定时器/计数器工作方式与程序设计

通过对特殊功能寄存器TMOD中的设置M1、M0两位的设置来选择四种工作方式，定时器/计数器0、1和2的工作方式相同，方式3的设置差别较大。

6.3.1        工作方式0

工作方式寄存器TMOD中的M1M0为：00。定时器/计数器T0工作在方式0时，16位计数器只用了13位，即TH0的高8位和TL0的低5位，组成一个13位定时器/计数器。当TL0的低5位计满溢出时，向TH0进位，TH0溢出时，对中断标志位TF0置位，向CPU申请中断。定时器/计数器0方式0的逻辑结构如图6.2所示。

 

 

1．工作在定时方式

C/ ＝0，定时器对机器周期计数。定时器在工作前，应先对13位的计数器赋值，开始计数时，在初值的基础上进行减1计数。

定时时间的计算公式为：

定时时间＝（2¹³ –计数初值）×晶振周期×12

或             定时时间＝（2¹³ –计数初值）×机器周期

若晶振频率为12MHz，则最短定时时间为

[2¹³－(2¹³－1)]×(1/12)×10^－6×12＝1 μs

最长定时时间为

（2¹³－0）×（1/12）×10^－6×12＝8 192 μs

2．工作在计数方式

C/ ＝1，13位计数器对外部输入信号进行加1计数。

利用 由0变为1时，开始计数， 由1变为0时，停止计数，可以测量在 端出现的正脉冲的宽度。计数值的范围是1~2¹³=8192 (个外部脉冲)。

【例6.2】假设AT89S52单片机晶振频率为12MHz，要求定时时间8ms，使用定时器T0，工作方式0，计算定时器初值X。

解：∵ t = （2¹³ –X）×机器周期

       当单片机晶振频率为12MHz时，机器周期=1μs

    ∴ 8×10³ = （2¹³ –X）×1

       X = 8192-8000 = 192

       转换成二进制数为：11000000B

【例6.3】假设AT89S52单片机晶振频率为12MHz，所需定时时间为250μs，当T0工作在方式0时T0计数器的初值是多少？

解：∵ t = （2¹³ –X）×机器周期

       当单片机晶振频率为12MHz时，机器周期=1μs

    ∴ 250 = （2¹³ –X₀）×1

       X ₀= 8192-250 = 7942

       转换成二进制数为：1111100000110B

【例6.4】利用T0方式0产生1ms的定时，在P1.2引脚上输出周期为2ms的方波。设单片机晶振频率fosc＝12MHz。

解：（1）解题思路

要在P1.2引脚输出周期为2ms的方波，只要使P1.2每隔1ms取反一次即可。执行指令为CPL  P1.2。

（2）确定工作方式 :  方式0  TMOD=00H

C/ ＝0：T0为定时功能；（D2位）

GATE＝0，只要用软件使TR0（或TR1）置1就能启动定时器T0（或T1）；

    M1M0 = 00，工作方式0

    ∴ TMOD的值为 = 00H

    TMOD.4~TMOD.7可取任意值，因T1不用，这里取0值。

    使用 MOV  TMOD , #00H 即可设定T0的工作方式

（3）计算1 ms定时时T0的初值

机器周期  T = 1／fosc×12 = 1μs

计数个数：X =1ms/lμs = 1000

设T0的计数初值为x₀，则 x₀＝ (2¹³一X)s

                          ＝8192—1000

                          ＝7192D

  转换成二进制数为：11100000  11000B 

                                      高8位   低5位

   将高8位11100000 = 0E0H装入TH0

   将低5位11000 = 18H装入TL0

 

 

 

            1                                       1

    EA = 1 ,CPU开放中断；

    ET0 = 1，允许T0中断；

（4）编程

可采用中断和查询两种方式编写程序。

方法一：中断方式

ORG  0000H

               AJMP  MAIN         ；转主程序MAIN

               ORG  000BH

               AJMP  IT0P           ；转T0中断服务程序IT0P       

               ORG  1000H

 MAIN：MOV   SP，#60H     ；设堆栈指针

               MOV  TH0 , #0E0H      ；给定时器T0送初值

        MOV TMOD，#00H    ；设置T0为方式0，定时

        MOV  TL0 , #18H     ；送定时初值

        MOV TH0，#0E0H

SETB  EA            ；CPU开中断

        SETB  ET0           ；T0允许中断

        SETB TR0             ；启动T0定时

HERE： SJMP   HERE         ；等待中断

中断服务程序：

IT0P：  ORG   1200H         ；T0中断入口

       MOV   TL0，#18H     ；重新装入计数初值 

        MOV  TH0，#0E0H 

        CPL   P1.2             ；输出方波

        RETI                   ；中断返回 END

方法二：查询方式

            MOV  TMOD，#00H   ；设置T0为方式0，定时

            MOV  TL0，#18H      ；送初值

            MOV  TH0，#0E0H 

            SETB  TR0            ；启动T0定时

LOOP： JBC   TF0，NEXT     ；查询定时时间到否?

