單片機定時/計數(shù)器的工作方式

1硬件連接

定時器是單片機內(nèi)部的特殊功能模塊。

在控制系統(tǒng)中，常常要求有一些實時時鐘以實現(xiàn)定時或者延時控制，如定時中斷、定時檢測、定時掃描等等，也往往要求有計數(shù)器，對外部事件進行計數(shù)。

要實現(xiàn)定時或者延時功能，一般有三種方法：軟件定時，不可編程硬件定時，可編程硬件定時。

軟件定時——讓軟件循環(huán)執(zhí)行一段程序，程序本身并無執(zhí)行目的，而是通過執(zhí)行程序延時固定的時間，也就是以前的程序中經(jīng)常使用的延時程序。這種方法降低了cpu的利用率。

不可編程硬件定時——如外部芯片555 時基電路，通過外部阻容，達到一定的延時功能，改變阻容大小可以改變延時長度。這種定時器取決于硬件，設(shè)定好以后不能通過軟件更改。

可編程定時器——這種定時器的定時值可以通過軟件確定和修改，使用靈活便捷。

本節(jié)所講的定時器為第三種，可編程定時器，51單片機中T0/T1為2個相同的16位定時/計數(shù)器。

定時/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)：

圖 1 定時/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)

TCON控制寄存器：

TCON用于控制外部中斷和定時/計數(shù)器啟動和中斷，低4位用于控制外部中斷，高4位用于控制定時/計數(shù)器T0和T1。

TCON.0～TCON.3（IT0、IE0、IT1、IE1）均為外部中斷相關(guān)位，詳見外部中斷。

TR0(TCON.4):定時/計數(shù)器T0運行控制位。TR0=1時，T0開始工作；TR0=0時，T0停止工作。TR0由軟件置1或清0。所以，用軟件可控制定時/計數(shù)器的啟動與停止。

TF0(TCON.5):定時/計數(shù)器T0溢出中斷請求標(biāo)志位。TF0=1時，申請進去定時器中斷。T0計數(shù)溢出時由硬件自動置TF0為1。CPU響應(yīng)中斷后TF0由硬件自動清0。T0工作時，CPU可隨時查詢TF0的狀態(tài)。所以，TF0可用作查詢測試的標(biāo)志。TF0也可以用軟件置1或清0，同硬件置1或清0的效果一樣。

TR1(TCON.6):定時/計數(shù)器T1運行控制位，其功能與TR0類同。

TF1(TCON.7):定時/計數(shù)器T1溢出中斷請求標(biāo)志位，其功能與TF0類同。

TMOD模式控制寄存器：

圖 3 TMOD模式控制寄存器格式

TMOD用于設(shè)置定時/計數(shù)器的工作方式，低四位用于T0，高四位用于T1

GATE: 門控位。GATE＝0時，只要用軟件使TCON中的TR0或TR1為1，就可以啟動

定時/計數(shù)器工作；GATA＝1時，要用軟件使TR0或TR1為1，同時外部中斷引腳或也為高電平時，才能啟動定時/計數(shù)器工作。即此時定時器的啟動多了一條件。

M1M0：工作方式設(shè)置位。定時/計數(shù)器有四種工作方式，由M1M0進行設(shè)置。

表1 定時/計數(shù)器工作方式表

2定時/計數(shù)器的工作方式

一、方式0

方式0為13位計數(shù)，由TL0的低5位（高3位未用）和TH0的8位組成。TL0的低5位溢出時向TH0進位，TH0溢出時，置位TCON中的TF0標(biāo)志，向CPU發(fā)出中斷請求。

圖 4 方式0工作原理圖

計數(shù)初值計算初值的公式為：

二、方式1

方式1的計數(shù)位數(shù)是16位，由TL0作為低8位、TH0作為高8位，組成了16位加1計數(shù)器。

圖 5 方式1工作原理圖

計數(shù)個數(shù)與計數(shù)初值的關(guān)系為：

三、方式2

方式2為自動重裝初值的8位計數(shù)方式。當(dāng)TL0裝滿溢出時，系統(tǒng)自動將TH0中的數(shù)值裝給TL0，TLO重新開始計數(shù)。

圖 6 方式2工作原理圖

計數(shù)個數(shù)與計數(shù)初值的關(guān)系為：

四、方式3

方式3只適用于定時/計數(shù)器T0，定時器T1處于方式3時相當(dāng)于TR1=0，停止計數(shù)。工作方式3將T0拆分成為兩個獨立的8位定時/計數(shù)器TL0和TH0，兩個計數(shù)器獨立工作。

圖 7 方式3工作原理圖

計數(shù)個數(shù)與計數(shù)初值的關(guān)系為：

3定時器0

#include< reg52.h > //包含頭文件，一般情況不需要改動，頭文件包含特殊功能寄存器的定義
sbit LED=P1^2;    //定義LED端口

/*------------------------------------------------
                    定時器初始化子程序
------------------------------------------------*/
void Init_Timer0(void)
{
 TMOD |= 0x01;	  //使用模式1，16位定時器，使用"|"符號可以在使用多個定時器時不受影響		     
 TH0=0x00;	      //給定初值，這里使用定時器最大值從0開始計數(shù)一直到65535溢出
 TL0=0x00;
 EA=1;            //總中斷打開
 ET0=1;           //定時器中斷打開
 TR0=1;           //定時器開關(guān)打開
}
/*------------------------------------------------
                    主程序
------------------------------------------------*/
main()
{
 Init_Timer0();
 while(1);
}

