--; //計(jì)數(shù)變量減1 if(i==0){ //若減到0，則將P6.0取反 P60=~P60; i=10;//重新給計(jì)數(shù)變量賦值}}請看演示！?。?0/14【例2】T2的使用。設(shè)系統(tǒng)時(shí)鐘頻率為11.0592MHz，