            SJMP  LOOP

NEXT：MOV  TL0，#18H      ；重新装入计数初值

           MOV TH0，#0E0H

           CPL   P1.2             ；输出方波

       SJMP  LOOP           ；重复循环

6.3.2        工作方式1

工作方式寄存器TMOD中的M1M0为：01。定时器T0工作方式1与工作方式0类同，差别在于其中的计数器的位数。工作方式1以16位计数器参与计数。

定时器/计数器0方式1的逻辑结构如图6.3所示。

1．工作在定时方式

C/ ＝0，定时器对机器周期计数。定时时间的计算公式为：

定时时间＝（2¹³ –计数初值）×晶振周期×12

或             定时时间＝（2¹³ –计数初值）×机器周期

若晶振频率为12MHz，则最短定时时间为

[2¹⁶－(2¹⁶－1)]×(1/12)×10^－6×12＝1 μs

最长定时时间为

（2¹⁶－0）×（1/12）×10^－6×12＝65 536 μs＝65.5 ms

2．工作在计数方式

C/ ＝1，16位计数器对外部输入信号进行加1计数。计数值的范围是1~2¹⁶=65 536 (个外部脉冲)。

【例6.5】假设AT89S52单片机晶振频率为12MHz，所需定时时间为10ms，当T0工作在方式1时T0计数器的初值是多少？

解：∵ t = （2¹⁶ –X₀）×机器周期

       当单片机晶振频率为12MHz时，机器周期=1μs

    ∴ 10×10³ = （2¹³ –X₀）×1

       X = 65536-10000 = 55536

    转换成二进制数为：1101100011110000 B = 0D8F0H

【例6.6】假设AT89S52单片机晶振频率为12MHz，定时器T0的定时初值为9800，计算T0工作在方式1时的定时时间。

解：∵ t = （2¹⁶ –X₀）×机器周期

       当单片机晶振频率为12MHz时，机器周期=1μs

    ∴ t = （2¹⁶ –9800）×1

       t = 65536-9800 = 55736μs

【例6.7】 用定时器T0产生50HZ的方波。由P1.0输出此方波（设时钟频率为12MHZ）。采用中断方式。

解：50HZ的方波周期T为  T = 1/50 = 20ms

 

可以用定时器产生10ms的定时，每隔10ms改变一次P1.0的电平，即可得到50HZ的方波。

定时器T0应工作在方式1。

（1）工作在方式1时的T0初值，根据下式计算：

     t = （2¹⁶ –X）×机器周期

       时钟频率为12MHz，则机器周期 = 1µs

     10×10³ = （2¹⁶ –X）× 1

     X = 65536 – 10000 = 55536

转换为二进制数：11011000   11001100B

  

                 高8位     低8位

高8位 = 0D8H装入TH0，低8位 = 0CCH装入TL0。

（2）程序

ORG  0000H                 

             AJMP  MAIN

                 ORG  000BH                     ；T0的中断入口地址

AJMP  T0INT

                 ORG  0100H

MAIN： MOV  TMOD , #01H      ；设置T0为工作方式1

MOV  TH0 , #0D8 H       ；装入定时器初值

MOV  TL0 , #0CC H

SETB  ET0                     ；设置T0允许中断

SETB  EA             ；CPU开中断

SETB  TR0                     ；启动T0

SJMP  $                         ；等待中断

 

中断服务程序；

ORG  0300H

T0INT：CPL  P1.0                 ；P1.0取反

MOV  TH0 , #0D8H ；重新装入定时初值

MOV  TL0 , #0CCH

RETI

 

注：  SETB  ET0                     ；设置T0允许中断

SETB  EA             ；CPU开中断

这两条指令可以等效为  MOV  IE , #82H。

6.3.3        工作方式2

定时器/计数器0方式2的逻辑结构如图6.4所示。

工作方式寄存器TMOD中的M1M0为：10

定时器/计数器在工作方式2时，16位的计数器分成了两个独立的8位计数器TH和TL。此时，定时器/计数器构成了一个能重复置初值的8位计数器。

其中，TL用作8位计数器，TH用来保存计数的初值。每当TL计满溢出时，自动将TH的初值再次装入TL。

1．工作在定时方式

C/ ＝0，定时器对机器周期计数。定时时间的计算公式为：

定时时间＝（2⁸ –计数初值）×晶振周期×12

或             定时时间＝（2⁸ –计数初值）×机器周期

若晶振频率为12MHz，则最短定时时间为

[2⁸－(2⁸－1)]×(1/12)×10^－6×12＝1 μs

最长定时时间为

（2⁸－0）×（1/12）×10^－6×12＝256 μs

 

