单片机 第五章 MCS-51的定时器

第五章MCS-51的定时器／计数器在工业检测、控制中，许多场合都要用到计数或定时功能。

例如，对外部脉冲进行计数、产生精确的定时时间、作串行口的波特率发生器。

MCS-51单片机内有两个可编程的定时器／计数器，以满足这方面的需要。

它们具有两种工作模式(计数器模式和定时器模式)及4种工作方式(方式0、方式1、方式2和方式3)，其控制字均在相应的特殊功能寄存器中，通过对它的特殊功能寄存器的编程，用户可方便地选择适当的工作模式和工作方式。

本章介绍定时器／计数器的结构，功能，状态字、控制字的含义以及工作模式和工作方式的选择与编程方法。

5.1 定时器／计数器的结构特殊功能寄存器TMOD用于控制和确定定时器/计数器T0、T1的工作模式和工作方式。

特殊功能寄存器TCON用于控制T0、T1的启动和停止计数，同时包含了T0、T1的状态。

TMOD、TCON这两个寄存器的内容由软件设置。

系统复位时，两个寄存器的所有位都被清0。

5.1.1 工作方式控制寄存器TMODTMOD用于控制定时器／计数器的工作模式及工作方式，它的字节地址为89H，其格式如下所示：GATE位：门控位。

GATE＝1时，T0、T1是否计数受外部引脚输入电平的控制、INT0引脚控制T0运行，INT1引脚控制T1运行。

可用于测量在INT0或INT1引脚出现的正脉冲的宽度；GATE＝0，定时器/计数器的运行不受外部输入引脚l的控制。

C/T位：计数器模式和定时器模式的选择位。

C/T=0，为定时器模式。

内部计数器对晶振脉冲12分频后的脉冲计数。

该脉冲的周期等于机器周期。

即对机器周期进行计数。

若选择12M晶振，则计数频率为1MHz，从计数值便可求得计数的时间，所以称为定时器模式；C/T＝1，设置为计数器模式，计数器对外部输入引脚T0(P3.4脚)或T1(P3.5脚)的外部脉冲(负跳变)计数，允许最高计数频率为晶振频率的1／24。

M1、M0位：工作方式选择位。

共有4种编码，对应于4种工作方式。

0 0 :方式0，13位定时器/计数器0 1 :方式1，16位定时器/计数器1 0 :方式2，8位自动重装载定时器/计数器1 1 :方式3，仅适用于T0,分成两个8位定时器/计数器5 .1.2 定时器／计数器控制寄存器TCONTCON的字节地址为88H，位地址为88H-8FH，TCON的格式如下：5.2 定时器／计数器的四种工作方式5.2.1 方式05.2.2 方式15.2.3 方式25.2.4 方式35.3 定时器／计数器对输入信号的要求当MCS-51内部的定时器／计数器被选定为定时器工作模式时，计数输入信号是内部时钟脉冲，每个机器周期产生一个脉冲,计数器增1，因此，定时器／计数器的输入脉冲为时钟振荡频率的l／12。

当采用12MHz的晶体时，计数速率为1MHz，输入脉冲的周期为1微秒。

由于定时的精度决定于输入脉冲的周期，因此，当需要高分辨率的定时时，应尽量选用频率较高的晶体(MCS-51最高为12MHz)。

当定时器／计数器用作计数器时，计数脉冲来自外部输入引脚T0或T1 。

当输入信号产生由1至0的跳变时，计数器的值增1。

如在第一个周期中采得的值为1，而在下一个周期中采得的值为0、则在紧跟着的下一个周期期间，计数器加1。

由于确认一次下跳变要花两个机器周期，即24个振荡周期，因此外部输入的计数脉冲的最高频率为振荡器频率的1／24，例如选用6MHz频率的晶体，允许输入的脉冲频率为250KHz，如果选用12MHz频率的晶体，则可输入500KHz的外部脉冲。

对于外部输入信号的占空比并没有什么限制，但为了确保某一给定的电平在变化之前能被采样一次，则这一电平至少要保持一个机器周期。

5.4 定时器／计数器编程和应用n1．计数器初值的计算n把计数器计满为零所需要的计数值设定为C，计数初值设定为TC，由此可得到公式：TC=M-Cn式中，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213；在方式1时M为216；在方式2和方式3时M为28。

n 2．定时器初值的计算n 在定时器模式下，计数器由单片机主脉冲经12分频后计数。

因此，定时器定时时间T 的公式：T=（M-TC ）T 计数上式也可写成：TC=M-T/ T 计数n 式中，M 为模值，和定时器的工作方式有关；T 计数是单片机振荡周期T CLK 的12倍；TC 为定时器的定时初值。

5.4.1 方式0应用（1ms定时）假设时钟频率采用6MHz，要在P1.0上输出一个周期为2ms的方波，方波的周期用定时器T0来确定，并假定CPU不作其它工作，因而可以来用查询的方式进行控制。

n确定定时常数机器周期=12/晶振频率=12/（6x106)=2us；设：需要初值为X，则(213-X)x2x10-6=1x10-3 213-X=500 X=7692化为16进制X＝1E0CH根据13位定时器特性，初值应为TH0=0F0H TL0＝0CHMAIN: MOV SP,#60HMOV TMOD,#00HSETB TR0 LOOP: MOV TL0,#0CHMOV TH0,#0F0H LOOP1: JNB TF0,LOOP1CLR TF0CPL P1.0SJMP LOOPEND5.4.2 方式1应用方式1与方式0基本相同，只是方式1改用了16位计数器。