/*------------------------------------------------
                 定時器中斷子程序
------------------------------------------------*/
void Timer0_isr(void) interrupt 1 using 1
{
 TH0=0x00;		  //重新賦值
 TL0=0x00;

 LED=~LED;        //指示燈反相，可以看到閃爍

}

定時器0的程序代碼

定時/計數(shù)器0 使用16位定時模式，計數(shù)初值為0，計數(shù)到65536 溢出，中斷程序中LED取反，LED 以65536*2個時鐘周期為周期閃爍。

計數(shù)個數(shù)與計數(shù)初值的關(guān)系為：

4定時器1

#include< reg52.h > //包含頭文件，一般情況不需要改動，頭文件包含特殊功能寄存器的定義
sbit LED=P1^3;    //定義LED端口

/*------------------------------------------------
                    定時器初始化子程序
------------------------------------------------*/
void Init_Timer1(void)
{
 TMOD |= 0x10;	  //使用模式1，16位定時器，使用"|"符號可以在使用多個定時器時不受影響
 TH1=0x00;	      //給定初值，這里使用定時器最大值從0開始計數(shù)一直到65535溢出
 TL1=0x00;
 EA=1;            //總中斷打開
 ET1=1;           //定時器中斷打開
 TR1=1;           //定時器開關(guān)打開
}
/*------------------------------------------------
                    主程序
------------------------------------------------*/
main()
{
 Init_Timer1();
 while(1);
}
/*------------------------------------------------
                 定時器中斷子程序
------------------------------------------------*/
void Timer1_isr(void) interrupt 3 using 1
{
 TH1=0x00;		 //重新賦值
 TL1=0x00;

 LED=~LED;       //LED閃爍

}

定時1的程序代碼

5 產(chǎn)生1ms方波

#include< reg52.h > //包含頭文件，一般情況不需要改動，頭文件包含特殊功能寄存器的定義
sbit OUT=P1^2;    //定義OUT輸出端口

/*------------------------------------------------
                    定時器初始化子程序
------------------------------------------------*/
void Init_Timer0(void)
{
 TMOD |= 0x01;	              //使用模式1，16位定時器，使用"|"符號可以在使用多個定時器時不受影響		     
 TH0=(65536-500)/256;	      //給定初值，這里使用定時器最大值從500開始計數(shù)一直到65535溢出
 TL0=(65536-500)%256;		  //12M晶振計算指令周期1us,1ms方波半個周期500us，即定時500次
 EA=1;                        //總中斷打開
 ET0=1;                       //定時器中斷打開
 TR0=1;                       //定時器開關(guān)打開
}
/*------------------------------------------------
                    主程序
------------------------------------------------*/
main()
{
 Init_Timer0();
 while(1);
}
/*------------------------------------------------
                 定時器中斷子程序
------------------------------------------------*/
void Timer0_isr(void) interrupt 1 using 1
{
 TH0=(65536-500)/256;		  //重新賦值
 TL0=(65536-500)*256;        
                             							 
 OUT=~OUT;         			  //溢出然后輸出端取反
                              //用示波器可看到方波輸出
}

圖 10 1ms方波的程序代碼

示波器顯示周期為1ms的方波信號。

6 產(chǎn)生多路不同頻率的方波

#include< reg52.h > //包含頭文件，一般情況不需要改動，頭文件包含特殊功能寄存器的定義
/*------------------------------------------------
                    定時器初始化子程序
------------------------------------------------*/
void Init_Timer0(void)
{
 TMOD |= 0x01;	              //使用模式1，16位定時器，使用"|"符號可以在使用多個定時器時不受影響		     
 TH0=(65536-500)/256;	      //給定初值，這里使用定時器最大值從500開始計數(shù)一直到65535溢出
 TL0=(65536-500)%256;		  //12M晶振計算指令周期1us,1ms方波半個周期500us，即定時500次
 EA=1;                        //總中斷打開
 ET0=1;                       //定時器中斷打開
 TR0=1;                       //定時器開關(guān)打開
}
/*------------------------------------------------
                    主程序
------------------------------------------------*/
main()
{
 Init_Timer0();
 while(1);
}

/*------------------------------------------------
                 定時器中斷子程序
------------------------------------------------*/
void Timer0_isr(void) interrupt 1 using 1
{
 static unsigned char i;

 TH0=(65536-500)/256;		  	 //重新賦值
 TL0=(65536-500)*256;        

 i++;
 P1=i; //P1口8路輸出不同頻率，相當(dāng)于一個分頻器，高頻用示波
       //器測量，低頻可以直接用led觀測
       //P1.0輸出1ms方波，P1.1輸出2ms，p1.2輸出4ms，以此類推

}

圖 11 多路不同頻率方波的程序代碼

中斷部分，相當(dāng)于一個分頻器，在P1 口可以測量出8 路不同頻率的方波。

P1 口測量不同頻率方波，周期依次增大一倍。