2．工作在计数方式

C/ ＝1，8位计数器对外部输入信号进行加1计数。计数值的范围是1~2⁸=256 (个外部脉冲)。

【例6.8】利用T0方式2实现以下功能：

当T0(P3.4)引脚每输入一个负脉冲时，使P1.0输出一个500μs的同步脉冲。设晶振频率为6MHz，请编程实现该功能。其波形如图6.5所示。

 

图6.5  例6.6波形图

(1) 确定工作方式

首先选T0为方式2，外部事件计数方式。当P3.4引脚上的电平发生负跳变时，T0计数器加1，溢出标志TF0置1；然后改变T0为500μs定时工作方式，并使P1.0输出由1变为0。T0定时到产生溢出，使P1.0引脚恢复输出高电平。T0先计数，后定时，分时操作。

根据题目要求方式控制字TMOD是：

计数时：(TMOD) = 0000 0110B = 06H

定时时：(TMOD) = 0000 0010B = 02H

（2）计算初值

机器周期T = 12／fosc = 12/6MHZ =2μs

计数时：计数个数  X = 1

计数初值 = (256﹣X) = (256﹣1) =255=0FFH，(TH0)=(TL0)=0FFH

定时时：计数个数  X =Т/ Tm= 500μs／2μs =250

定时初值 = 256﹣X = 256﹣250 = 6，

(TH0) = (TL0) = 06H    

（3）编程方法

采用查询方法

START：MOV  TMOD，#06H       ；T0方式2，外部计数方式

            MOV  TH0，#0FFH        ；T0计数初值

            MOV  TL0，#0FFH

            SETB  TR0                ；启动T0计数

LOOPl：JBC  TF0，PTF01    ；查询T0溢出标志，TF0＝1时转移，

且TF0＝0(查P3.4负跳变)

            SJMP LOOPl

PTF01：CLR TR0             ；停止计数

            MOV  TMOD，#02H  ；T0方式2，定时

            MOV  TH0，#06H    ；T0定时500μs初值

            MOV  TL0，#06H

            CLR   P1.0           ；P1.0清0

            SETB  TR0           ；启动定时500μs

LOOP2：JBC  TF0，PTF02     ；查询溢出标志，定时到TF0=l 转移，

且TF0＝0(第一个500μs到否?)

            SJMP  LOOP2

PTF02：SETB  P1     ；P1.0置1(到了第一个500μs)

            CLR  TR0                       ；停止计数

            SJMP  START

6.3.4        工作方式3

工作方式寄存器TMOD中的M1M0为：11。工作方式3仅对定时器/计数器0有效，此时，将16位的计数器分为两个独立的8位计数器TH0和TL0。当定时器/计数器0工作在方式3时，定时器/计数器1只能工作在方式0～2，并且工作在不需要中断的场合。

在一般情况下，当定时器/计数器1用作串行口波特率发生器时，定时器/计数器0才设置为工作方式3。此时常把定时器/计数器1设置为方式2，用作波特率发生器。

定时器/计数器0在方式3下的逻辑结构如图6.6所示。

【例6.9】设某用户系统中已使用了两个外部中断源，并置定时器T1工作在方式2，作串行口波特率发生器用。现要求再增加一个外部中断源，并由P1.0引脚输出一个5kHz的方波。fosc=12MHz。

(1) 确定工作方式

T0方式3下，TL0作计数用，而TH0可用作8位的定时器，定时控制P1.0引脚输出5kHz的方波信号。T1为方式2，定时。

TMOD是： 0010 0111B = 27H

(2) 计算初值

TL0初值:FFH，TH0初值X0计算如下：

∵P1.0的方波频率为5kHz，故周期

T＝1/(5kHz)=0.2ms=200μs

∴用TH0定时100μs时，

X₀＝256﹣100×12／12=156

（3）程序如下：

MOV  TMOD，#27H     ；T0为方式3，计数；T1为方式2，定时

         MOV  TL0， #0FFH     ；置TL0计数初值

         MOV  TH0， #156      ；置TH0计数初值

         MOV  THl， #data      ；data是根据波特率要求设置的常数(即初值)

         MOV  TLl， #data 

         MOV  TCON，#55H     ；外中断0，外中断1边沿触发，启动T0，T1

         MOV IE，#9FH          ；开放全部中断

      

         TL0溢出中断服务程序(由000BH转来)

TL0INT： MOV TL0，#0FFH      ；TL0重赋初值(中断处理)

         RETI

 

         TH0溢出中断服务程序(由001BH转来)

TH0INT：MOV TH0，#156        ；TH0重新装入初值

         CPL    P1.0           ；输出波形

         RETI