要求定时周期较长时，13位计数器不够用，可改用16位计数器。

假设利用定时器方式1产生一个50Hz的方波，由P1.0输出，采用12MHz时钟，采用中断的方法来实现，即在T0中设置一个时间常数，使其每隔10ms产生一次中断，CPU响应中断后，在中断服务程序中对P1.0取非。

T0中断人口地址为000BH。

初值可由下式算得：(216-X)×10-6＝10-2因而，X＝55536＝0D8EFHORG 0000HLJMP MAINORG 000BHLJMP T0_PROCORG 0100H MAIN: MOV SP,#60HMOV TMOD,#01HMOV TL0,#0EFHMOV TH0,#0D8HSETB TR0SETB ET0SETB EA HERE: AJMP HERET0_PROC:MOV TL0,#0EFHMOV TH0,#0D8HCPL P1.0RETI5.4.3 方式2应用（0.5ms定时）假设时钟频率采用6MHz，要在P1.0上输出一个周期为1ms的方波(1KHz)，方波的周期用定时器T0来确定，采用方式2和中断的方法来实现。

n确定定时常数机器周期=12/晶振频率=12/（6x106)=2us；设：需要初值为X，则(28-X)x2x10-6=5x10-428-X=250 X=6ORG 0000HLJMP MAINORG 000BHLJMP T0_PROCORG 0100H MAIN: MOV SP,#60HMOV TMOD,#02HMOV TL0,#06HMOV TH0,#06HSETB TR0SETB ET0SETB EA HERE: AJMP HERET0_PROC:CPL P1.0RETI5.4.4 方式3的应用下面的程序使定时器/计数器0工作在方式3，TL0和TH0作为两个独立的8位定时器／计数器，分别产生200us和300us定时中断，使P1.0和P1.1产生周期为400us和600us的方波(晶体频率为6MHz)。

ORG 0000HLJMP MAINORG 000BHLJMP T0_PROCORG 001BHLJMP T1_PROCORG 0100H MAIN: MOV SP,#60HMOV TMOD,#03HMOV TL0,#9CHMOV TH0,#6AHSETB TR0SETB ET0SETB TR1SETB ET1SETB EA HERE: AJMP HERET0_PROC:MOV TL0,#9CHCPL P1.0RETIT1_PROC:MOV TH0,#6AHCPL P1.1RETI5.4.5 门控制位GATE的功能和使用方法(以T1为例)门控制位GATE使定时器／计数器T1的启动计数受INT1的控制，当GATE为1，TR1为1时，只有INT1引脚输入高电平时，T1才被允许计数，利用GATE的这个功能，可测试引脚(P3．3)上正脉冲的宽度(机器周期数)。

MOV SP,#60HMOV TMOD,#90HMOV TL1,#00HMOV TH1,#00H LOOP:JB P3.3,LOOP LOOP1:JNB P3.3,LOOP1SETB TR1LOOP2:JB P3.3,LOOP2CLR TR1MOV R2,TL1MOV R3,TH15.4.6 定时器溢出同步问题定时器溢出时，自动产生中断请求，但中断响应是有延迟的，这种延迟并非固定不变，而是取决于其它中断服务是否在进行，或取决于正执行的是什么样的指令。

若定时器溢出中断是唯一的中断源，则延迟时间取决于后一个因素，可能在3-8个机器周期内变化，在这种情况下，相邻两次定时中断响应的间隔的变化不大。

在大多数场合可以忽略。

但一些对定时精度要求十分苛刻的场合，则对此误差应进行补偿，这一节介绍的补偿方法，可以使相邻两次中断响应的间隔误差不超过1个机器周期。

这种方法的简单原理是：在定时溢出中断得到响应时，停止定时器计数，读出计数值(它反映了中断响应的延迟时间)，根据这个计数算出下一次中断时，需多长时间，据此来重装载和起动定时器。

下面给出的程序在计算每个周期的精确重装值时，还考虑了由停止计数(CLR TR1)到重新起动计数(SETB TR1)之间相隔了7个机器周期。

………..CLR EACLR TR1MOV A,#TL1NUM+7 ADD A,TL1MOV TL1,AMOV A,#TH1NUM ADDC A,TH1MOV TH1,ASETB TR1………………5.4.7 运行中读定时器/计数器在读取运行中的定时器计数器时，需要特别加以注意，否则读取的计数值有可能出错。

原因是不可能在同一时刻同时读取TL和TH的内容。

比如，先读TL，后读TH，由于定时器在不断运行，读TH前，若恰好产生TL溢出向TH进位的情形，则读得的TL值就完全不对了。

同样，先读TH，再读TL也可能出错。

一种解决读错问题的方法是：先读TH，后读TL，再读TH，若两次读得TH相同，则可确定读得的内容是正确的。

若前后两次读得的TH有变化，则再重复上述过程，这次重复读得的内容就应该是正确的。

READTIME:MOV A,TH0MOV R0,TL0CJNE A,TH0,READTIMEMOV R1,ARET。